bài giảng đo lường và điều khiển bằng máy tính bao gồm lý thuyết và thực hành giúp bạn hiểu rõ về môn , giúp bạn có cái nhìn khái quát hơn về môn ...........................LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình đồ hoạ khá mạnh trong các lĩnh vực kiểm tra, đo lường, và điều khiển. Có thể thấy dõ trong 3 điểm nổi bật sau: cái có được, phân tích và sự hữu hiệu. LabVIEW là một phần mềm thân thiện, một công cụ mạnh cho phân tích và hữu dụng trong lập trình thời gian thực giới th
Thực hành Đo lường điều khiển máy tính MỤC LỤC PHẦN I: SETUP PHẦN MỀM NI LABVIEW 2019 .1 NI LabView 2019 .1 Tính NI LabView 2019 Cấu hình NI LabView 2019 yêu cầu .2 Hướng dẫn cài đặt NI LabView 2019 PHẦN II: TÌM HIỂU CÁC LỆNH CƠ BẢN CỦA LABVIEW .3 Các khối vào ra: .3 Các khối phép tính: PHẦN III: THIẾT KẾ CÁC CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG CƠ BẢN Tạo khối mô Vòng lặp while for PHẦN IV: MẢNG VÀ CHUỖI TRONG LABVIEW 11 Array (Mảng) .11 Chuỗi 12 PHẦN V: PHẦN MỀM DO LƯỜNG NI ELVISMX INSTRUMENT 15 Phần mềm đo lường NI Elvismx Instrument .15 PHẦN VI: KẾT NỐI NI myDAQ VỚI PC ĐỂ THU THẬP DỮ LIỆU .20 Giới thiệu Board myDAQ: 20 PHẦN VII: GIAO TIẾP ARDUINO VỚI LABVIEW BẰNG LINX 25 VI Package Manager 25 Các bước kết nối Adruino với labview thông phần mềm Package Manager 25 PHẦN VIII: GIAO TIẾP ARDUINO VỚI MATLAB SIMULINK .27 i Thực hành Đo lường điều khiển máy tính ii Thực hành Đo lường điều khiển máy tính PHẦN I: SETUP PHẦN MỀM NI LABVIEW 2019 Hình 1: Phần mềm Labview 2019 NI LabView 2019 NI LabView 2019 trình tạo sơ đồ hồnh tráng cho phép nhà khoa học giải vấn đề cách thu thập xử lý liệu cho công cụ tiên tiến hệ thống đo lường Công cụ chuyên nghiệp thiết kế để cung cấp cho bạn môi trường đáng tin cậy để quản lý hệ thống đo lường kiểm soát NI LabView 2019 tối ưu hóa để xử lý thiết bị độc lập hệ thống điều khiển phức tạp Cho dù bạn cần thu thập liệu cho nhiều công cụ đo lường, tự động hóa quy trình thu thập liệu tạo ứng dụng giám sát, ứng dụng giúp bạn Nó trang bị giao diện người dùng đơn giản dễ hiểu, cho phép bạn tạo sơ đồ chương trình cách đặt yếu tố để mô tả hệ thống điều khiển Nó có tích hợp phần cứng với cơng cụ đo lường giúp dễ dàng thêm cảm biến phân tích tín hiệu vào ứng dụng bạn - Tính NI LabView 2019 Một người tạo sơ đồ hoành tráng cho phép nhà khoa học giải vấn đề cách thu thập xử lý liệu cho công cụ tiên tiến hệ thống đo lường - Công cụ chuyên nghiệp thiết kế để cung cấp cho bạn môi trường đáng tin cậy để quản lý hệ thống đo lường kiểm soát - Tối ưu hóa để xử lý cơng cụ độc lập hệ thống điều khiển phức tạp Thực hành Đo lường điều khiển máy tính - Được trang bị giao diện người dùng đơn giản dễ hiểu cho phép bạn tạo sơ đồ chương trình cách đặt yếu tố để mơ tả hệ thống điều khiển - Có tích hợp phần cứng với công cụ đo lường giúp dễ dàng thêm cảm biến phân tích tín hiệu vào ứng dụng bạn - Bạn xây dựng thiết bị cơng nghiệp máy móc thơng minh nhanh với LabVIEW Nền tảng thiết kế nhúng NI kết hợp ngăn xếp phần mềm hoàn chỉnh, phần cứng tích hợp chặt chẽ tùy chỉnh hệ sinh thái người dùng IP - Cấu hình NI LabView 2019 yêu cầu Hệ điều hành: Windows 7/8 / 8.1 / 10 - Bộ nhớ (RAM): Yêu cầu RAM GB - Dung lượng đĩa cứng: Cần GB dung lượng trống - Bộ xử lý: Bộ xử lý Intel Dual Core trở lên - Màn hình: 1024 x 768 pixels - Hướng dẫn cài đặt NI LabView 2019 Tắt phần mềm diệt virus (Chú ý tắt Windows Defender) - Giải nén phần mềm vừa download - Mount file ISO, chạy Setup để cài đặt phần mềm - Bản cài đặt lược bỏ modul online nên cần bỏ tích - Sau cài đặt xong, chạy file “NI License Activator 