Nghiên ứu và xây dựng các module thí nghiệm đo lường điều khiển qua mạng

Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Bách Khoa Hµ Néi - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÁC MODULE THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG HÀ VĂN PHNG Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học CHUYấN NGNH: O LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hµ Néi - 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205110991000000 Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÁC MODULE THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG HÀ VN PHNG Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học CHUYấN NGNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS – TS PHẠM THỊ NGỌC YẾN Hµ Néi - 2005 danh mục hình vẽ Hình 2.1 Mô hình phòng thí nghiệm qua mạng LAN Hình 2.2 Mô hình phòng thí nghiệm qua mạng internet .8 Hình 2.3 Cấu h×nh mét hƯ thèng Field – Point 10 Hình 2.4 Sơ đồ khối AT-MIO-16E-10 17 H×nh 2.5 Thø tù ch©n tÝn hiƯu cđa card AT-MIO-16E-10 18 Hình 2.6 Bảng công cụ điều khiÓn 22 Hình 2.7 Ví dụ giao diện mặt trớc thiết bị ảo 25 Hình 2.7 Bảng điều khiển cho mặt máy 26 Hình 2.8 Minh hoạ mét block diagram .27 Hình 2.9 Mô tả cấu trúc Sequence .29 Hình 2.10 Mô t¶ cÊu tróc Case 30 Hình 2.11 Mô tả ví dụ sư dơng cÊu tróc While loop 31 Hình 3.1 Quan hệ đặc tính nhiệt ®iÖn trë theo nhiÖt ®é 35 Hình 3.2 Cấu tạo nhiệt điện trở .41 H×nh 3.3 Mét số nhiệt địên trở bán dẫn .43 H×nh 3.4 HiƯu øng Seebeck 44 Hình 3.5 Cặp nhiệt loại J .46 Hinh 3.6 CÊu tạo cặp nhiệt điện 46 Hình 3.7 Cặp nhiệt điện loại J với T ref đợc giữ 0C 49 H×nh 3.8 Vïng chuÈn hƯ thèng ®o .50 Hình 3.9 Mạch bù sai số nhiệt độ 51 H×nh 3.10 Quan hệ ssđ nhiệt độ 52 Hình 3.11 Sơ đồ ho¶ kÕ quang häc 56 Hình 3.12 Sơ đồ hoả kế quang ®iÖn .57 Hình 3.13 Bộ cảm biến siêu âm nhiệt độ .59 Hình 3.14 Sơ đồ khối trình đo điều khiển nhiệt độ qua mạng 62 Hình 3.15 Hộp tuỳ chọn loại cảm biến 64 Hình 3.16 Công tắc chọn loại nhiệt độ hiển thị 64 Hình 3.17 Phần hiển thị nhiệt độ 65 Hình 3.18 Báo động vợt khoảng nhiệt độ đặt 65 Hình 3.19 Mặt trớc máy đo nhiệt ®é 66 Hình 3.20 Lập trình theo ngôn ngữ LabVIEW cho thiết bị đo nhiệt độ 67 Hình 3.21 Mặt trớc oscilloscope ¶o 70 Hình 3.22 Phần lập trình cho oscilloscope ảo .71 Hình 3.23 Mặt trớc thiết bị đo điều khiển tốc độ 73 Hình 4.1 Mô hình hệ thống thÝ nghiƯm qua m¹ng 75 Hình 4.2 Giao diện trang chủ thí nghiệm đo lờng điều khiển .77 Hình 4.3 Sơ đồ mà chơng trình trang Web thí nghiệm 79 H×nh 4.4 Giao diƯn Web client 82 H×nh 5.1 Sơ đồ khối hệ thống vận hành thử 83 H×nh 5.2 Trang Web cña MICA 84 H×nh 5.3 Trang giíi thiƯu chung 85 H×nh 5.4 Trang Web