Nghiên cứu và thực hành với phần mềm LabView tại Trung Tâm nghiên cứu MICA

Sự phát triển của kỹ thuật xử lý thông tin giữ vai trò then chốt đối với sụ phát triển kinh tế, x• hội của mỗi quốc gia, đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Chính vì vậy, tháng 8 năm 2000 Chính phủ Việt Nam đ• quyết định ưu tiên phát triển, trong công nghiệp cũng như trong đào tạo, các lĩnh vực công nghệ thông tin và công nghệ phần mềm. Việc thành lập Trung tâm nghiên cứu Quốc Tế MICA hoàn toàn phù hợp với định hướng ưu tiên mà Việt Nam đ• xác định. Trung tâm MICA được thành lập, một mặt nhằm đáp ứng các vấn đề liên quan đến sự phát triển của công nghệ thông tin và tin học công nghiệp hiện nay, mặt khác nhằm góp phần vào sự phát triển của Việt Nam trong lĩnh vực công nghệ cũng như trong đào tạo trình độ cao nói chung.

Nghiên cứu và thực hành với phần mềm LabView tại Trung Tâm nghiên cứu MICA Phần I trung tâm nghiên cứu mica 1. Lời nói đầu. Sự phát triển của kỹ thuật xử lý thông tin giữ vai trò then chốt đối với sụ phát triển kinh tế, xã hội của mỗi quốc gia, đặc biệt đối với các nớc đang phát triển. Chính vì vậy, tháng 8 năm 2000 Chính phủ Việt Nam đã quyết định u tiên phát triển, trong công nghiệp cũng nh trong đào tạo, các lĩnh vực công nghệ thông tin và công nghệ phần mềm. Việc thành lập Trung tâm nghiên cứu Quốc Tế MICA hoàn toàn phù hợp với định hớng u tiên mà Việt Nam đã xác định. Trung tâm MICA đợc thành lập, một mặt nhằm đáp ứng các vấn đề liên quan đến sự phát triển của công nghệ thông tin và tin học công nghiệp hiện nay, mặt khác nhằm góp phần vào sự phát triển của Việt Nam trong lĩnh vực công nghệ cũng nh trong đào tạo trình độ cao nói chung. 2. Hoạt động của trung tâm Trong nhiều ứng dụng của tin học, hiện nay các hệ thống thông tin không chỉ còn đơn giản là các hệ thống thực hiện và kiểm tra mà là các hệ thống sáng tạo hoặc trợ giúp. Sự phát triển này kéo theo sự thâm nhập của tin học vào hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và dân dụng. Chất lợng của một công cụ tin học từ nay đợc đáng giá bởi tính hiệu quả, độ tin cậy cũng nh tính năng sử dụng của nó, hay nói một cách khác, khả năng của nó trong việc đảm bảo tơng tác giữa ngời và máy cũng nh một số tiêu chí khác nh huấn luyện sử dụng dễ dàng, an toàn thông tin. Hoạt động khoa học của Trung tâm MICA tập trung vào các công nghệ mới của Thông tin va Truyền thông: xử lý tiếng nói và hình ảnh, khai thác Internet, đa phơng tiện, thực tế tăng cờng, giao diện ngời- máy và các đối tợng truyền thông. Với t cách là một cơ sở nghiên cứu, Trung tâm MICA đặt ra 4 mục tiêu lớn trong lĩnh vực kỹ thuật nói trên: . Phát triển các nghiên cứu cơ bản chất lợng ở trình độ cao. 1 . Kiểm định các kết quả nghiên cứu cơ bản thông qua việc triển khai các phần cứng, phần mềm ứng dụng. . Chuyển giao kiến thức và kỹ năng chuyên môn cho sinh viên, hoc viên cao hoc, nghiên cứu sinh, các cán bộ giảng dạy của các trờng đại học và đặc biệt cho các nhà công nghiệp Việt Nam, trợ gíup và cùng ho phát triển các ông cu phần mềm, phần cứng hiện tại còn khiếm khuyết. . Đạt trình độ nghiên cứu, đào tạo có uy tín quốc tế. Trung tâm MICA hiện tại gồm hai nhóm nghiên cứu chính: - Nhóm TIM( xử lý thông tin đa phơng tiện) có nhiệm vụ phát triển các hoạt động nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực tiếng nói, hình ảnh và thông tin đa phơng tiện. - Nhóm SIA( Các hệ thống đo lờng tiên tiến) có nhiệm vụ phát triển các hoạt động nghiên cứu ứng dụng với các đối tác công nghiệp Việt Nam về đo lờng tiên tiến, trợ giúp và cùng với họ phát triển các sản phẩm trình độ cao dựa trên xử lý tự chủ di động và phân tán. Hai nhóm nghiên cứu trên hợp tác chặt chẽ và bổ xung lẫn nhau, đảm bảo triển khai nghiên cứu từ cơ bản đến ứng dụng. Đội ngũ cán bộ khoa hoc của MICA là các cán bộ giảng dạy nghiên cứu đến từ 3 khoa liên quan của trờng ĐHBKHN: Khoa Điện, Khoa ĐTVT và khoa CNTT. Đó là những cán bộ khoa học có kinh nghiệm và trình độ chuyên môn cao. Đa số có học vị tiến sĩ của trờng ĐHBK Hà Nội và Viện ĐHBK Quốc gia Grenoble-CH Pháp. Kết hợp với đội ngũ cán bộ này còn có các nghiên cứu viên của các viện nghiên cứu và đại học khác nh: Viện Ngôn ngữ Việt Nam, Học viện Kỹ thuật quân sự, Đại học Đà Nẵng Trung tâm MICA đang trở thành một tổ chức nghiên cứu quốc tế mang tính đa phơng có sự hợp tác nghiên cứu rộng rãi và đón nhận các nhà khoa học, các nghiên cứu viên đến từ Pháp, từ các nớc thuộc cộng đồng nói tiếng Pháp (Canada, Bỉ , Thụy Sĩ ) và từ các nớc khác. Trung tâm MICA, thành quả của mối quan hệ hợp tác trong đào tạo và NCKH giữa ĐHBK Hà Nội và Viện ĐHBK Quốc gia Grenoble_CH PHáp, đă nhận đợc sự ủng hộ và sự hỗ trợ của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Việt Nam, Bộ Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, Trung tâm Nghiên Cứu Khoa Học Quốc Gia-CH Pháp ( CNRS ), Hiệp hội các trờng đại học sử dụng tiếng Pháp (AUP ) và một số hãng công nghệ quốc tế. 2 Nhóm TIM: Xử lý thông tin Đa phơng tiện Mục tiêu của nhóm này là phát triển các hoạt động nghiên cứu cơ bản. Cụ thể là kết hợp các hớng nghiên cứu về tiếng nói, hình ảnh và các ứng dụng đa phơng tiện. Nhóm này chủ yếu thực hiện các nghiên cứu về thông tin và các tín hiệu phức hợp. Các đề tài nghiên cứu chính của nhóm TIM sẽ tập trung vào xử lý tín hiệu trong không gian một chiều, đặc biệt là tín hiệu tiếng nói và hoàn chỉnh các nghiên cứu về giao diện trong đối thoại ngời-máy bằng cách sử dụng kỹ thuật và công nghệ xử lý ảnh (tín hiệu trong không gian hai chiều). Đề tài về đa phơng tiện (multimedia) cũng sẽ đợc triển khai nhằm liên kết các đề tài trên phục vụ cho việc thiết kế các giao diện và ứng dụng đa phơng tiện. Nh vậy, các lĩnh vực mà nhóm TIM phụ trách là: . Xử lý tín hiệu phức hợp. . Xử lý tiếng nói . Xử lý ảnh . Giao tiếp ngời-máy đa phơng tiện. Nhóm SIA: Các hệ thống đo lờng tiên tiến Mục tiêu của nhóm này là phát triển các hoạt động nghiên cứu ứng dụng và là đối tác với công nghiệp. Môi trờng cạnh tranh thế giới mà các cơ sở công nghiệp Việt Nam phải đối mặt đã và đang đặt ra thách thức đối với hoạt động của họ. Với họ, cuộc cách mạng về kỹ thuật số chính là lối ra. Từ các máy ảnh số cho đến máy tính, từ máy đIện thoại cho đến máy thu hình, khắp nơi hệ thống số thay thế hệ thống tơng tự. Lý do: đó là sự chính xác cao, tính năng tốt và khả năng mang lại khối lợng thông tin khổng lồ mà trớc đây cha từng có. Nói một cách cơ bản, một nhà máy thông minh là một nhà máy đợc xây dựng với các phần tử thông minh, tức là các thiết bị thông minh, thực hiện truyền thông theo mạng thông minh và các hệ thống đIều khiển thông minh. Thêm vào đó, việc xuất hiện của các bus số với nhiều chức năng điều chỉnh và tự động có thể đợc phân tán trong các bộ cảm biến và cơ cấu chấp hành thay vì bố trí tập trung theo truyền thống. 