1.2.exe” Active toàn lên - Đã xong xem video test Windows 10 – 64bit Thực hành Đo lường điều khiển máy tính PHẦN II: TÌM HIỂU CÁC LỆNH CƠ BẢN CỦA LABVIEW Các khối vào ra: Click phải chuột vào cửa sổ Pront Panel – Modern – Numeric a Khối đầu vào Numeric Control b Khối đầu Numeric Indicator Hình 2: Khối đầu vào labview Các khối phép tính: a Các phép tốn: Click phải chuột vào cửa sổ Block Diagram – Programming – Numeric Hình 3: Khối tính tốn labview b Thay đổi icon khối Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Hình 4: Thao tác thay đổi Icon labview c Các vịng lặp: Hình 5: Các vịng lặp labview d Tạo SubVI Hình 6: Tháo tác tạo SubVI labview e Các ví dụ: - Ví dụ Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Chương trình tính tích tổng hai số A, B sử dụng 02 khối đầu vào A, B Thao tác theo hướng dẫn bên - Ví dụ 2: Một số khối tốn học Khối bình phương: Phép tính bậc với phép chia B cho C (10/3) ta phần nguyên 3, phân dư Thao tác theo hướng dẫn bên - Ví dụ : Lấy trị tuyệt đối nhân với -1 Thao tác theo hướng dẫn bên Thực hành Đo lường điều khiển máy tính f Bài tập: Thực hành Đo lường điều khiển máy tính PHẦN III: THIẾT KẾ CÁC CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG CƠ BẢN Tạo khối mơ Tín hiệu đầu và tín hiệu đầu Hình 7: Các khối tín hiệu labview Vịng lặp while for a Tính tổng với while loop Áp dụng lý thuyết vòng lặp while để ứng dụng thực hành vào hình bên Tạo thao tác control cho nút stop b Tính tổng với for loop Áp dụng lý thuyết vòng lặp for để ứng dụng thực hành vào hình bên Tạo thao tác control cho nút i (Đếm số lượng vòng lặp for) Thực hành Đo lường điều khiển máy tính c Các ví dụ: - Ví dụ 1: Dùng khối đầu vào để điều khiển khối đầu - Ví dụ : Mơ dạng tín hiệu quan sát ngõ - Ví dụ 3: Vẽ đồ thị y = ax + b Với a, b số ta chọn Ta xây dựng Font panel sau: Lấy đồ thị và điều khiển số Thực hành Đo lường điều khiển máy tính PHẦN V: PHẦN MỀM DO LƯỜNG NI ELVISMX INSTRUMENT Phần mềm đo lường NI Elvismx Instrument NI Elvismx giải pháp toàn diện cho phương pháp dạy học theo dự án Kết hợp thiết bị đo lường, thiết kế nhúng kết nối web, tảng dùng để giảng dạy kiến thức kỹ thuật thiết kế hệ thống 1.1 Dạy sinh viên cách sáng tạo Kết hợp độ xác tin cậy bảy thiết bị đo lường với tốc độ khả tùy biến điều khiển nhúng công nghiệp, NI ELVIS giúp giáo viên dạy cho sinh viên kỹ kỹ thuật thiết thực thực tế Nó xây dựng dựa khái niệm làm việc theo nhóm, kết nối sinh viên với thí nghiệm khuyến khích hợp tác liên tục với công nghệ sử dụng 35.000 cơng ty tồn giới a Củng cố lý thuyết thơng qua thí nghiệm Sinh viên tồn quyền quản lý cơng cụ đo lường điều khiển trực quan, giúp họ củng cố mối liên hệ lý thuyết ví dụ thực tế phịng thí nghiệm b Thiết bị đo với máy tính Các giáo viên cung cấp tất phép đo đến máy tính sinh viên sử dụng kết nối Wi-Fi để thúc đẩy hợp tác nhiều thiết bị, tính phịng thí nghiệm kỹ thuật c Giảng dạy nhiều ứng dụng NI ELVIS sử dụng cho khóa học thiết yếu thơng qua hệ sinh thái gồm board ứng dụng thực hành thiết kế chuyên gia giáo dục công nghiệp, sử dụng thí nghiệm trực tuyến thúc đẩy việc học tập tích cực d Tích hợp giải pháp cơng nghiệp cho giáo dục Được xây dựng công nghệ sử dụng 35.000 công ty, NI ELVIS chứa I/O lập trình cung cấp Xilinx giáo trình thực hành đồng phát triển với cơng ty Texas Instruments Quanser e Đáp ứng yêu cầu kiểm định NI ELVIS giúp giáo viên đáp ứng yêu cầu kiểm định với phần cứng khuyến khích thử nghiệm nhóm đa ngành áp dụng công cụ sử dụng cơng ty kỹ thuật tồn giới f Giảm thời gian đo lường Sinh viên tự tin đo nhanh thử nghiệm kỹ lưỡng cách sử dụng