Giới thiệu phần mềm LabVIEW, Proteus, IDE (Integrated Development Environment) 3 1.1. LabVIEW là gì? 3 1.2. Tạo một Project Explorer 4 1.3. Các thành phần của một VI 5 1.4. Phần mềm Proteus 6 1.5. Phần mềm IDE 7 1.6. Phần mềm Configure Virtual Serial Port Driver 8 Cảm biến LM35 và bo mạch Arduino Mega2560 9 2.1. Sơ đồ chân LM35 9 2.2. Thông số kỹ thuật LM35 9 2.3. Bo mạch Arduino Mega2560 10 2.4. Cách mắc cảm biến LM35 với Arduino Mega2560 11 Chương 3 13 Chương trình thực hiện 13 3.1. Chương trình thực hiện trên phân mềm LabVIEW 13 3.2. Chương trình thực hiện trên phần mềm Proteus 15 3.3. Chương trình viết trên phần mềm IDE 15 3.4. Thực hiện chạy chương trình 16
Trang 1Đề tài: Thiết kế chương trình mô phỏng 8 kênh đo và hiển thị nhiệt độ trong
phòng dùng cảm biến nhiệt độ LM35 ứng dụng phân mềm LabVIEW
Mục lục
Đề tài 1
Mục lục 1
Danh mục hình ảnh 2
Danh mục bảng 2
Giới thiệu phần mềm LabVIEW, Proteus, IDE (Integrated Development Environment) 3
1.1 LabVIEW là gì? 3
1.2 Tạo một Project Explorer 4
1.3 Các thành phần của một VI 5
1.4 Phần mềm Proteus 6
1.5 Phần mềm IDE 7
1.6 Phần mềm Configure Virtual Serial Port Driver 8
Cảm biến LM35 và bo mạch Arduino Mega2560 9
2.1 Sơ đồ chân LM35 9
2.2 Thông số kỹ thuật LM35 9
2.3 Bo mạch Arduino Mega2560 10
2.4 Cách mắc cảm biến LM35 với Arduino Mega2560 11
Chương 3 13
Chương trình thực hiện 13
3.1 Chương trình thực hiện trên phân mềm LabVIEW 13
3.2 Chương trình thực hiện trên phần mềm Proteus 15
3.3 Chương trình viết trên phần mềm IDE 15
3.4 Thực hiện chạy chương trình 16
Kết luận 20
Tài liệu tham khảo 21
Trang 2Danh mục hình
YHình 2.1 Sơ đồ chân của 4 loại cảm biến nhiệt độ LM35 9
Hình 2.3 Một số linh kiện trên bo mạch Arduino Mega 2560 11
Hình 2.5 Sơ đồ mắc cảm biến LM35 với bo mạch Arduino Mega2560 11
Hình 3.5 Ghép đôi cổng COM1 và COM2 trên phần mềm Virtual Serial Port
Hình 3.9 Lựa chọn cổng COM trên LabVIEW để kết nối ảo với phần mềm
Hình 3.10 Chạy chương trình hiện thị nhiệt độ trên phần mềm LabVIEW 23
Danh mục bả
Bảng 2.1 Danh sách chân của 4 loại cảm biến nhiệt độ LM35 9
YBảng 3.1 Bảng giải thích các khối cơ trong Block Diagram 14
Trang 3Chương 1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW, Proteus, IDE (Integrated Development
Environment)
