Trong quá trình nghiên c u tác giả sử dụng laptop cá nhân c a mình đ đi u khi n. Laptop dùng cho server dùng laptop ASUS . Laptop bên Client dùng c a máy tính ACER
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 78 - HVTH: Trần Xuân Trình Phần m m LabVIEW đư đ ợc ng i nghiên c u giới thiệu phần phụ lục A.
3.2.1.3 Gi i thi u card USB HDL 9090
Card USB HDL 9090 là card thu thập dữ liệu và xuất tín hiệu đi u khi n khả năng thế hệ tiếp theo c a USB HDL 9090. Ngoài các ch c năng đư có trên USB HDL 9090 nh thu thập dữ liệu từ các cảm biến, đi u khi n ON/OFF, đi u chế xung PWM v.v. HDL 9090 còn có ch c năng Digital Input giúp bạn ng dụng linh hoạt hơn. Với tính năng v ơt trội nh t c độ cao ADC cao hơn 5 lần và chính xác hơn 4 lần so với HDL 9001, card USB HDL 9090 là lựa ch n t i u cho ng dụng thu thập dữ liệu và đi u khi n
Hình 3.7: Sơ đồ chân Card USB HDL 9090 Mô tả cụ th các chân tín hiệu c a card HDL 9090 nh bảng sau:
Ký hi u Mô t Lo i
GND Ground – chân mát Nguồn
VCC Nguồn 5V lấy từ USB Nguồn
CNT+/CNT- Chân đếm Counter Input
USB
CAR D HDL
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 79 - HVTH: Trần Xuân Trình
DI1-DI4 Tín hiệu vào dạng s 0-5V Input
SW1-SW4 Tín hiệu ra dạng s 0-5V Output
DIR Set bộ đếm xung đếm lên(5V) hay đếm xu ng (0V) Input
PULSE Đếm xung tín hiệu 0-5V Input
PWM1-
PWM2 Xuất tín hiệu PWM đ đi u khi n Output
ADC1-
ADC6 Nhận tín hiệu vào t ơng tự (Analog) 0-5V Input
B ng 3.1: Thông s kỹ thuật c a Card USB HDL 9090
Hình 3.8: Card USB HDL 9090
Hàm Hocdelam USB HDL 9090: đ truy n nhận tín hiệu từ LabVIEW với card USB HDL 9090 chúng ta cần sử dụng hàm này
DI4 ADC1 ADC2 ADC3 ADC4 ADC5 ADC6 Encoder Counter DI1 DI2 DI3 USB Card SW1 SW2 SW3 SW4 PMW2(0-500) PMW1(0-500) PMW Frequency (3-60 kHz)
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 80 - HVTH: Trần Xuân Trình Mô tả các chân c a hàm USB HDL 9090 đ lập trình nh bảng sau:
Chân Lo i Mô t
USB Card Control Tạo control tại chân này đ ch n thiết b USB HDL 9090
SW1-SW4 Control
N i giá tr Boolean (TRUE-FALSE) vào các chân này đ phần c ng HDL 9090 xuất ra tín hiệu s t ơng ng
(TRUEL 5V, FALSE 0V)
PWM1-PWM2 Control N i giá tr s nguyên 0-500 vào đ phần c ng xuất
xung PWM có duty cycle t ơng ng là 0-100%
PWM Frequency
(3-60kHz) Control
N i giá tr từ 3000-60000 vào đ ch n tần s tín hiệu PWM card xuất ra.
DI1-DI4 Indicator Giá tr tín hiệu s đ c đ ợc từ chân DI1-DI4 trên card.