NI ELVIS, tảng kết hợp thiết bị đo cấp công nghiệp quan trọng vào giải pháp trực quan 1.2 Tài nguyên giảng dạy 15 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính 1.3 Giao diện phần mềm NI ELVISmx Hình 11: Giao diện phần mềm NI ELVISmx Phần mềm cho phép người sử dụng đo lường thiết bị điện, mạch tương tự, mạch số, tín hiệu xung…được trang bị Tap Instruments & Apps Phần mềm kết nối với board NI myDAQ với tính tương tự máy Oscilloscope Thực hành thí nghiệm đo đạc để kiểm tra lại tính phần mềm, chọn số công cụ để thao tác b Digital Multimeter với tính thiết bị đo VOM 16 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Hình 12: Digital Multimeter Thực hành đo dòng điện AC, DC, điện trở, tụ điện, diot, kiểm tra thơng mạch c Máy phát dạng sóng tùy ý: Add file dạng sóng tùy ý để phát kiểm tra, quan sát tín hiệu xuất hình Hình 13: Máy phát dạng sóng tùy ý d Phân tích biểu đồ Bode: 17 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Đo tín hiệu quan sát biểu đồ bode, rút nhận xét với thiết bị đo khác Hình 14: Phân tích biểu đồ Bode e Đo tín hiệu xung Đo mạch đếm mạch tạo xung 555… sau kiểm tra, quan sát hình, rút nhận xét so với máy Oscilloscope Hình 15: Đo tín hiệu xung f Xem dạng sóng kỹ thuật số: 18 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Thêm vài tín hiệu kỹ thuật số vào, đo đạc quan sát (có thể sử dụng mạch có sẵn thực số học phần khác để kiểm nghiệm) Hình 16: Xem dạng sóng kỹ thuật số 19 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính PHẦN VI: KẾT NỐI NI myDAQ VỚI PC ĐỂ THU THẬP DỮ LIỆU Giới thiệu Board myDAQ: NI myDAQ thiết bị thu thập liệu di động (DAQ), sử dụng dựa công cụ phần mềm NI LabVIEW, cho phép sinh viên đo lường phân tích tín hiệu giới thực NI myDAQ lý tưởng để khám phá thiết bị điện tử lấy số đo cảm biến Kết hợp với NI LabVIEW PC, sinh viên phân tích xử lý tín hiệu thu kiểm sốt quy trình đơn giản nào, nơi đâu Hình 17: Board NI myDAQ 1.1 Cấu tạo: NI myDAQ cung cấp đầu vào tương tự (AI), đầu analog (AO), đầu vào đầu kỹ thuật số (DIO), âm thanh, nguồn điện chức vạn kỹ thuật số (DMM) thiết bị Các mạch tích hợp cung cấp Texas Instruments tạo thành hệ thống I/O Hình 10 mô tả xếp khối chức hệ thống NI myDAQ 20 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Hình 18: Cấu tạo NI myDAQ - ANALOG INPUT (AI) Có hai kênh đầu vào tương tự NI myDAQ Các kênh cấu hình chung điện áp cao khác biệt đầu vào đầu vào âm Các đầu vào tương tự ghép kênh, nghĩa chuyển đổi tương tự sang số (ADC) sử dụng để lấy mẫu hai kênh Trong chế độ chung, bạn đo tín hiệu lên đến ± 10 V Ở chế độ âm thanh, hai kênh đại diện cho đầu vào mức âm trái phải Đầu vào tương tự đo lên tới 200 kS/s kênh, chúng hữu ích cho việc thu nhận dạng sóng Đầu vào tương tự sử dụng máy đo dao động NI ELVISmx, Máy phân tích tín hiệu động thiết bị phân tích Bode - ANALOG OUTPUT (AO) Có hai kênh đầu tương tự NI myDAQ Các kênh cấu hình hai đầu điện áp đa đầu âm Cả hai kênh có chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC), để chúng cập nhật đồng thời tín hiệu - DIGITAL INPUT/OUTPUT (DIO) Có tám dịng DIO NI myDAQ Mỗi dịng Giao diện chức lập trình (PFI), có nghĩa cấu đầu vào đầu kỹ thuật số định thời theo phần mềm, hoạt động đầu vào đầu chức đặc biệt cho đếm kỹ thuật số - NGUỒN CẤP (POWER SUPPLIES) 21 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Có ba nguồn có sẵn để sử dụng NI myDAQ +15 V -15 V sử dụng để cấp nguồn cho thành phần tương tự khuếch đại điều chỉnh tuyến tính +5 V sử dụng để cấp nguồn cho thành phần kỹ thuật số thiết bị logic Tổng công suất khả dụng cho nguồn, đầu analog đầu