1.1 LabVIEW là gì?
- LabVIEW (viết tắt của nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation
Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty
National Instruments, Hoa kỳ LabVIEW còn được biết đến như là một ngônngữ lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyềnthống như ngôn ngữ C, Pascal
- LabVIEW là một môi trường lập trình đồ họa mà bạn có thể sử dụng để
tạo các ứng dụng với giao diện người dùng chuyên nghiệp một cách nhanhchóngvà hiệu quả Hàng triệu kỹ sư và nhà khoa học sử dụng LabVIEW để pháttriển các ứng dụng đo lường, kiểm thử, và điều khiển tinh vi bằng cách sửdụngcác biểu tượng trực quan và dây nối tín hiệu Ngoài ra, LabVIEW có thểđược mở rộng cho nhiều nền tảng phẩn cứng và hệ điều hành khác nhau Trongthực tế, nền tảng LabVIEW có khả năng tích hợp với hàng nghìn thiết bị phầncứng và cung cấp hàng trăm thư viện được xây dựng sẵn để phân tích nângcao và hiển thị dữ liệu giúp bạn tạo ra các thiết bị ảo có thể tùy chỉnh theo nhucầu của mình
- Bởi vì chương trình LabVIEW mô phỏng giao diện và hoạt động củacác thiết bị thực, chẳng hạn như dao động ký và thiết bị đo đa năng, chươngtrìnhLabVIEW được gọi là thiết bị ảo (Virtual Instrument), thường gọi tắt
là VI VI có Front Panel và Block Diagram Front Panel là giao diện người dùng.Block Diagram là chương trình phía sau giao diện người dùng Sau khi bạn xâydựng Front Panel, bạn thêm mã (code) để điều khiển các đối tượng trên FrontPanel bằng cách sử dụng các hình đồ họa đại diện cho các hàm Mã trên BlockDiagram là mã dạng đồ họa, thường được biết đến là G code (mã G) hoặc BlockDiagram code
- Khác với các ngôn ngữ lập trình dạng văn bản, như C++ và Visual
Basic, LabVIEW sử dụng các biểu tượng thay vì các dòng văn bản để tạo ra cácứng dụng Trong lập trình dạng văn bản, thứ tự các dòng lệnh xác định trình tựthực hiện chương trình LabVIEW sử dụng lập trình đồ họa dạng dòng chảy dữliệu Trong lập trình đồ họa dạng dòng chảy dữ liệu, dòng chảy của dữ liệuqua các nút trên Block Diagram xác định trình tự thực hiện chương trình Lậptrình đồ họa và thực thi dạng dòng chảy dữ liệu là hai đặctính chính làm LabVIEW khác với hầu hết ngôn ngữ lập trình đa dụng khác
- LabVIEW để tạo ra các ứng dụng thu thập dữ liệu đơn giản một cách hiệu
quả với ba bước: thu thập, phân tích, và hiển thị Mặc dù giáo trình này đượcgiảng dạy trên Windows, LabVIEW hỗ trợ nhiều nền tảng Bạn có thể phát
Trang 4triển các ứng dụng trên Windows, Mac OS, hoặc Linux Hơn nữa, bạn có thểtriển khai các ứng dụng LabVIEW cho một loạt các nền tảng thời gian thực
và FPGA
- Đặc điểm của LabVIEW
Chương trình LabVIEW có các đặc điểm sau:
o Đồ họa và biên dịch
o Lập trình theo dạng dòng chảy dữ liệu hướng
o Đa mục tiêu và nhiều nên tảng
o Hướng đối tượng
o Khả năng đa luồng
1.2 Tạo một Project Explorer
- VI là những chương trình LabVIEW, và bạn có thể sử dụng nhiều VI với
nhau để tạo ra một ứng dụng LabVIEW Để nhóm các VI liên quan với nhau, sử dụng LabVIEW project (dự án LabVIEW) Khi bạn lưu một dự án LabVIEW từ cửa sổ Project Explorer, LabVIEW tạo ra một tập tin dự án (.lvproj), bao gồm tất cả các tập tin LabVIEW và các tập tin khác trong dự án, thông tin cấu
hình, thông tin về xây dựng (để tạo ra các file thực thi EXE, tạo ra file setup, tạo ra tập tin DLL, …), và các thông tin triển khai
- Một số ứng dụng LabVIEW, chẳng hạn các VI đơn giản, không cần
phải sử dụng một dự án LabVIEW Tuy nhiên, bạn phải sử dụng một dự án để xây dựng các ứng dụng độc lập và thư viện chia sẻ Ngoài ra, bạn phải sử
dụng một dự án để làm việc với mục tiêu phần cứng không phải là máy tính pháttriển như: thiết bị thời gian thực, FPGA Tham khảo các tài liệu về các mô-đun cụ thể để biết thêm thông tin về việc sử dụng các dự án với LabVIEW Real-Time, FPGA
- Cửa sổ Project Explorer:
+ Các dự án trong LabVIEW bao gồm VI, các tập tin cần
thiết để những VI này chạy đúng, và các tập tin bổ sung như tài liệu hoặc các liên kết có liên quan.Sử dụng cửa sổ Project Explorer để quản lý dự
án trong LabVIEW