ặ đ
ADC1-ADC6 Indicator Giá tr ADC (0-1023) đ c đ ợc từ các chân ADC t ơng ng trên card
Encoder Indicator Giá tr encoder 0-100000
B ng 3.2: Cách ki m tra Card USB HDL 9090 3.2.1.4 Chọn đ ng c đi n m t chi u đi u khi n h th ng ga
Do ga cần một lực nh nên tác giả ch n động cơ có công suất nh với hộp giảm t c có thông s nh sau:
Hình 3.10: Motor đi u khi n ga
Đ ng kính v motor: φ28.0mm Max. Chi u dài v motor: 46.5mm Điện áp đầu vào: 12V T c độ khi không tải: 75RPM
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 81 - HVTH: Trần Xuân Trình
Công suất cựđại:25W Momen : 200mNm
Đ ng kính trục: 5mm
3.2.2 Thi t k ph n đi n c a mô hình
3.2.2.1 M ch đi n đ c thi t k đi u khi n trong nhà
Trong bàn đạp ga là một biến tr một vòng có ba màu dây + Dây đ đ ợc cấp nguồn 5v n i với card USB 9090 + Dây đen là dây mát n i với card USB 9090
+ Dây xanh n i với ADC1 c a card USB 9090
Đ ợc kết n i thông máy tính đ đi u khi n (mô tả trên hình 3.11)
Hình 3.11: Mạch điện trên mô hình trong nhà Nguyên lý hoạt động nh sau:
Do khi ta cấp nguồn 5V vào cho biến tr thì biến tr tr thành cầu phân áp nên khi ta bàn đạp ga tín hiệu điện áp sẽ thay đổi và tín hiệu này sẽ đ ợc d c b i chân ADC1 c a card 9090. Tín hiệu này sau đó sẽđ ợc sử dụng đ đi u khi n v trí động cơ đi u khi n ga.
CARD HDL 9090
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 82 - HVTH: Trần Xuân Trình
3.2.2.2 M ch đi n đi u khi n ga đ c đi u khi n gián ti p
Driver đi u khi n động cơ dùng đ đi u khi n động cơ ga ng i nghiên c u sử dụng Driver dùng nguồn 12V. Driver này đ ợc nhóm H c Đ Làm c a tr ng Đại H c S Phạm Kỹ Thuật thiết kếmà ng i đ ng đầu là Tiến Sĩ Nguyễn Bá Hải. Mạch chạy ổn đ nh, độ b n cao, giá thành rẻhơn rất nhi u so với card NI. Driver đi u khi n ga có các chân PWM+, PWM-, DIR+, DIR- . Chân PWM+ n i với PMW1 c a Card 9090 đ cấp xung cho Driver đi u khi n ga làm quay động cơ. Tín hiệu PMW1 càng lớn động cơ quay càng nhanh. Khi mu n đảo chi u động cơ ta đ a thêm tín hiệu SW4 vào chân DIR+. Khi đó động cơ sẽđảo chi u. Hai chân PWM-,DIR- n i mass. Driver đi u khi n ga có thiết kế thêm bộ opto đ ch ng nhiễu cho Driver đi u khi n ga. Đi u l u ý khi sử dụng Driver là cách ly cả mass giữa hai nguồn tín hiệu từ card USB 9090 và Driver đi u khi n ga nhằm ch ng nhiễu cho card USB 9090
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 83 - HVTH: Trần Xuân Trình
Hình 3.13: Mạch điện trên mô hình xe b đi u khi n
Mạch điện bao gồm: Laptop, accu, card USB HDL9090, 1 motor driver, 1 motor, 1 biến tr .
PWM PWM1
DIR SW2
Biến tr 5v, ADC2, GND Trong đó kí hiệu các chân Card nh sau:
1 : GND 15 : Vcc 18 : GND
2 : Vcc 16 : DIR 20 : PMW1
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 84 - HVTH: Trần Xuân Trình
3.3 Thu t toán và l p trình h th ng đi u khi n ga
3.3.1 Gi i thi u l u đ thu t toán cho h th ng đi u khi n ga gián ti p t xa
Nguyên lý hoạt động c a l u đồ:
Bắt đầu ch ơng trình Card HDL 9090 sẽ đ c giá tr c a bàn đạp ga. Tín hiệu bàn đạp ga này sau khi đ ợc đ c sẽ gửi v máy tính Master. Nếu máy tính không nhận (NO) đ ợc thì sẽ tiếp tục quay lại Card HDL 9090 đ h i và lấy dữ liệu. Máy tính nhận đ ợc dữ liệu (OK) sẽ chuy n đổi dữ liệu nhận đ ợc và truy n lên mạng 3G thông qua thuật toán truy n qua mạng Server trong LabVIEW. Dữ liệu đ ợc máy Slaver nhận thông qua đ a chỉIP quy đnh giữa 2 máy. Nếu máy tính Slaver không nhận đ ợc (NO) nó sẽ quay lại h i và cập nhật lại dữ liệu đ ợc truy n từ máy Master. Nếu nhận đ ợc (OK) máy tính Slaver sẽ nhận dữ liệu và biến đổi dữ liệu v dạng chuẩn ban đầu thông qua thuật toán nhận Client c a LabVIEW. Dữ liệu giá tr bàn đạp ga sau khi đ ợc chuy n đổi lại sẽ đ ợc truy n xu ng Card HDL 9090 trên xe đ thực hiên việc đi u khi n động cơ đi u khi n b ớm ga. Nếu Card HDL 9090 trên xe không nhận đ ợc (NO) thì Card sẽ quay lại h i và cập nhật lại dữ liệu từ máy tính. Nhận đ ợc (OK) Card sẽ truy n tín hiệu đi u khi n xu ng Driver motor đi u khi n b ớm ga. Giá tr thực tế c a b ớm ga (vtbg) sẽ đ ợc cập nhật và so sánh liên tục với giá tr bàn đạp ga (vtbđg ). Nếu sai s bằng 0 (OK) thì sẽ kết thúc 1 chu trình, nếu sai s khác 0 (NO) thì máy tính Slaver tiếp tục cập nhật sai s và đi u khi n ra Card đ đi u khi n b ớm ga.