thí nghiệm đo nhiệt độ qua mạng .86 H×nh 5.5 Trang Web thÝ nghiƯm đo tín hiệu điện áp Oscilloscope .87 Hình 5.6 Trang Web thÝ nghiƯm ®o tèc ®é 88 H×nh 5.7 Trang Web thÝ nghiƯm ph©n tÝch tÝn hiƯu .89 danh mục bảng Bảng 2.1 Thông số khuếch đại độ xác 13 Bảng 3.1 Quan hệ điện trở nhiệt độ(Pt100) 37 Bảng 3.2 Sức địên động cặp nhiệt ngẫu so với thuỷ ngân 47 Bảng 3.3 Giới hạn nhiệt độ ống bảo vệ 47 Bảng 3.4 Quan hệ thiết bị đo nhiệt độ đo với sai số 60 Bảng 3.5 Bảng tóm tắt phạm vi hoạt động cảm biến nhiệt 61 Bảng 4.1 Cách lập danh sách quyền truy nhËp cđa c¸c Web client 80 Mơc lục Chơng 1: Vấn đề thực trạng hớng nghiên cøu .1 1.1 VÊn ®Ị thùc tr¹ng hiƯn 1.2 Hớng nghiên cứu nhiệm vụ đề tài Chơng 2: Cơ sở xây dựng phòng thí nghiệm qua mạng 2.1 Mô hình phòng thí nghiệm qua mạng LAN 2.2 Mô hình phòng thí nghiệm qua mạng internet 2.3 Cơ sở xây dựng phòng thí nghiệm qua mạng 2.3.1 Cảm biến đo lờng .8 2.3.2 HƯ thèng thu thËp vµ xư lý tÝn hiƯu 10 2.3.2.1 HÖ thèng m¹ng Field-Point 10 2.3.2.2 Card thu thËp sè liÖu NI_DAQ 11 2.3.3 Giới thiệu tìm hiĨu phÇn mỊm LabVIEW .19 2.3.3.1 Kh¸i niƯm vỊ LabVIEW 19 2.3.3.2 Cài đặt LabVIEW 19 2.3.3.3 Các đặc tr−ng cña LabVIEW 20 2.3.3.4 Ghép nối với thiết bị ngoại vi 22 2.3.3.5 Một số điều cần biÕt sư dơng LabVIEW 22 2.3.3.6 Cách thiết kế thiết bị ảo LabVIEW 24 Chơng 3: Xây dựng module thÝ nghiƯm qua m¹ng 33 3.1 Xây dựng module đo điều khiển nhiệt ®é qua m¹ng 33 3.1.1 Giíi thiệu chung phơng pháp đo nhiệt độ 33 3.1.2 Một số phơng pháp đo nhiệt độ 34 3.1.2.1 Đo nhiệt độ nhiệt điện trở 34 3.1.2.2 Đo nhiệt độ b»ng cỈp nhiƯt ngÉu 44 3.1.2.3 Cảm biến quang đo nhiệt độ .53 3.1.2.4 Cảm biến siêu ©m nhiƯt ®é .58 3.1.3 Xây dựng module đo điều khiển nhiệt ®é 62 3.1.3.1 Ph©n tÝch nhiƯm vụ tính module 62 3.1.3.2 Xây dựng giao diện lập trình 64 3.2 Mét sè module ®o lờng điều khiển khác 67 3.2.1 Xây dựng module đo tín hiệu sóng .67 3.2.2 X©y dùng module ®o vµ ®iỊu khiĨn tèc ®é 71 Chơng 4: Xây dựng Web server 74 4.1 Ph©n tÝch nhiƯm vơ hƯ thèng 74 4.2 X©y dùng Web server 75 4.2.1 NhiƯm vơ vµ giao diƯn web server .76 4.2.2 Thùc hiƯn lËp tr×nh cho Web server 78 4.3 X©y dùng Web client 80 Ch−¬ng 5: Thư nghiƯm hƯ thống kết .83 5.1 Lắp đặt hệ thống thử nghiệm .83 5.2 KÕt qu¶ vËn hµnh thư nghiƯm hƯ thèng .84 5.3 Các vấn đề cha giải 90 5.3.1 Qu¶n lý truy cËp 90 5.3.2 Vấn đề bảo mật an ninh mạng .90 5.4 Hớng phát triển đề tài .91 4.1.1 4.2 3.1.2.2 3.1.2.3 -1Chơng 1: thực trạng hớng nghiên cứu 1.1 Thực trạng Sự phát triển mạnh mẽ không ngừng với thành tựu to lớn lĩnh vực thông tin tin học đặc biệt mạng thông tin, hội nhập máy tính kỹ thuật truyền tin Sự bùng nổ mạng thông tin đà có ảnh hởng