Bài thuyết trình card thu thập dữ liệu DAQ 1. Giới thiệu về Card DAQ2. Xử lý tín hiệu ngõ vào cho hệ DAQ 3. Tìm hiểu về DAQ card NI USB 60084. Giới thiệu phần mềm LADVIEW và lập trình trên LADVIEW5. So sánh ưu nhược điểm của việc đo lường điều khiển dùng card PCI chuyên dụng và dùng kit Arduino
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM BÀI THUYẾT TRÌNH Mơn học: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH Chủ đề: CARD THU NHẬP DỮ LIỆU DAQ NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH Giới thiệu Card DAQ Xử lý tín hiệu ngõ vào cho hệ DAQ Tìm hiểu DAQ card NI USB 6008 Giới thiệu phần mềm LADVIEW lập trình LADVIEW So sánh ưu nhược điểm việc đo lường điều khiển dùng card PCI chuyên dụng dùng kit Arduino I – Giới thiệu DAQ card 1.1 Định nghĩa - Thu thập liệu (data acquisition) q trình chuyển tín hiệu vật lý từ giới thực thành tín hiệu điện để đo lường chuyển sang tín hiệu số cho q trình xử lý, phân tích lưu trữ máy tính I – Giới thiệu DAQ card 1.2 Các thành phần hệ DAQ - Một hệ DAQ gồm thành phần sau: + Bộ chuyển đổi (tranducer) cảm biến (sensor) + Dây nối cáp truyền thơng + Xử lí tín hiệu (signal conditioning) + Phần cứng thu nhập liệu + Phần mềm thu nhập liệu + Máy chủ I – Giới thiệu DAQ card 1.2 Các thành phần hệ DAQ I – Giới thiệu DAQ card 1.3 Các cấu hình hệ DAQ 1.3.1 Vào/ra tập trung (Plug-in I/O) I – Giới thiệu DAQ card 1.3 Các cấu hình hệ DAQ 1.3.2 Vào/ra phân tán (Distributed I/O) II-Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning) 2.1 Giới thiệu -Tín hiệu điện ngõ chuyển đổi / cảm biến cần biến đổi cho phù hợp với ngõ vào phần cứng DAQ Ngoài ra, số chuyển đổi , cảm biến cần nguồn kích thích cầu Wheaston tuyến tính hóa để tín hiệu đo xác - Hầu hết hệ DAQ bao gồm khâu xử lý tín hiệu hình thức II-Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning) 2.1 Giới thiệu Các hình thức mà khâu xử lý tín hiệu thực Khuếch Đại Cách Ly Lọc Kích Thích Tuyến tính hóa III – Tìm hiểu DAQ card NI USB 6008 Output Current Flow Dòng điện (Kênh/Tổng) Sinking, Sourcing 8.5 mA/102 mA Bộ đếm hẹn (định) Số đếm/hẹn Độ phân giải 32 bits Tần số nguồn lớn MHz Độ rộng xung vào nhỏ 100 ns Mức logic TTL Ngưỡng cực đại V Độ ổn định 50 ppm Cho phép thực nhớ tạm (đêm) Yes Tác động (Triggering) Digital Kích thước card NI 6008 Dài Rộng Cao Đầu nối vào 8.51 cm 8.18 cm 2.31 cm Sử dụng tua vít để mở dễ dàng III – Tìm hiểu DAQ card NI USB 6008 ❑ Hình ảnh chi tiết thiết bị IV – Giới thiệu phần mềm LADVIEW lập trình LADVIEW 4.1 Giới thiệu phần mềm ladview chức phần mềm - Ladview (viết tắt nhóm từ Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) phần mềm máy tính phát triển cơng ty National Instruments, Hoa Kỳ, với ngơn ngữ lập trình đồ họa IV – Giới thiệu phần mềm LADVIEW lập trình LADVIEW 4.1 Giới thiệu phần mềm ladview chức phần mềm - LADVIEW ứng dụng nhiều phịng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật tự động hóa, điều khiển, điện tử, điện tử, hàng + hóa sinh, điện tử y sinh không, IV – Giới thiệu phần mềm LADVIEW lập trình LADVIEW 4.1 Giới thiệu phần mềm ladview chức phần mềm - Các chức Ladview: + Thu thập tín hiệu từ thiết bị bên nhiệt độ, hình ảnh, vận tốc,… + Giao tiếp với thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông qua cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet + Mơ xử lý tín hiệu thu nhận + Xây dựng giao