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 85 - HVTH: Trần Xuân Trình
Hình 3.14: L u đồ thuật toán dùng đ lập trình
Trong đó: Vt bđg : giá tr bàn đạp ga Vtbg : giá tr b ớm ga
3.3.2 Thi t k ph n m m
Ch ơng trình đi u khi n gồm có Server Client trên xe và Server Client trong phòng.
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 86 - HVTH: Trần Xuân Trình Hệ th ng hoạt động nh sau:
Server trên xe đ ợc bật tr ơc tiên. Các thông s nh v trí b ớm ga v trí contac kh i động sẽ đ ợc cập nhật và gửi v máy tính trong xe thông qua card USB HDL 9090 tín hiệu sẽđ ợc gửi qua mạng 3G thông qua một đa chỉđư đ ợc thiết lập sẵn.
Client trong phòng đ ợc bật tiếp theo và nhận các tín hiệu tại đa chỉ mà Server trên xe đư gửi thông qua 3G. Các tín hiệu này sẽ đ ợc ng i đi u khi n trong phòng theo dõi đ đ a ra quyết đ nh đi u khi n phù hợp.
Tiếp theo Server trong phòng sẽ đ ợc bật. Khi này tín hiệu đi u khi n nh bàn đạp ga và contac kh i động sẽ đ ợc thu thập thông qua Card HDL 9090 th 2 trong nhà, các tín hiệu này sẽ đ ợc máy tính trong nhà truy n lên mạng thông qua mạng 3G với một đ a chỉ quy đnh riêng.
Cu i cùng là Client trên xe sẽđ ợc m . Máy tính thông qua mạng 3G sẽ nhận các tín hiệu mà Client trong phòng đư truy n theo một đ a chỉ quy đnh riêng. Các tín hiệu này đ ợc thu thập và đi u khi n các cơ cấu trên xe nh motor đi u khi n ga và relay khơi động giúp cho xe hoạt động theo mong mu n c a ng i đi u khi n trong nhà.
Hình 3.15: Cửa sổ front panel c a server trên xe
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 87 - HVTH: Trần Xuân Trình Front panel c a máy Client trên xe có 2 phần gồm:
1 : Thông s cài đặt gồm:
- Cổng giao tiếp c a Card HDL 9090 với máy tính Slaver trên xe. - Cổng nhận c a Client trên máy Master trong nhà.
2 : Thông s truy n gồm: - T c độ xe.
- Độ m c a b ớm ga.
L u đồ thuật toán đi u khi n c a server trên xe nh sau:
Hình 3.16: L u đồ thuật toán c a server trên xe Nguyên lý hoạt động:
Bắt đầu khi ta cho chạy ch ơng trinh Server trên xe, Card HDL 9090 sẽ cập nhật giá tr c a v trí b ớm ga và giá tr t c độ xe, khi không đ c đ ợc tín hiệu (NO) Card HDL 9090 sẽ quay lại cập nhật lại giá tr c a các tín hiệu. Các tín hiệu sau khi
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 88 - HVTH: Trần Xuân Trình đ ợc cập nhật (OK) sẽ đ ợc máy tính Slaver (máy tính trên xe) đ c. Nếu máy tính không đ ợc (NO) thì máy tính sẽ quay lại cập nhật từ Card HDL 9090. Máy tính cập nhật xong (OK) dữ liệu đ ợc chuy n đổi bằng ch ơng trình LabVIEW sau đó đ ợc truy n lên mạng thông qua USB 3G. Ch ơng trình kết thúc 1 vòng lặp.