sâu sắc đến hớng nghiên cứu phát triển nhà khoa học nh hÃng sản xuất Hiện xu ứng dụng mạng thông tin việc giám sát, điều khiển truyền thông đặc biệt ứng dụng mạng internet để giám sát điều khiển hệ thống từ xa.Việc sử dụng mạng internet giám sát điều khiển hệ thống từ xa toán có nhiều ứng dụng thực tế đạt hiệu cao Phòng thí nghiệm qua mạng internet hệ đợc quan tâm Theo cách truyền thống thực thí nghiệm cần phải có phòng thí nghiệm với trang thiết bị việc quản lý trở nên phức tạp Mặt khác ngời làm thí nghiệm phải đến tận nơi có phòng thí nghiệm thực thao tác ghi chép kết thí nghiệm theo lịch trình đà định trớc dẫn đến lÃng phí thời gian chí phí chuẩn bị cho thí nghiệm nh bất tiện khác việc lại không cần thiết Với phòng thí nghiệm qua mạng có thiết bị đo thu thập số liệu trờng máy chủ phục vụ việc lu trữ số liệu chuyển thông tin, ngời làm thí nghiệm thực đợc thí nghiệm mà không cần phải đến tận trờng mà cần ngồi nhµ vµo bÊt cø lóc nµo cịng cã thĨ thùc đợc thí nghiệm máy tính cá nhân nối mạng kết đợc ghi vào file nhớ máy tính tuỳ ý Nh tiết kiệm đợc thời gian, chi phí không cần thiết nh cách truyền thống thực phát huy tính tích cực đào tạo từ xa Hà Văn Phơng_Đo lờng Hệ thống điều khiển -2- 1.2 Hớng nghiên cứu nhiệm vụ đề tài Để đáp ứng phần nhu cầu thiết thực đà chọn đề tài Nghiên cứu xây dựng module thí nghiệm Đo lờng Điều khiển qua mạng internet Đây vấn đề phòng thí nghiệm qua mạng Phòng thí nghiệm yêu cầu tối thiểu cần có trờng phòng thí nghiệm có cảm biến đo đại lợng, hệ thống thu thập số liệu đo, Web servers lu trữ số liệu module Web thí nghiệm tơng ứng chuyển chúng để trả lời cho yêu cầu từ Web client Việc xây dựng module thí nghiệm qua mạng đáp ứng yêu cầu lý thuyết mục đích thí nghiệm mà đảm bảo tính trực quan thí nghiệm Vì thiết bị module thí nghiệm phải có hình ảnh, điều khiển, hiển thị nh cách sử dụng giống với thiết bị đơn lẻ có thực tế Điều đồng nghĩa với việc yêu cầu ngôn ngữ lập trình chuyên dụng để tạo giao diƯn trang Web thÝ nghiƯm trªn HiƯn nay, cã nhiều ngôn ngữ lập trình hÃng phần mềm hỗ trợ tạo giao diện cách dƠ dµng nh−: LabVIEW, Visual Basic, Visual_Basic.Net Nh−ng trờng hợp để tạo giao diện cho thiết bị đo lờng điều khiển ngôn ngữ thích hợp LabVIEW hÃng National Instruments th viện ngôn ngữ đà có sẵn nút, điều khiển, hiển thị giống với chi tiết thiết bị thật Hơn ngôn ngữ lập trình đồ hoạ thuận tiện, trực quan giao diện thân thiện với ngời sử dụng Sự hỗ trợ phần cứng phần mềm hÃng đà tạo nên sản phẩm chuyên dụng lĩnh vực đo lờng điều khiển nh: card thu thập, module thu thập đợc kết nối với máy tính phần mền đợc tạo ngôn ngữ LabVIEW Hà Văn Phơng_Đo lờng Hệ thống điều khiển