LabVIEW de la théorie à la pratique à l’IUT Mesures Physiques de Belfort-Montbéliard

Author(s):
Alain Zutter - IUT de Belfort-Montbéliard

Industry:
University/Education

Products:
Data Acquisition, Serial, Machine Vision, LabVIEW, Instrument Drivers/IVI, Instrument Connectivity, Multifunction DAQ, GPIB

The Challenge:
Enseigner l’informatique d’instrumentation au plus proche de la réalité industrielle et en stimulant au maximum l’intérêt des élèves.

The Solution:
S’appuyer sur la souplesse et la polyvalence de LabVIEW pour réaliser tous les travaux dirigés et pratiques, et même illustrer les cours théoriques de façon plus pédagogique.

Au département Mesures Physiques de l’IUT Belfort-Montbéliard, les élèves sont amenés à étudier, parmi une grande variété de matières techniques, celle de l’informatique d’instrumentation. Avec 15 heures de cours théoriques, 21 heures de travaux dirigés et 40 heures de travaux pratiques, l’informatique d’instrumentation a pour but d’enseigner les divers moyens d’acquisition de données et de contrôle d’instruments. Étant donné la standardisation de LabVIEW dans l’industrie et sa capacité à gérer tous les aspects de l’informatique d’instrumentation, le recours à l’environnement de développement graphique de National Instruments s’imposait de lui-même. D’autant plus qu’en dehors de l’informatique d’instrumentation, de nombreuses matières, comme le traitement du signal, l’acoustique et le traitement d’images, entrent également dans le champ d’application de LabVIEW.

Une plate-forme PC-LabVIEW choisie pour sa souplesse
Nous avons donc développé divers sujets de travaux pratiques (TP), tant en première qu’en seconde année, basés sur un PC équipé de LabVIEW et sur différents matériels de mesure : une carte d’acquisition de données (PCI-6014), une instrumentation GPIB (oscilloscope, générateur et multimètre Hameg) et une instrumentation RS-232 (multimètre Hameg).
À la création de l’IUT, en 1992, les TP d’acquisition de données nécessitaient de programmer en C sous DOS, avec Turbo C. À cette époque, LabVIEW n’était pas encore renommé. Les élèves devaient apprendre le C en première année, et découvraient la programmation graphique en seconde année. Aujourd’hui, si les élèves continuent d’apprendre le C, ce n’est qu’en seconde année, après avoir appris, en première année, le langage graphique, qui est moins rébarbatif et permet de se familiariser avec les concepts de la programmation structurée. Cela leur permet d’être capables de développer plus rapidement de petites applications, et de se focaliser sur leur (futur) métier plutôt que sur la programmation elle-même.

Une formation à la robotique également
C’est ainsi que les élèves de première année peuvent réaliser le traçage de la fonction de transfert d’une porte logique, avec un export dans Excel du fichier de mesure, ou encore étudier la régulation de température avec la réalisation d’un thermostat. En parallèle, ils doivent aussi développer des projets basés sur la brique intelligente ROBOLAB de LEGO®, qui sera d’ailleurs probablement remplacée par MINDSTORMS® NXT. Comme la brique ROBOLAB (et celle de MINDSTORMS NXT) peut être programmée sous LabVIEW, les élèves sont capables de réaliser des projets assez complexes,mettant en oeuvre des capteurs et des actionneurs, et ce, de façon ludique.

En deuxième année, les élèves vont plus loin avec, par exemple, un TP où il est question de piloter un ventilateur (avec une sortie analogique de la carte PCI-6014), d’en calculer la vitesse de rotation à l’aide de la mesure fournie par un capteur optoélectronique (en utilisant les fonctions de traitement du signal de LabVIEW), et de générer un fichier Microsoft Excel de résultats. Les élèves, pour ce genre de TP, sont amenés à s’appuyer sur les VIs Express de LabVIEW, mais ils doivent également développer des VIs à partir des fonctions de base de LabVIEW. À noter qu’à l’occasion de ce TP, les élèves étudient également le pilotage à distance, au travers d’un serveur DataSocket et du déport de faces-avant par interface Web. Une autre application, qui combine acquisition de données et traitement d’images (avec NI Vision Assistant), consiste à réaliser un monnayeur d’euros. Pour ce qui est de la communication GPIB, les élèves de seconde année utilisent un générateur (au travers d’un driver d’instrument) et un multimètre (au travers des fonctions de base de LabVIEW) pour tracer le diagramme de Bode d’un circuit intégré. Et en RS-232, le TP consiste à effectuer des mesures sur thermocouple via un multimètre, ainsi qu’à récupérer des mesures faites sur oscilloscope.

LabVIEW permet, plus que le C, de se focaliser sur l’essentiel
Il est important de noter que lorsque les élèves devaient développer ces types d’applications en C, un tiers d’entre eux n’arrivaient pas à dépasser la phase de compilation, à cause d’erreurs de syntaxe. La programmation graphique étant plus naturelle, les élèves peuvent maintenant se focaliser davantage sur l’application des principes étudiés lors des cours théoriques. Il est d’ailleurs intéressant de signaler que nous utilisons aussi LabVIEW dans certains cours théoriques, comme celui du traitement du signal. Le professeur peut montrer, en utilisant un fichier de données, comment la modification à la volée de certains paramètres de filtrage par exemple, agit sur un signal. Le caractère visuel et interactif de cette approche a un effet pédagogique considérable sur les élèves.

Pour revenir sur les TP de seconde année, il est aussi question de LEGO MINDSTORMS, mais cette fois en développant les algorithmes embarqués sur le robot en C sous BrickOS.
Point d’orgue de leur formation, synthèse de tous ces enseignements (traitement d’images sous LabVIEW, programmation de systèmes embarqués), six étudiants participent en fin d’études au Concours Robots LEGO MINDSTORMS, un challenge de robotique qui est en train de prendre de l’ampleur. Organisé jusqu’à présent en Suisse, il aura lieu pour la première fois en France en juin 2007.

D’ailleurs, en 2005, une équipe de l’IUT Belfort-Montbéliard, en utilisant une plate-forme LabVIEW IMAQ (PC)/BrickOS (LEGO MINDSTORMS) a terminé deuxième du concours de robotique en question.

Avril 2007

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Alain Zutter
IUT de Belfort-Montbéliard
Rue Engel Gros
Belfort Cedex 90016
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alain.zutter@pu-pm.univ-fcomte.fr

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