+ Theo mặc định, cửa sổ Project Explorer bao gồm các mục sau đây:
Project root - Chứa tất cả các mục khác trong cửa sổ Project
Explorer Nhãn trên project root là tên tập tin của dự án
My Computer - Đại diện cho máy tính như là một mục tiêu trong dự án
Dependencies - Bao gồm các VI và các mục mà VI trong mục tiêu yêu cầu
Build Specifications -Bao gồm cấu hình xây dựng cho việc phân
phối mã nguồn và các loại cấu hình khác có sẵn trong các mô-đun và toolkit của LabVIEW Nếu bạn đã cài LabVIEW Professional Development
Trang 5System hoặc Application Builder, bạn có thể sử dụng Build
Specifications để cấu hình các ứng dụng độc lập, thư viện chia sẻ, trình cài đặt, và các tập tin nén (zip)
- Hoàn thành các bước sau đây để sử dụng cửa sổ Project Explorer trong việc tạo và chỉnh sửa các dự án LabVIEW:
1 Chọn File»Create Project để hiển thị hộp thoại Create Project Hộp thoại Create Project hiển thị một danh sách các chương trình mẫu và các ví
dụ mà bạn có thể sử dụng để đảm bảo rằng dự án bạn tạo ra sử dụng thiết
kế đáng tin cậy và phương thức lập trình chính thống
2 Tìm dự án mẫu thích hợp với mục tiêu mà bạn muốn thực hiện với dự
án Sử dụng các tính năng sau đây để tìm kiếm các dự án mẫu:
Filters – Chỉ hiển thị chỉ kết quả của một loại nhất định, chẳng
hạn như các dự án mẫu cho một mục tiêu cụ thể
Additional Search - Tìm kiếm theo các từ khóa, tiêu đề, và mô tả của các kết quả đã lọc
More Information - Mở tập tin trợ giúp cho các mục Xem lại các tập tin trợ giúp để đảm bảo rằng dự án mẫu thích hợp với mục tiêu mà bạn muốn dự án thực hiện
3 Nhấn nút Next hay Finish để cấu hình chi tiết cho dự án, bao gồm cách lưu dự án Sau khi bạn hoàn thành việc cấu hình dự án, LabVIEW lưu dự
án vàmở cửa sổ Project Explorer
4 Sử dụng cửa sổ Project Explorer để chỉnh sửa dự án Tham
khảo các ghi chú trên block diagram của VI trong dự án mẫu để biết thêm thông tin về cách chỉnh sửa dự án Tham khảo thêm thư mục Project
Documentation trong cửa sổ Project Explorer để biết thêm thông tin về cách chỉnh sửa dự án
1.3 Các thành phần của một VI
Một VI bao gồm ba thành phần chính:
Cửa số front panel
Cửa số block diagram
Icon/connector pane
- Cửa sổ Front panel
Cửa số Front panel là giao diện người dùng cho VI
Trang 6Hình 1.1 Cửa sổ front panel
Cửa số block diagram
Hình 1.2 Cửa số block diagram
1.4 Phần mềm Proteus
- Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử
bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điềukhiển như MCS-51, PIC, AVR, … Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tửcủa Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thôngdụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola Phầnmềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để
vẽ mạch in Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá tốt, nó
hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430,ARM7/LPC2000 các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ngòai ra còn
mô phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả Proteus là bộ công cụchuyên về mô phỏng mạch điện tử
- Proteus có hai phần bao gồm:
Trang 7+ ISIS cho phép mô phỏng hoạt động của các hệ vi điều khiển, cũng như hoạtđộng của các linh kiện điện tử như led, tụ điện, điện trở….Chọn đối tượng vàthiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng ISIS tích hợp nhiều công cụ giúp choviệc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh kiện
Hình 1.3 ISIS trong phần mềm Proteus
Trang 8+ Trước khi nạp Sketch bạn phải chọn tên bo mạch, và cổng com:
+ Từ menu chính chọn Tools > Board và Tools > Port
- Libraries:
+ Là những thư viện bổ sung thêm những chức năng để sử dụng trong sketch, ví
dụ làm việc với màn hình LCD bạn phải cần có một thư viện để điều khiển nó
Để dùng library, bạn chọn Sketch->import Library
+ Đây là danh sách những thư viện thông dụng bạn nên biết Một số thư viện có sẵn với Arduino IDE Một số khác bạn có thể tải thêm từ internet hoặc thông
qua Library Manager Xem thêm hướng dẫn cài đặt Library.