3 Chính vì vậy mà các cấu trúc truyền thông sẽ có tầm quan trọng hơn lúc nào hết đối với các cơ sở công nghiệp hiện nay. Một số thiết bị thông minh trao đổi thông tin một cách thông minh với hệ thống điều khiển tiên tiến, hoạt động trong môi trờng Windows NT với các phần mềm cấu trúc modun, đa phơng tiện và mạnh sẽ là cơ sở không thể tránh khỏi của tất cả các quá trình công nghiệp tự động hoá, cho phép tiết kiệm đáng kể chi phí không chỉ cho các khâu chính của một dự án nh: công nghệ, lắp đặt và vận hành thử nghiệm, mà còn cho quá trình khai thác và bảo dỡng dây chuyền công nghệ. Các hớng nghiên cứu chính của nhóm SIA có thể đợc tóm tắt ở một số điểm sau: . Tích hợp các chuẩn công nghiệp về đo lờng và truyền thông trong các kiến trúc mở hoặc tự chủ di động. . Tích hợp phần mềm độc lập với phần cứng để triển khai các ứng dụng có thể hoạt động trên các hệ thống thiết bị tin học đa dạng, cho hiệu năng lớn nhất và thỏa mãn các đòi hỏi đa dạng nhất. . Đơn giản hóa các ứng dụng. . Phát triển các phần mềm có công năng và dễ sử dụng. Các lĩnh vực mà nhóm SIA phụ trách là: . Các hệ thống đo lờng tiên tiến: Thiết kế các hệ thống đo lờng hoạt động độc lập và thông minh. . Dụng cụ đo lờng ảo: Nghiên cứu và thực hiện các dụng cụ đo lờng ứng dụng rộng rãi các công nghệ mới về truyền thông và đa phơng tiện. Sử dụng các phần mềm đo lờng ảo nh LabView của National Instruments. . Xử lý tự chủ di động: Xử lý tín hiệu tiên tiến trên các hệ thống chuyên dụng và làm việc trên thời gian thực, nh các bộ xử lý DSP hoặc các vi điều khiển. Nghiên cứu và thực hiện các kiến trúc tự chủ di động và hoạt động độc lập. . Xử lý phân tán: 4 Nghiên cứu và thực hiện các kiến trúc xử lý phân tán đáp ứng nhu cầu rộng rãi của các mạng tin học chuyên dụng nh các mạng công nghiệp. Phòng Lab: Đợc dành cho sinh viên thực tập. Tại đây các sinh viên khoa Điện, CNTT, Điện Tử đợc làm quen, nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm để thực hiện đồ án tốt nghiệp. 5 Phần II Tổng quan về labview 1. LabView là gì ? LabView là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ sử dụng các biểu tợng (icons) thay cho các dòng lệnh để tạo ra các ứng dụng. Không giống nh các ngôn ngữ lập trình bằng các dòng, LabView sử dụng lập trình dòng dữ liệu - dữ liệu xác định sự thực hiện của chơng trình. Trong LabView, bạn xây dựng một giao diện ngời dùng bằng cách dùng một bộ các công cụ và đối tợng. Giao diện ngời dùng chính là mặt máy - front panel. Sau đó ta thêm mã lệnh sử dụng các biểu diễn đồ hoạ của các hàm để điều khiển các đối tợng của mặt máy. Mã này nằm trong sơ đồ khối. Nếu xây dựng chuẩn, sơ đồ khối sẽ giống nh một lu đồ. LabView đợc tích hợp đầy đủ cho việc truyền tin với các phần cứng nh là GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485, và