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
Đề tài: Thiết kế chương trình mơ kênh đo hiển thị nhiệt độ phòng dùng cảm biến nhiệt độ LM35 ứng dụng phân mềm LabVIEW Mục lục Danh mục hình ảnh Danh mục bảng Chương Giới thiệu phần mềm LabVIEW, Proteus, IDE (Integrated Development Environment) 1.1 - - - - LabVIEW gì? LabVIEW (viết tắt nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) phần mềm máy tính phát triển cơng ty National Instruments, Hoa kỳ LabVIEW biết đến ngơn ngữ lập trình với khái niệm hồn tồn khác so với ngơn ngữ lập trình truyền thống ngơn ngữ C, Pascal LabVIEW mơi trường lập trình đồ họa mà bạn sử dụng để tạo ứng dụng với giao diện người dùng chuyên nghiệp cách nhanh chóngvà hiệu Hàng triệu kỹ sư nhà khoa học sử dụng LabVIEW để phát triển ứng dụng đo lường, kiểm thử, điều khiển tinh vi cách sử dụngcác biểu tượng trực quan dây nối tín hiệu Ngồi ra, LabVIEW mở rộng cho nhiều tảng phẩn cứng hệ điều hành khác Trong thực tế, tảng LabVIEW có khả tích hợp với hàng nghìn thiết bị phần cứng cung cấp hàng trăm thư viện xây dựng sẵn để phân tích nâng cao hiển thị liệu giúp bạn tạo thiết bị ảo tùy chỉnh theo nhu cầu - Bởi chương trình LabVIEW mơ giao diện hoạt động thiết bị thực, chẳng hạn dao động ký thiết bị đo đa năng, chương trìnhLabVIEW gọi thiết bị ảo (Virtual Instrument), thường gọi tắt VI VI có Front Panel Block Diagram Front Panel giao diện người dùng Block Diagram chương trình phía sau giao diện người dùng Sau bạn xây dựng Front Panel, bạn thêm mã (code) để điều khiển đối tượng Front Panel cách sử dụng hình đồ họa đại diện cho hàm Mã Block Diagram mã dạng đồ họa, thường biết đến G code (mã G) Block Diagram code Khác với ngơn ngữ lập trình dạng văn bản, C++ Visual Basic, LabVIEW sử dụng biểu tượng thay dòng văn để tạo ứng dụng Trong lập trình dạng văn bản, thứ tự dòng lệnh xác định trình tự thực chương trình LabVIEW sử dụng lập trình đồ họa dạng dòng chảy liệu Trong lập trình đồ họa dạng dòng chảy liệu, dòng chảy liệu qua nút Block Diagram xác định trình tự thực chương trình Lập trình đồ họa thực thi dạng dòng chảy liệu hai đặc tính làm LabVIEW khác với hầu hết ngơn ngữ lập trình đa dụng khác LabVIEW để tạo ứng dụng thu thập liệu đơn giản cách hiệu với ba bước: thu thập, phân tích, hiển thị Mặc dù giáo trình giảng dạy Windows, LabVIEW hỗ trợ nhiều tảng Bạn phát triển ứng dụng Windows, Mac OS, Linux Hơn nữa, bạn triển khai ứng dụng LabVIEW cho loạt tảng thời gian thực FPGA - Đặc điểm LabVIEW Chương trình LabVIEW có đặc điểm sau: o Đồ họa biên dịch o Lập trình theo dạng dòng chảy liệu hướng o Đa mục tiêu nhiều nên tảng o Hướng đối tượng o Khả đa luồng 1.2 - - Tạo Project Explorer VI chương trình LabVIEW, bạn sử dụng nhiều VI với để tạo ứng dụng LabVIEW Để nhóm VI liên quan với nhau, sử dụng LabVIEW project (dự án LabVIEW) Khi bạn lưu dự án LabVIEW từ cửa sổ Project Explorer, LabVIEW tạo tập tin dự án (.lvproj), bao gồm tất tập tin LabVIEW tập tin khác dự án, thơng tin cấu hình, thơng tin xây dựng (để tạo file thực thi EXE, tạo file setup, tạo tập tin DLL, …), thông tin triển khai Một số ứng dụng LabVIEW, chẳng hạn VI đơn giản, không cần phải sử dụng dự án LabVIEW Tuy nhiên, bạn phải sử dụng dự án để xây dựng ứng dụng độc lập thư viện chia sẻ Ngoài ra, bạn phải sử dụng dự án để làm việc với mục tiêu phần cứng khơng phải máy tính phát triển như: thiết bị thời gian thực, FPGA Tham khảo tài liệu mô-đun cụ thể để biết thêm thông tin việc sử dụng dự án với LabVIEW Real-Time, FPGA - Cửa sổ Project Explorer: + Các dự án LabVIEW bao gồm VI, tập tin cần thiết để VI chạy đúng, tập