Bài viết trình bày kết quả xây dựng thành công chương trình phần mềm điều khiển tự động máy đơn sắc được viết trên nền tảng ngôn ngữ lập trình Borland Delphi. Chương trình phần mềm được chúng tôi tự xây dựng vì vậy hoàn toàn có thể phát triển để ứng dụng máy đơn sắc trong nhiều phép đo quang học, phục vụ cho các nghiên cứu đặc thù đòi hỏi phải cấu hình thiết bị theo các phương thức khác nhau.
UED Journal of Sciences, Humanities & Education – ISSN 1859 - 4603 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC Nhận bài: 07 – 07 – 2016 Chấp nhận đăng: 20 – 09 – 2016 http://jshe.ued.udn.vn/ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM TỰ ĐỘNG HĨA MÁY ĐƠN SẮC SỬ DỤNG NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH DELPHI Ngơ Khoa Quanga*, Nguyễn Thị Thùyb, Nguyễn Văn Tiến Thuậnb, Nguyễn Xuân Mẫnc Tóm tắt: Chúng tơi thiết kế thành cơng chương trình phần mềm điều khiển đọc liệu từ máy đơn sắc vào máy tính Tín hiệu ánh sáng tán sắc từ cách tử thu chuyển thành tín hiệu điện phototransistor Máy Keithley Multimeter 2000 thực q trình chuyển đổi tín hiệu tương tự từ phototransistor thành tín hiệu số gửi đến máy tính thơng qua giao thức RS-232 Tồn q trình điều khiển, đọc lưu trữ liệu thực tự động máy tính thơng qua chương trình phần mềm viết ngơn ngữ lập trình Delphi Kết khảo sát phổ ánh sáng phát từ số đèn LED thương phẩm sử dụng máy đơn sắc tự động hóa cho thấy, chương trình phần mềm xây dựng phát triển để ứng dụng hệ đo quang học chuyên dụng có sử dụng phận tán sắc ánh sáng Từ khóa: máy đơn sắc; ngơn ngữ lập trình Delphi; tự động hóa; kỹ thuật lập trình; giao thức ghép nối Giới thiệu Khoa học máy tính điện tử hai lĩnh vực đóng vai trị quan trọng thiết kế xây dựng thiết bị sử dụng nghiên cứu giảng dạy [1] Để phục vụ cho nghiên cứu đặc thù, thí nghiệm phép đo muốn thực phải ghép nối từ phần cứng riêng biệt [2, 3] Dụng cụ thiết bị thương mại thường không phù hợp có giá thành cao Đối với chuyên ngành quang học, máy đơn sắc thiết bị sử dụng nhiều phép đo phép đo phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang, phổ tán xạ hay phổ cộng hưởng plasmon bề mặt [2, 3, 4] Trong hệ đo quang học thương mại, máy đơn sắc thường tích hợp chương trình phần mềm điều khiển, người dùng khơng thể can thiệp hay ứng dụng máy đơn sắc cho mục đích nghiên cứu khác Trong nghiên cứu này, trình bày kết xây dựng thành cơng chương trình phần mềm điều aTrường Đại học Khoa học, Đại học Huế lý K36, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế cVật lý K37, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế * Liên hệ tác giả Ngô Khoa Quang Email: khoaquang@gmail.com b Vật 42 | khiển tự động máy đơn sắc viết tảng ngôn ngữ lập trình Borland Delphi Chương trình phần mềm chúng tơi tự xây dựng hồn tồn phát triển để ứng dụng máy đơn sắc nhiều phép đo quang học, phục vụ cho nghiên cứu đặc thù địi hỏi phải cấu hình thiết bị theo phương thức khác [1, 5] Để kiểm tra hoạt động chương trình, chúng tơi tiến hành đo phổ ánh sáng phát từ số đèn LED thương phẩm Quá trình điều khiển, ghi lưu trữ tín hiệu ánh sáng tán sắc thực tự động hồn tồn máy tính Cơ sở lý thuyết phương pháp nghiên cứu Ngơn ngữ lập trình chúng tơi sử dụng để xây dựng chương trình phần mềm điều khiển máy đơn sắc Delphi hãng Borland Đây ngơn ngữ lập trình cấp cao, có trình biên dịch hồn hảo thiết kế dựa tảng ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng [5, 6] Đặc biệt, Delphi hỗ trợ mạnh cơng cụ để người nghiên cứu tự phát triển ứng dụng ghép nối điều khiển phần cứng thông qua thư viện SignalLab hay ComPort [7, 8] Hình mơ tả sơ đồ khối q trình truyền nhận