các thiết bị thu nhận dữ liệu Vì vậy mà LabView có các đặc tr ng đợc xây dựng bên trong phù hợp với việc kết nối các ứng dụng của bạn. LabView có thể tạo các ứng dụng biên dịch 32 bit, cho ta tốc độ thực hành nhanh dùng trong các giải pháp thu thập dữ liệu, thử, đo lờng và điều khiển. Ta cũng có thể tạo các th viện độc lập dùng chung và chạy đợc, nh là DLL, vì LabView chính là một bộ biên dịch 32 bit. LabView có các th viện đầy đủ dùng cho thu thập, phân tích, hiển thị và lu trữ dữ liệu. LabView cũng có các công cụ phát triển phần mềm truyền thống. Bạn có thể tạm các điểm dừng, chạy mô phỏng chơng trình và chạy từng bớc cả chơng trình để đơn giản hoá việc gỡ rối và viết chơng trình. 2. Tại sao chúng ta lại sử dụng LabView ? 6 LabView cho phép ta xây dựng các giải pháp riêng dùng trong các hệ thống khoa học và kỹ thuật. LabView mang đến cho bạn sự linh động, mềm dẻo và tốc độ thực hiện của một ngôn ngữ lập trình đầy tính năng mà không có gây ra sự khó khăn hay sự phức tạp nào. LabView cung cấp cho hàng ngàn ngời sử dụng một cách lập trình nhanh hơn các hệ thống đo lờng, thu thập số liệu và điều khiển. Bằng cách sử dụng LabView để làm mẫu, thiết kế, kiểm tra và cung cấp đầy đủ các hệ thống thiết bị của bạn, bạn có thể giảm bớt đợc thời gian phát triển hệ thống và tăng năng suất lên gấp 4 đến 10 lần. LabView cũng cho ta lợi ích về một cơ sở ngời dùng đã cài đặt, nhiều năm phản hồi sản phẩm, và các công cụ hỗ trợ mạnh. Cuối cùng, LabView trợ giúp kỹ thuật National Instruments và vùng phát triển đảm bảo sự thành công cho việc phát triển các giải pháp của chúng ta. 3. LabView làm việc nh thế nào ? Các chơng trình LabView đợc gọi là các thiết bị ảo, hay VIs, bởi vì sự hiện diện và sự hoạt động của nó y hệt nh các thiết bị vật lý có thật, nh là các bộ dao động sóng và các multimet. Mỗi VI sử dụng các chức năng điều khiển đầu vào từ giao diện ngời dùng hoặc các nguồn khác và hiển thị thông tin đó hoặc chuyển nó tới các tệp hoặc máy tính khác. LabView có một giao diện ngời dùng tơng tác và một mã nguồn tơng đơng, và chấp nhận các tham số, tham biến từ các VI ở mức cao hơn. Sau đây chúng ta miêu tả 3 đặc trng này của LabView. Các VI bao gồm một giao diện ngời dùng tơng tác, đợc gọi là front panel - mặt máy, bởi vì nó mô phỏng lại khuôn mẫu của thiết bị vật lý có thật. Mặt máy bao gồm các nút bấm, khối vẽ, các bộ chỉ thị và điều khiển khác. Bạn có thể vào dữ liệu sử dụng bàn phím và chuột, sau đó xem kết quả trên màn hình máy tính. Các VI nhận lệnh từ một sơ đồ khối - block diagram, cái mà bạn xây dựng trong ngôn ngữ lập trình G. Block diagram cung cấp một giải pháp diễn tả bằng hình ảnh về một vấn đề lập trình. Block diagram bao gồm các mã nguồn cho VI. Các VI dùng kiến trúc mẫu mô hình và hệ thống cấp bậc. Bạn có thể dùng chúng nh các chơng trình mức cao, hoặc các chơng trình con nằm trong các chơng trình hay chơng trình con khác. Một VI 7 nằm trong VI khác đợc gọi là VI con. Biểu tợng - icon và khối kết nối - connector của một VI làm việc nh một danh sách tham số bằng đồ hoạ để các VI khác có thể chuyển dữ liệu qua nó nh là một VI con. Với các đặc trng này, LabView đề xớng và đa ra khái niệm