tin bổ sung tài liệu liên kết có liên quan.Sử dụng cửa sổ Project Explorer để quản lý dự án LabVIEW + Theo mặc định, cửa sổ Project Explorer bao gồm mục sau đây: Project root - Chứa tất mục khác cửa sổ Project Explorer Nhãn project root tên tập tin dự án • My Computer - Đại diện cho máy tính mục tiêu dự án • Dependencies - Bao gồm VI mục mà VI mục tiêu yêu cầu • Build Specifications -Bao gồm cấu hình xây dựng cho việc phân phối mã nguồn loại cấu hình khác có sẵn mơ-đun toolkit LabVIEW Nếu bạn cài LabVIEW Professional Development System Application Builder, bạn sử dụng Build Specifications để cấu hình ứng dụng độc lập, thư viện chia sẻ, trình cài đặt, tập tin nén (zip) • - Hoàn thành bước sau để sử dụng cửa sổ Project Explorer việc tạo chỉnh sửa dự án LabVIEW: Chọn File»Create Project để hiển thị hộp thoại Create Project Hộp thoại Create Project hiển thị danh sách chương trình mẫu ví dụ mà bạn sử dụng để đảm bảo dự án bạn tạo sử dụng thiết kế đáng tin cậy phương thức lập trình thống Tìm dự án mẫu thích hợp với mục tiêu mà bạn muốn thực với dự án Sử dụng tính sau để tìm kiếm dự án mẫu: Filters – Chỉ hiển thị kết loại định, chẳng hạn dự án mẫu cho mục tiêu cụ thể • Additional Search - Tìm kiếm theo từ khóa, tiêu đề, mơ tả kết lọc • More Information - Mở tập tin trợ giúp cho mục Xem lại tập tin trợ giúp để đảm bảo dự án mẫu thích hợp với mục tiêu mà bạn muốn dự án thực • Nhấn nút Next hay Finish để cấu hình chi tiết cho dự án, bao gồm cách lưu dự án Sau bạn hồn thành việc cấu hình dự án, LabVIEW lưu dự án vàmở cửa sổ Project Explorer Sử dụng cửa sổ Project Explorer để chỉnh sửa dự án Tham khảo ghi block diagram VI dự án mẫu để biết thêm thông tin cách chỉnh sửa dự án Tham khảo thêm thư mục Project Documentation cửa sổ Project Explorer để biết thêm thông tin cách chỉnh sửa dự án 1.3 Các thành phần 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 giao diện người dùng cho VI Hình 1.1 Cửa sổ front panel Cửa số block diagram Hình 1.2 Cửa số block diagram 1.4 - - Phần mềm Proteus Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR, … Proteus phần mềm mô mạch điện tử Lancenter Electronics, mô cho hầu hết linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mô mạch ARES dùng để vẽ mạch in Proteus công cụ mô cho loại Vi Điều Khiển tốt, hỗ trợ dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ngòai mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Proteus công cụ chuyên mơ mạch điện tử Proteus có hai phần bao gồm: + ISIS cho phép mô hoạt động hệ vi điều khiển, hoạt động linh kiện điện tử led, tụ điện, điện trở….Chọn đối tượng thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng ISIS tích hợp nhiều cơng cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện lên đến hàng ngàn linh kiện Hình 1.3 ISIS phần mềm Proteus + ARES dùng để vẽ mạch in xếp chúng Hình 1.4 ARES phần mềm Proteus 1.5 Phần mềm IDE - Arduino IDE Arduino Integrated Development Environment) trình soạn thảo văn bản, giúp bạn viết code để nạp vào bo mạch arduino - Một trương trình viết Arduino IDE gọi sketch, sketch lưu định dạng ino Verify Kiểm tra lỗi biên dịch code Upload Dịch upload code vào bo mạch cài đặt sẵn New Tạo sketch Open Mở sketch có sẵn Save Lưu sketch Serial Monitor Mở serial monitor - Nạp Sketch: + Trước nạp Sketch bạn phải chọn tên bo mạch, cổng com: + Từ menu chọn Tools > Board Tools > Port - Libraries: + Là thư viện bổ sung thêm chức để sử dụng sketch, ví dụ làm việc với hình LCD bạn phải cần có thư viện để điều khiển Để dùng library, bạn chọn Sketch->import Library + Đây danh sách thư viện