kỹ thuật số bị hạn chế đến 500 mW (tối đa) / 100 mW (tối thiểu) Để tính tổng mức tiêu thụ lượng nguồn, nhân điện áp đầu với dòng tải cho đường ray điện áp tổng lại với - ĐỒNG HỒ VẠN NĂNG KỸ THUẬT SỐ (DMM) NI myDAQ DMM cung cấp chức đo điện áp (DC/AC), dòng điện (DC/AC), điện trở giảm điện áp diode Các phép đo DMM định thời theo phần mềm, tốc độ cập nhật bị ảnh hưởng hoạt động máy tính USB 1.2 Kết nối với NI myDAQ Hình 19: Kết nối với NI myDAQ Sử dụng khối DAQ Assistant Express VI: Tạo, chỉnh sửa chạy tác vụ NI-DAQmx Block Diagram Inputs: Để mở Block Diagram Inputs click chuột phải chọn Express >> Input >> DAQ Assistant 22 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Hình 20: DAQ Assistant Input Sau đặt lên Block Diagram, bảng DAQ Assistant khởi chạy để khai báo đầu vào cách chọn Acquire Signals >> Digital Input >> Line Input >> Line D0 Hình 21: Khai báo input Block Diagram Outputs: Để mở Block Diagram Outputs click chuột phải chọn Express >> Output >> DAQ Assistant 23 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Hình 22: DAQ Assistant Output Sau đặt lên Block Diagram, tương tự bảng DAQ Assistant khởi chạy để khai báo đầu cách chọn Generate Signals >> Digital Output >> Line Output >> Line D1 Hình 23: Khai báo Outputs Sử dụng chân data để biểu diễn đường dây tín hiệu, data input nối vào data output Dữ liệu đầu cho tác vụ đo lường đầu vào cho tác vụ đầu digital analog 24 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính PHẦN VII: GIAO TIẾP ARDUINO VỚI LABVIEW BẰNG LINX VI Package Manager Package Manager (PM) package management system tập hợp phần mềm dùng để quản lý tự động hoá việc cài đặt, nâng cấp, gỡ bỏ phần mềm/thư viện (package) Các thành phần Package Manager nguyên tắc hoạt động - Package Manager: Cài đặt máy developer, quản lý việc cài đặt package - Repository: Nơi chứa package (trên mạng) Khi cần package đó, PM tải package từ repository Labview - Local Package Database: Mỗi dự án có local package database riêng, chứa thơng tin (metadata, bao gồm tên package, phiên bản, dependency) package dự án Các bước kết nối Adruino với labview thông phần mềm Package Manager Bước 1: Mở Package Manager: Hình 24: Giao diện Package Manager Bước 2: Đến tìm kiếm gõ LINX ->nhấn vào install 25 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Hình 25: Kết nối với Linx Bước 3: Vào labview chọn sổ Block diagram => Gọi chương trình LINX Hình 26: Mở Linx Labview 26 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính PHẦN VIII: GIAO TIẾP ARDUINO VỚI MATLAB SIMULINK Bước 1: Setup driver add thư viện Arduino vào Matlab Hình 27: Driver thư viện Arduino Hình 27: Kiểm tra driver máy tính Hình 28: Thư viện Arduino Matlab Simulink 27 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Bước 2: Cấu hình Arduino vào Matlab Simulink Thao tác 1: Chọn phần cứng kết nối vào máy tính Thao tác 2: Chọn Tap để cấu hình cổng kết nối Thao tác 3: Chọn cổng COM kết nối, add driver tự nhận hiển thị tên cổng COM Hình 28: Các bước cấu hình kết nối Bước 3: Thiết kế chương trình Matlab Simulink Sử dụng thư viện cài đặt vào kết nối khối vào để tạo thành hệ thống để đo lường điều khiển thiết bị máy tính Hình 29: Chương trình mẫu 28 Thực hành Đo lường điều khiển máy tính Bước 4: Kiểm tra lỗi nạp code xuống Arduino Code dịch từ chương trình Matlab Simulink Hình 30: Cửa sổ thông báo biên dịch code Bước 5: Chạy Demo chương trình Setup chế độ Run on target hardware Thao tác 1: Chọn chế độ chạy mô Thao tác 2: Chọn chế độ chạy mô liên tục theo thời gian thực Thao tác 3: Tiến hành chạy mô Hình 31: Chọn chế độ mơ 29