diện người dùng cách nhanh chóng thẩm mỹ nhiều so với ngôn ngữ khác Visual Basic, Matlab, + Cho phép thực thuật toán điều khiển PID, Logic mờ (Fuzzy Logic), cách nhanh chóng thơng qua chức tích hợp sẵn LabVIEW + Cho phép kết hợp với nhiều ngơn ngữ lập trình truyền thống C, C++, V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) 4.1 Giao tiếp PC với AVR: - Họ vi điều khiển AVR dòng sản phẩm phát triển hảng Atmel (1996), chế tạo dựa cấu trúc AVR RISC (Reduced Instruction Set Computer) đồng thời AVR họ vi điều khiển sử dụng nhớ Flash để lưu trữ chương trình Có thể thấy năm gần Atmel trở thành nhà tiên phong giới phát triển kỹ thuật nhớ Flash (khơng biến đổi, xóa điện lập trình lại nhớ, Họ AVR thường sử dụng sản phẩm Camera số, board chủ PC…) - Vi điều khiển AVR có sẵn ba loại: + TinyAVR: Bộ nhớ hơn, kích thước nhỏ, phù hợp dành cho ứng dụng đơn giản + MegaAVR: Đây thiết bị phổ biến chủ yếu có dung lượng nhớ tốt (lên tới 256 KB), số lượng thiết bị ngoại vi sẵn có cao thích hợp cho ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp + XmegaAVR: Được sử dụng thương mại cho ứng dụng phức tạp, cần nhớ chương trình lớn tốc độ cao V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) 4.1 Giao tiếp PC với AVR: - Để thực việc giao tiếp máy tính AVR thơng qua cổng COM (theo chuẩn nối tiếp RS232) ta cần có: + Cổng COM + Một mạch Max232 + Mạch AVR So sánh UART VÀ RS232 Kết nối AVR với PC thông qua Max232 V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) 4.1 Giao tiếp PC với AVR: ❖ Truyền liệu: Để truyền liệu ta cần đưa byte liệu vào ghi đệm liệu truyền liệu tự động đưa vào ghi dịch truyền truyền qua chân TxD.Sau liệu truyền chuyển từ đệm sang ghi dịch bit TBE (trong ghi trạng thái set ghi báo ngắt báo ngắt 01để cho phép ngắt).Nếu bit TBE ghi cho phép ngắt thiết lập có ngắt gửi tới CPU.Khi ta ghi liệu vào ghi đệm để truyền đi.Và liệu ghi dịch truyền xong bit TXE set Như để truyền liệu ta cần thực bước sau: +Bước 1: Kiểm tra trạng thái rỗi truyền (kiểm tra bit TBE có khơng) +Bước 2(Nếu TBE=1) ghi liệu vào ghi đệm truyền (khi bit TBE tự bị xóa xuống 0) chờ đợi có ngắt TBE=1 để tiếp tục truyền ❖ Nhận liệu: Để nhận liệu ta cần kiểm tra đệm có liệu hay chưa cách dùng ngắt kiểm tra xem bit RxRd ghi trạng thái truyền nhận.Nếu set ta đọc liệu từ đệm nhận xóa cờ để tiếp tục nhận V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) ƯU ĐIỂM -Vi điều khiển Atmega AVR có cơng suất cao, tiêu thụ lượng thấp, cấu trúc RISC(Reduced Instruction Set Computer) 130 lệnh với chu đơn xung lớn -AVR kết hợp câu lệnh phong phú với 32 ghi đa mục đích Tất 32 ghi trực tiếp kết nối tới xử lý logíc số học - Arithmetic Logic Unit (ALU), cho phép truy nhập ghi độc lập câu lệnh đơn thực chu kỳ xung Kết cấu trúc trở nên gọn nhẹ, hiệu hơn, đạt thời gian xử lý nhanh gấp 10 lần -8K byte Flash chíp lập trình với khả đọc ghi (Read-While-Write), 512 byte EEPROM, 1K byte SRAM, 23 đường vào đa mục đích, 32 ghi đa mục đích, Timer/Counter linh hoạt với compare mode, ngắt ngắt ngồi NHƯỢC ĐIỂM -Cần có kết nối Max232 để giao tiếp -Dùng chuẩn giao tiếp RS232 nên có tốc độ chậm so với chuẩn V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) 4.2 Giao tiếp PC với PCI: ❖ Sơ lược: - Rãnh cắm PCI (Peripheral Component Interconnect) mainboard cho phép giao tiếp ngoại vi 32 hay 64 bit vận tốc nhanh đến 132 Mbyte/s so