thông dụng bạn nên biết Một số thư viện có sẵn với Arduino IDE Một số khác bạn tải thêm từ internet thơng qua Library Manager Xem thêm hướng dẫn cài đặt Library - Serial Monitor: + Là hộp thoại để thị liệu gửi từ bo mạch Arduino, gửi liệu từ máy tính tới bo mạch bạn 1.6 Phần mềm Configure Virtual Serial Port Driver - Virtual Serial Port Driver phần mềm hữu hiệu để tạo cổng nối tiếp ảo kết nối chúng theo cặp thông qua dây cáp null-modem ảo Các ứng dụng hai đầu cặp trao đổi liệu cho Khi đó, liệu ghi cổng xuất cổng thứ hai ngược lại - Tất cổng nối tiếp ảo hoạt động xác cổng thực, mô thiết lập chúng Do đó, bạn tạo cặp cổng ảo theo ý muốn mà không cần phải sử dụng phần cứng bổ sung Hình 1.5 Giao diện phần mềm Virtual Serial Port Driver Chương Cảm biến LM35 bo mạch Arduino Mega2560 2.1 - Sơ đồ chân LM35 Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Cảm biến LM35 hoạt động cách cho giá trị hiệu điện định chân Vout (chân giữa) ứng với mức nhiệt độ - Sơ đồ chân cảm biến LM35 loại: Hình 2.1 Sơ đồ chân loại cảm biến nhiệt độ LM35 Chân Tên TO46 TO92 TO220 SO8 VOUT 2 GND 3 +VS 1 Bảng 2.1 Danh sách chân loại cảm biến nhiệt độ LM35 2.2 - Thông số kỹ thuật LM35 Lựa chọn cảm biến có sơ đồ chân TO-92 có thơng số kỹ thuật: Điện áp đầu vào Điện áp Dòng tiêu thụ Độ phân giải điện áp đầu Độ xác cao Trở kháng đầu thấp Độ xác thực tế 4V đến 30V -1V đến 6V 60uA 10mV/oC 25 oC 0.5 oC 0.1R cho 1mA tải 1/4°C nhiệt độ phòng 3/4°C khoảng -55°C tới 150°C Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật cảm biến LM35 10 2.3 - Bo mạch Arduino Mega2560 Thành phần Arduino Mega2560 Hình 2.2 Bo mạch Arduino Mega2560 Arduino Mega2560 vi điều khiển cách sử dụng ATmega2560 - - Bao gồm: • 54 chân digital (15 sử dụng chân PWM) • 16 đầu vào analog • UARTs (cổng nối tiếp phần cứng) • thạch anh 16 MHz • cổng kết nối USB • jack cắm điện • đầu ICSP • nút reset - Nó chứa tất thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển Arduino Mega2560 khác với tất vi xử lý trước khơng sử dụng FTDI chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB để xử lý Thay vào đó, sử dụng ATmega16U2 lập trình cơng cụ chuyển đổi tín hiệu từ USB Ngồi ra, Arduino Mega2560 giống Arduino Uno R3, khác số lượng chân nhiều tính mạnh mẽ hơn, nên bạn lập trình cho vi điều khiển chương trình lập trình cho Arduino Uno R3 11 - Arduino Megas có sơ đồ linh kiện hình sau Hình 2.3 Một số linh kiện bo mạch Arduino Mega 2560 Hình 2.4 Sơ đồ chân bo mạch Arduino Mega 2560 • Chân GND • chân 5V • chân 3.3v • nút reset • 16 chân analog • chân UART 12 • 54 Chân digital có 15 chân sử dụng PWM • Chân lập trình ISP 2.4 Cách mắc cảm biến LM35 với Arduino Mega2560 Hình 2.5 Sơ đồ mắc cảm biến LM35 với bo mạch Arduino Mega2560 + Chân thứ (chân cảm biến LM35) nối vào chân AI (analog input) bo mạch Arduino Mega2560 13 Chương Chương trình thực 3.1 - Chương trình thực phân mềm LabVIEW Chương trình viết Block Diagram Hình 3.1 Chương trình viết Block Diagram VISA resource name Chỉ định cổng com để kết nối LabVIEW với Proteus VISA serial Khởi tạo cổng nối tiếp định VISA resource name để cài đặt cổng định VISA read Đọc số định byte gửi từ thiết bị giao tiếp định VISA resource name trả lại liệu đệm Match Pattem Tìm kiếm biểu thức thường chuỗi bắt đầu giá trị đối trọng Nếu chức tìm thấy khớp, chia chuỗi thành chuỗi Decimal String To Number Chuyển ký tự số chuỗi, bắt đầu giá trị đối trọng, để số nguyên thập phân trả lại số thập phân SubVI Chương trình có nhiệm vụ chuyển bất ký số dải 0-300 sang dài 0-128 Px (x=1-8) Hiển thị nhiệt độ Greater Trả lại giá trị x lớn giá trị y