- Serial Monitor:
+ Là hộp thoại để hiện thị dữ liệu được gửi từ bo mạch Arduino, hoặc gửi dữ liệu từ máy tính tới bo mạch của bạn
1.6 Phần mềm Configure Virtual Serial Port Driver
- Virtual Serial Port Driver là phần mềm hữu hiệu để tạo ra các cổng nối
tiếp ảo và kết nối chúng theo cặp thông qua dây cáp null-modem ảo Các ứngdụng trên cả hai đầu của cặp đó sẽ có thể trao đổi dữ liệu cho nhau Khi đó, dữliệu được ghi trên cổng đầu tiên sẽ xuất hiện ở cổng thứ hai và ngược lại
- Tất cả các cổng nối tiếp ảo đều hoạt động chính xác như những cổng thực,
mô phỏng các thiết lập của chúng Do đó, bạn có thể tạo ra bao nhiêu cặp cổng
ảo theo ý muốn mà không cần phải sử dụng phần cứng bổ sung nào
Hình 1.5 Giao diện phần mềm Virtual Serial Port Driver
Trang 9Chương 2 Cảm biến LM35 và bo mạch Arduino Mega2560 2.1 Sơ đồ chân LM35
- Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà
điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ
- Sơ đồ chân của cảm biến LM35 các loại:
Hình 2.1 Sơ đồ chân của 4 loại cảm biến nhiệt độ LM35
- Lựa chọn cảm biến có sơ đồ chân TO-92 có thông số kỹ thuật:
ngoài khoảng -55°C tới 150°C
Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật của cảm biến LM35
Trang 10- Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển.
- Arduino Mega2560 khác với tất cả các vi xử lý trước giờ vì không sửdụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, nó sửdụng ATmega16U2 lập trình như là một công cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB
Ngoài ra, Arduino Mega2560 cơ bản vẫn giống Arduino Uno R3, chỉ khác số
lượng chân và nhiều tính năng mạnh mẽ hơn, nên các bạn vẫn có thể lập trìnhcho con vi điều khiển này bằng chương trình lập trình cho Arduino Uno R3
Trang 11- Arduino Megas có sơ đồ linh kiện như các hình sau đây.
Hình 2.3 Một số linh kiện trên bo mạch Arduino Mega 2560
Hình 2.4 Sơ đồ chân của bo mạch Arduino Mega 2560
Trang 122.4 Cách mắc cảm biến LM35 với Arduino Mega2560
Hình 2.5 Sơ đồ mắc cảm biến LM35 với bo mạch Arduino Mega2560
+ Chân thứ 2 (chân giữa của cảm biến LM35) sẽ được nối vào chân AI (analog input) của bo mạch Arduino Mega2560
Trang 13Chương 3 Chương trình thực hiện 3.1 Chương trình thực hiện trên phân mềm LabVIEW
- Chương trình viết trên Block Diagram
Hình 3.1 Chương trình viết trên Block Diagram
VISA resource name
Chỉ định cổng com để kết nối LabVIEW với Proteus
VISA serial Khởi tạo cổng nối tiếp được chỉ định bởi VISA resource name để cài đặt cổng được chỉ định.