tín hiệu máy đơn sắc máy tính ảnh chụp thực tế Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 6, số (2016), 42-45 ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 6, số (2016), 42-45 phận Ánh sáng bị tán sắc cách tử thu chuyển thành tín hiệu điện nhờ phototransistor 3DU5C có độ nhạy phổ cực đại bước sóng 880 nm [9] Việc truyền nhận liệu máy tính máy Keithley thực thông qua giao thức giao tiếp RS-232 Máy đơn sắc sử dụng ban đầu thiết bị có phận tán sắc phải điều chỉnh tay, động bước mô đun khuếch đại công suất gắn vào máy đơn sắc Phần mã lệnh điều khiển động đưa vào chương trình để điều khiển vị trí cách tử Tín hiệu tương tự sau ghi nhận máy Keithley gửi đến máy tính mã lệnh có cấu trúc: ComPort1.WriteStr(Command); đó, hàm WriteStr sử dụng để gửi dịng lệnh Command từ máy tính đến Keithley Multimeter Cấu trúc cú pháp dòng lệnh gửi lên quy định tùy thuộc vào nhà sản xuất [10] Trong cấu trúc chương trình phần mềm, câu lệnh ComPort1.WriteStr(':Sens:Func ''Volt:DC'''+#13#10); sử dụng để chọn chế độ đo điện áp chiều Giá trị điện áp đọc từ máy Keithley sau gửi đến máy tính thơng qua câu lệnh ComPort1.WriteStr(':Read?'+#13#10 +#13#10); Kết đánh giá Hình (a) Sơ đồ khối trình truyền nhận tín hiệu máy đơn sắc máy tính; (b) ảnh chụp thực tế phận Để chuẩn bị cho trình giao tiếp Keithley Multimeter máy tính, mơ đun tích hợp thư viện ComPort phải cài đặt vào thư mục chứa tập tin hệ thống Delphi Quy trình thực mô tả tài liệu tham khảo [8] Đây gói cơng cụ hỗ trợ giao tiếp với thiết bị ngoại vi dành cho ngơn ngữ lập trình Delphi Sau cài đặt thành công, bảng chứa thành phần Delphi xuất thẻ có tên CPortLib Hình ảnh chụp giao diện chương trình sau cài đặt thành cơng thư viện ComPort Hình Thẻ CPortLib xuất sau cài đặt thư viện ComPort 3.1 Kết Hình ảnh chụp giao diện phần mềm điều khiển máy đơn sắc Tồn q trình điều khiển thực tự động máy tính Vùng phổ làm việc máy đơn sắc từ 340nm đến 940nm Phần mềm lập trình cho phép người sử dụng quan sát theo thời gian thực vị trí cách tử đồ thị mô tả cường độ ánh sáng tán sắc theo bước sóng Sau quét phổ, số liệu lưu lại dạng file *.bmp, *.txt hay *.dat vẽ lại chương trình xử lý đồ thị chuyên dụng Origin Hình Giao diện chương trình điều khiển máy đơn sắc Kết kiểm tra chuẩn hóa ví trị cách tử mơ tả Hình 4a, bước sóng ánh sáng phát từ laser He-Ne sử đụng để đánh giá mối liên hệ số bước quay động bước vị trí bước sóng ánh sáng Máy đơn sắc có độ rộng khe vào khe giữ cố định vị trí khoảng mm ảnh hưởng đến độ rộng phổ kết đo mơ tả Hình 4a [12] Tuy 43 Ngơ Khoa Quang, Nguyễn Thị Thùy, Nguyễn Văn Tiến Thuận, Nguyễn Xn Mẫn nhiên, quan sát hình vẽ thấy đỉnh phổ có bước sóng 633nm hồn tồn phù hợp với kết cho tài liệu tham khảo [11] Chúng tiến hành thu phổ ánh sáng phát từ số loại đèn LED thương phẩm Số liệu chương trình ghi lưu trữ máy tính, sau vẽ lại Orgin cho kết Hình 4b Kết đo cho thấy vị trí đỉnh phổ thu có giá trị phù hợp với màu ánh sáng đèn LED phát máy đơn sắc đọc lưu lại máy tính Vì chức xử lý số liệu cần nghiên cứu, phát triển tích hợp vào chương trình phần mềm nhằm ứng dụng phép đo tín hiệu yếu Kết luận Chúng xây dựng thành công chương trình phần mềm điều khiển tự động máy đơn sắc sử dụng ngơn ngữ lập trình Delphi Tồn q trình điều khiển vị trí cách tử thu nhận số liệu thực tự động máy tính Chương trình phần mềm xây dựng phát triển để ứng dụng hệ đo quang học chuyên dụng có sử dụng phận tán sắc ánh sáng Tài liệu tham khảo Hình Bức xạ ánh phát từ laser He-Ne (a) phổ ánh sáng số đèn LED (b) thu từ máy đơn sắc điều khiển chương trình phần mềm 3.2 Đánh giá Chương trình phần mềm điều khiển máy