Nếu khơng thì, trả giá trị sai (nếu đầu khơng đầu 14 0) Boolean Nếu giá trị đầu vào đèn sáng, tắt Merge Signals Hợp nhiều tín hiệu hỗ trợ, số vô hướng Wavefrom Charts Hiểm thị chuỗi liệu đưa vào theo biểu đồ dạng sóng Boolean Đưa giá trị True nhấn False khơng nhấn VISA Close Đóng phiên làm việc thiết bị đối tượng kiện định VISA recource name While Loop Vòng lặp Bảng 3.1 Bảng giải thích khối Block Diagram + Nguyê lý hoạt động: Khi cổng com định thiết lập Visa serial đưa vào vòng lặp While loop đến khối VISA Read liệu đưa vào đệm, liệu vào giới hạn tùy theo byte count Sau đưa tới khối Match Pattem tìm kiếm kỹ tự khớp với ký tự đặt chia làm phần chuyển đến khối chuyển đổi liệu từ dạng chuỗi sang dạng số để hiển thị - Chương trình hiển thị Front Panel Hình 3.2 Chương trình hiển thị Front Panel 15 3.2 Chương trình thực phần mềm Proteus Hình 3.3 Chương trình thiết kế phần mềm Proteus + Cơ chế hoạt động: Đầu tiên nhiệt độ cảm biến đo trả giá trị điện áp tương ứng 10mV/oC chuyển tới đầu vào analog bo mạch Arduino Mega2560 tương ứng với giá trị từ 0-1023 chuyển chân TX bo mạch Arduino Mega2560 3.3 Chương trình viết phần mềm IDE int kenh1; int kenh2; int kenh3; int kenh4; int kenh5; int kenh6; int kenh7; int kenh8; // khai báo biến đầu vào theo kiểu số nguyên(integer) // với arduino mega 2560 chiếm byte nhớ void setup() { Serial.begin(9600); // thiết lập tốc độ baud 9600 } void loop() { kenh1 = analogRead(A0); 16 kenh2 = analogRead(A1); kenh3 = analogRead(A2); kenh4 = analogRead(A3); kenh5 = analogRead(A4); kenh6 = analogRead(A5); kenh7 = analogRead(A6); kenh8 = analogRead(A7); // đọc tín hiệu analog hàm analogRead // tín hiệu đọc lưu vào biến tương ứng // giá trị trả số nguyên nằm khoảng 0->1023 Serial.print(kenh1); Serial.print(","); Serial.print(kenh2); Serial.print(","); Serial.print(kenh3); Serial.print(","); Serial.print(kenh4); Serial.print(","); Serial.print(kenh5); Serial.print(","); Serial.print(kenh6); Serial.print(","); Serial.print(kenh7); Serial.print(","); Serial.println(kenh8); } 3.4 - Thực chạy chương trình B1: Biên dịch Code phần mềm IDE 17 Hình 3.4 Biên dịch Code phần mềm IDE - B2: Ghép đôi cổng COM1 COM2 phần mềm Configure Virtual Serial Port Driver Hình 3.5 Ghép đơi cổng COM1 COM2 phần mềm Virtual Serial Port Driver - B3: Chạy chương trình phần mềm Proteus + Nạp file HEX cho bo Arduino Mega2560 18 Hình 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 phần mềm Proteus Hình 3.8 Chạy chương trình phần mềm Proteus - Bước 4: Chạy chương trình phần mềm LabVIEW + Lựa chọn cổng COM2 19 Hình 3.9 Lựa chọn cổng COM LabVIEW để kết nối ảo với phần mềm Proteus + Chạy chương trình Hình 3.10 Chạy chương trình thị nhiệt độ phần mềm LabVIEW 20 Kết luận Sau ba tháng tìm hiểu nghiên cứu với hướng dẫn thầy PGS.TS Trần Sinh Biên, nhóm hồn thành xong tập lớn mơn Điều khiển Sản Xuất Tích Hợp Máy Tính Trong q trình làm tập lớn, nhóm cố gắng nhiều, song kiến thức tầm nhìn thực tế hạn chế, nên khơng tránh khỏi khiếm khuyết Nhóm mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ thầy cô khoa để đề tài tập lớn hoàn thiện Em xin trân thành cảm ơn! 21 Tài liệu tham khảo [1] Tài liệu học tập, Điều khiển sản xuất tích hợp máy tính, NXB Hàng Hải [2] Nguyễn Bá Hải, Lập trình LabVIEW, NXB Đại học quốc gia T.P Hồ Chí Minh, 2010 [3] http://www.alldatasheet.com [4] http://www.ni.com [5] http://www.arduino.vn 22 ... int kenh1; int kenh2; int kenh3; int kenh4; int kenh5; int kenh6; int kenh7; int kenh8; // khai báo biến đầu vào theo kiểu số nguyên(integer) // với arduino mega 2560 chiếm byte nhớ void setup()