VISA read
Đọc số được chỉ định của những byte gửi từ thiết bị hoặc
giao tiếp được chỉ định bởi VISA resource name và trả lại
dữ liệu trên bộ đệm
Match Pattem
Tìm kiếm biểu thức thường trong chuỗi bắt đầu ở giá trị đốitrọng Nếu chức năng tìm thấy khớp, nó chia chuỗi thành 3 chuỗi con
Decimal String To Number
Chuyển ký tự số trong chuỗi, đang bắt đầu ở giá trị đối trọng, để một số nguyên thập phân và trả lại nó trong số thập phân
Trang 14Đóng một phiên làm việc của thiết bị hoặc đối tượng sự
kiện được chỉ định bằng VISA recource name While Loop
Vòng lặp
Bảng 3.1 Bảng giải thích các khối cơ trong Block Diagram
+ Nguyê lý hoạt động: Khi cổng com được chỉ định nó sẽ được thiết lập bởi
Visa serial đưa vào vòng lặp While loop đến khối VISA Read dữ liệu sẽ được đưa vào bộ đệm, dữ liệu vào sẽ được giới hạn tùy theo byte count Sau đó đưa tới khối Match Pattem tìm kiếm kỹ tự khớp với ký tự đã đặt và chia nó làm 3
phần rồi chuyển đến khối chuyển đổi dữ liệu từ dạng chuỗi sang dạng số để hiểnthị
- Chương trình hiển thị trên Front Panel
Hình 3.2 Chương trình hiển thị trên Front Panel
Trang 153.2 Chương trình thực hiện trên phần mềm Proteus
Hình 3.3 Chương trình thiết kế trên phần mềm Proteus
+ Cơ chế hoạt động: Đầu tiên nhiệt độ sẽ được cảm biến đo và trả về giá trị điện
áp tương ứng 10mV/oC chuyển tới đầu vào analog của bo mạch Arduino
Mega2560 tương ứng với giá trị từ 0-1023 và được chuyển chân TX của bo mạch Arduino Mega2560
3.3 Chương trình viết trên phần mềm IDE
// khai báo 8 biến đầu vào theo kiểu số nguyên(integer)
// với arduino mega 2560 nó chiếm 4 byte bộ nhớ
Trang 16// đọc tín hiệu analog bằng hàm analogRead
// tín hiệu đọc được lưu vào biến tương ứng
// giá trị trả về là một số nguyên nằm trong khoảng 0->1023
3.4 Thực hiện chạy chương trình
- B1: Biên dịch Code trên phần mềm IDE
Trang 17Hình 3.4 Biên dịch Code trên phần mềm IDE
- B2: Ghép đôi cổng COM1 và COM2 trong phần mềm Configure Virtual Serial Port Driver
Hình 3.5 Ghép đôi cổng COM1 và COM2 trên phần mềm Virtual Serial Port
Driver
- B3: Chạy chương trình trên phần mềm Proteus
+ Nạp file HEX cho bo Arduino Mega2560
Trang 18Hình 3.6 Nạp file HEX cho bo Arduino Mega2560
+ Chỉ định cổng COM cho Compim
Hình 3.7 Chọn cổng COM cho COMPIM
+ Chạy chương trình trong phần mềm Proteus
Hình 3.8 Chạy chương trình trên phần mềm Proteus
- Bước 4: Chạy chương trình trong phần mềm LabVIEW
+ Lựa chọn cổng COM2
Trang 19Hình 3.9 Lựa chọn cổng COM trên LabVIEW để kết nối ảo với phần mềm
Proteus
+ Chạy chương trình
Hình 3.10 Chạy chương trình hiện thị nhiệt độ trên phần mềm LabVIEW