lập trình bằng đồ hoạ. Bạn nên chia một ứng dụng theo từng dãy các nhiệm vụ, và bạn cũng có thể chia lại cho đến khi một ứng dụng phức tạp đợc tạo ra từ một chuỗi các nhiệm vụ con đơn giản. Bạn xây dựng một VI từ mỗi nhiệm vụ con hoàn hảo và sau đó tổ hợp các VI con này lại trên một block diagram khác để hoàn thành nhiệm vụ lớn hơn. Cuối cùng, VI mức cao của bạn bao gồm một tập hợp của các VI con đại diện cho các chức năng của trình ứng dụng. Bởi vì bạn có thể thực hiện mỗi VI con bằng chính nó, từ bên ngoài phần lớn các trình ứng dụng, dò và kiểm soát lỗi dễ dàng hơn nhiều. Hơn nữa các chơng trình con mức thấp (low-level) thờng thực hiện các nhiệm vụ chung tới một vài các ứng dụng, để bạn có thể mở rộng một sự thiết lập mang tính chuyên môn hoá các VI con phù hợp với các ứng dụng mà bạn xây dựng. 4. Làm việc với phần mềm LabView Để làm việc với LabView, chúng ta vào đờng dẫn Program Files\National Instrument\LabVIEW\labview.exe Cửa sổ chơng trình hiện ra nh hình 1: Hình 1: Cửa sổ bắt đầu với LabView 6.1 Tại cửa sổ này, bạn có thể nhấp chuột trái vào ô để bắt đầu làm việc với VI, nhấp chuột trái vào ô để mở ch- ơng trình đã đợc lập trình trong LabView, nhấp chuột trái vào ô để có thể tham khảo các ví dụ có sẵn trong LabView, 8 nhấp chuột trái vào ô để làm quen với LabView bằng hình ảnh sinh động (nếu bạn có đĩa CD cài LabView). 4.1. Thành phần cơ bản của VI Nh mục 3 đã giới thiệu, một VI gồm có ba thành phần : 4.1.1.Mặt máy (front panel)(hình 2) - giao diện ngời dùng Hình 2: Front panel, bảng công cụ và bảng điều khiển Khi cửa sổ mặt máy xuất hiện (United 1), nó thờng đi kèm với một bảng Tools chứa các công cụ và bảng Controls chứa các bộ phận điều khiển mà bạn có thể đa vào trang Front Panel. Bạn có thể cho những bảng này hiển thị hoặc không hiển thị bằng các thiết lập trong Windows>>Show Tools Palette hoặc Windows>>Show Controls Palette Chức năng của thanh công cụ của Fron Panel: Nút điều khiển chạy chơng trình - Chạy VI Nút điều khiển chạy liên tục - Chạy qua chạy lại một VI, rất có ích cho việc dò và kiểm soát lỗi 9 Nút điều khiển dừng chơng trình - dừng sự thựchiện của VI Nút điều khiển tạm dừng/tiếp tục - Tạm dừng sự thực hiện của VI/ tiếp tục sự thực hiện của VI Align Objects - Vòng liên kết - đặt các liên kết tuỳ chọn, 4.1.2. Sơ đồ khối Chứa mã nguồn đồ hoạ của VI định ra hoạt động của nó. Cửa sổ của sơ đồ khối là Diagram nh hình 3. Khi sử dụng cửa sổ Block Diagram, xuất hiện bảng Tools và bảng Functions hoặc cho hai bảng hiển thị bằng cách đặt Windows>>Show Functions Palette và Window>>Show Tools Palette. Sau khi đã xây dựng mặt máy, ta viết mã lệnh bằng cách dùng các biểu diễn đồ hoạ của các hàm chức năng để điều khiển các đối tợng của mặt máy. Sơ đồ khối chứa mã nguồn đồ hoạ này. Các đối tợng trên mặt máy là các đầu cuối của sơ đồ khối. Các đầu cuối này chỉ biến mất nếu ta xoá đối tợng tơng ứng của nó trên mặt máy. Tất cả các điều khiển hoặc chỉ thị trên mặt máy đều có một đầu kết nối tơng ứng trên sơ đồ khối. Ngoài ra, sơ đồ khối còn chứa các hàm và cấu trúc của các th viện đi kèm của LabView. Các dây nối các nút trên sơ đồ khối, bao gồm các điều khiển và chỉ thị, các hàm và các cấu trúc. 10