đơn sắc viết ngơn ngữ lập trình Delphi xây dựng thành công Kết nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng ứng dụng tự động hóa thiết bị quang học, đặc biệt máy quang phổ Chương trình phần mềm phát triển mở rộng để điều khiển hệ đo phổ cộng hưởng plasmon bề mặt hay hệ đo xác định kích thước hạt phép đo phổ tán xạ Trong phép đo tín hiệu ánh sáng có cường độ bé, việc đánh giá độ tin cậy số liệu thu dựa vào số “tín hiệu nhiễu” (signal to noise ratioSNR) quan trọng Trong chương trình xây dựng, giá trị cường độ ánh sáng tán sắc từ cách tử 44 [1] Artoni, P., Landi, S., Sato, S S., Luin, S et Ratto, G M (2016), Arduino Due based tool to facilitate in vivo two-photon excitation microscopy, Biomedical Optics Express, 3, 7, tr.1604-1613 [2] Lavine, B K., Westover, D J., Oxenford, L., Mirjankar, N et Kaval, N (2007), Construction of an inexpensive surface plasmon resonance instrument for use in teaching and research, Microchemical Journal, 2, 86, tr.147-155 [3] Weiner, I., Rust, M et Donnelly, T D (2001), Particle size determination: An undergraduate lab in Mie scattering, American Journal of Physics, 2, 69, tr.129-136 [4] Obeidat, S., Bai,B., Rayson, G D., Anderson, M D., Puscheck, A D., Landau, S Y and Glasser, T (2008), A Multi-Source Portable Light Emitting Diode Spectrofluorometer, Applied Spectroscopy, 3, 62, tr.327-332 [5] Thy Anh (1997), Borland Delphi công cụ phát triển ứng dụng nhanh môi trường Windows, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh [6] Lê Hữu Đạt Hồng Đức Hải (2000), Các kỹ xảo lập trình với Microsoft Visual Basic Borland Delphi, Nhà xuất Giáo dục [7] http://www.mitov.com/products/signallab [8] https://sourceforge.net/projects/comport/ [9] http://www.codedemonelectronics.com.au/ datasheets/3DU5C.pdf [10] http://research.physics.illinois.edu/bezryadin/ labprotocol/Keithley2000Manual.pdf [11] John G W (1999), The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook, CRC Press Võ Thị Bảy CONSTRUCTING A SOFTWARE PROGRAM TO AUTOMATE THE MONOCHROMETER USING DELPHI PROGRAMMING LANGUAGE Abstract: We have designed a software program to control and transfer data from a monochrometer into a computer Light dispersion signals from grating were recorded and converted into electric signals by means of a phototransistor The Keithley Multimeter 2000 then converted analog signals from the phototransistor into digital ones, which were sent to the computer via the RS232 interface The whole process of controlling, acquiring and storing data could be automatically conducted by the software program developed on the background of the programming language Delphi The results of the survey on the spectra emitted from some commmercial LEDs with the use of the automated monochrometer show that the developed software program can be applied in specialized optical measurement systems using light dispersion equipment Key words: monochrometer; Delphi language; automation; programming technique; communication interface 45 ... vào chương trình phần mềm nhằm ứng dụng phép đo tín hiệu yếu Kết luận Chúng tơi xây dựng thành cơng chương trình phần mềm điều khiển tự động máy đơn sắc sử dụng ngôn ngữ lập trình Delphi Tồn q trình. .. sáng số đèn LED (b) thu từ máy đơn sắc điều khiển chương trình phần mềm 3.2 Đánh giá Chương trình phần mềm điều khiển máy đơn sắc viết ngơn ngữ lập trình Delphi xây dựng thành cơng Kết nghiên... vị trí cách tử thu nhận số liệu thực tự động máy tính Chương trình phần mềm xây dựng phát triển để ứng dụng hệ đo quang học chuyên dụng có sử dụng phận tán sắc ánh sáng Tài liệu tham khảo Hình