với rãnh cắm ISA(Industry Standard Architecture) 16 bit có vận tốc 3÷5 Mbyte/s - Nhờ vận tốc cao nên rãnh PCI thường dùng cho card hình, sau sử dụng card khác card mạng, modem nội, âm thanh… mainboard đời không dành chỗ cho rãnh ISA V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) ❖ ĐẶC TÍNH CƠ BẢN CỦA PCI: +Là cầu nối vi xử lý bus mở rộng +Là bus 32 bit với tốc độ 133MBytes/s +Có khả mở rộng 64 bit với tốc độ 266MBytes/s +Làm việc với hệ thống đa xử lý +Hỗ trợ nguồn 5V 3.3V +Truyền liệu liên tục với chiều dài +Tần số làm việc khoảng đến 33MHz +Tín hiệu địa liệu dồn kênh +Định cấu hình qua phần mềm ghi +Đặc tính độc lập với vi xử lý V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) ❖ Giao tiếp với thiết bị: - Khi cắm thẻ PCI vào mạng, xử lý thông tin ghi tự động tìm chương trình (driver) để điều khiển giao diện Trong lúc truy cập thơng tin PCI truyền kiện một, tức địa gởi có kiện (32 bít) truyền tải Nhưng truyền khối kiện nhớ chủ cần gởi địa đầu sau kiện truyền liên tiếp chủ hay đích đưa tín hiệu chấm dứt Các kiện viết đọc vị trí thứ tự tiếp nhớ Cả hai chủ tớ làm dừng trình tự truyền lúc Bộ chủ dấu báo hồn thành chu trình truyền tải cách tắc tín hiệu FRAME# cuối giai đoạn truyền kiện Bộ tớ làm dừng bước truyền cách bậc tín hiệu STOP# Khi chủ dị thấy tín hiệu STOP bậc lên, phải dừng truyền phân định lại mạng trước tiếp tục Nếu STOP# bậc mà khơng có giai đoạn hoàn thành, tớ đưa hiệu lần Nếu tín hiệu STOP bậc mà có hay nhiều giai đoạn kiện xảy cách tốt đẹp tớ ngắt - Sơ lược chân tín hiệu PCI: +Chân CLK (Xung clock) cung cấp thời chuẩn cho toàn truyền tải mạng PCI +RST#:Reset hạ xuống thấp để làm reset thiết bị PCI +Chân Ðịa Chỉ Và Chân Dữ Kiện AD[31:0]:Ðịa kiện nhập chung chân này(là tuyến địa tín hiệu FRAME# mức thấp) +IRDY#:Initiator Ready (bộ chủ sẵn sàng) hạ xuống thấp chủ để báo sẵn sàng để hồn tất giai đoạn truyền kiện +TRDY#:Target Ready (bộ tớ sẵn sàng) hạ xuống thấp tớ, để báo sẵn sàng hồn tất giai đoạn truyền kiện +STOP#:Tín hiệu STOP# hạ xuống thấp tớ để yêu cầu chủ dừng truyền V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) ƯU ĐIỂM +Có thể truyền tốc độ 133MBytes với 32bit 266 MBytes/s với 64 bit +Tín hiệu truyền theo kiểu cụm +Hệ thống bus độc lập với processor +Cho phép định cấu hình tự động dễ dàng cho người sử dụng +Độ tin cậy cao NHƯỢC ĐIỂM +Chuẩn PCI cũ xuất từ năm 90 q lạc hậu, khơng cịn đáp ứng nhu cầu ngày lớn băng thông tốc độ thiết bị +Nhưng PCI có vài hạn chế Những CPU , Card hình , Card âm Card mạng ngày nhanh mạnh PCI lại dậm chận chỗ Nó cố định độ rộng liệu 32-bit điều khiển 05 thiết bị lúc V - SO SÁNH PHƯƠNG THỨC GIAO TIẾP GIỮA PC VỚI PCI VÀ PC VỚI AVR (UNO) Bản mẫu liệt kê bus sử dụng máy tính thời gian gần thông số liên quan chúng 53 ... conditioning) + Phần cứng thu nhập liệu + Phần mềm thu nhập liệu + Máy chủ I – Giới thiệu DAQ card 1.2 Các thành phần hệ DAQ I – Giới thiệu DAQ card 1.3 Các cấu hình hệ DAQ 1.3.1 Vào/ra tập trung... vào cho hệ DAQ (signal conditioning) 2.5 Chống nhiễu III – Tìm hiểu DAQ card NI USB 6008 Giới Thiệu Về DAQ Card Ni USB 6008 III – Tìm hiểu DAQ card NI USB 6008 ❑ Thiết bị thu thập liệu đa chức...NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH Giới thiệu Card DAQ Xử lý tín hiệu ngõ vào cho hệ DAQ Tìm hiểu DAQ card NI USB 6008 Giới thiệu phần mềm LADVIEW lập trình LADVIEW So sánh ưu nhược