Hình 3.17: Thuật toán bên server trên xe
Trong vòng lặp đầu tiên Card HDL 9090 có nhiệm vụ thu thập tín hiệu từ cảm biến bàn đạp ga d ới dạng điện áp và giá tr Encoder sau đó gửi v máy tính Slaver trên xe.
Từđây giá tr điện áp bàn đạp ga sẽđ ợc chuy n thành độ m b ớm ga. Encoder sẽ đ ợc chuy n thành t c độ c a xe. Hai tín hiệu dạng s này sau đó sẽ đ ợc chuy n thành dạng mảng thông qua lệnh Build Array rồi đ ợc tiếp tục chuy n thành dạng dữ liệu chuỗi sau đó đ ợc gửi lên mạng thông qua phần truy n tín hiệu qua internet theo chuẩn TCP/IP trong LabVIEW.
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 89 - HVTH: Trần Xuân Trình
Hình 3.18: Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n server trên xe I/O HDL USB
9090 LabVIEW
Giá tr b ớm ga Giá tr encoder Đổi qua độ m b ớm ga % Đổi qua t c độ xe Km/h Đổi qua dạng mảng Build Aray Đổi dữ liệu dạng s qua
dạng mảng
Number Array to string
TCP/IP listen Nghe trên mạng đ biết
một máy tính khác
TCP Write
Ghi dữ liệu dạng chuỗi lên mạng TCP đóng giao tiếp TPC Close connection
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 90 - HVTH: Trần Xuân Trình Nguyên lý hoạt động:
Khi ta kh i động ch ơng trình (Bắt đầu) TCP/IP listen nghe trên mạng xem có máy nào khác mu n kết n i với nó không, nếu có thì nó cho phép ghi dữ liệu (TCP Write) chuỗi lên mạng đ truy n đi. Cùng lúc đó thì card USB HDL 9090 cũng cập nhật giá tr b ớm ga và giá tr encoder sau đó 2 tín hiệu này sẽđ ợc chuy n thành t c độ xe và độ m b ớm ga, tín hiệu này sẽ đ ợc chuy n qua dạng mảng (Build Array), dữ liệu mảng sau đó đ ợc chuy n qua dạng chuỗi (Type cast) đ tải lên mạng thông qua (TCP Write). Sau khi dữ liệu đ ợc truy n lên mạng thì TCP Close connection sẽ đóng cổng giao tiếp lại. Nh vậy ch ơng trình đư thực hiện đ ợc 1 vòng lặp.
Hình 3.19: Cửa sổ front panel c a server-Client trong nhà
1 2
3 4
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 91 - HVTH: Trần Xuân Trình Cửa sổ front panel c a server-Client trong nhà gồm có các thành phần nh sau:
1 : Đồ th bi u diễn độ bám c a b ớm ga theo bàn đạp ga. 2 : Đồ th bi u diễn giá tr độđap ga.
3 : Mục thông sỗcài đặt:
- Cổng giao tiếp Card HDL 9090 với máy tính Master trong nhà. - Port nhận c a Client trên máy Slaver trên xe.
- Port truy n Server c a server trên máy Master trong nhà. - Đa chỉ IP Server c a máy Slaver trên xe.
4 Thông s nhận: - T c độ xe. - V trí b ớm ga. 5 Thông s truy n: - Tín hiệu kh i động (contac kh i động). - Giá tr bàn đạp ga.
Lựu đồ thuật toán máy Master nh sau:
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 92 - HVTH: Trần Xuân Trình Nguyên lý hoạt đồng nh sau:
USB 3G trong nhà sẽ làm nhiệm vụ nhận dữ liệu từ xe gửi lên thông qua mạng 3G và truy n dữ liệu đi u khi n trong phòng xu ng xe sau đó kết thúc, nh vậy USB trong tr ng hợp này làm 2 nhiệm vụ truy n và nhận tín hiệu.
Khi kh i đông ch ơng trinh (bắt đầu) Card USB 9090 đ c tín hiệu đi u khi n bàn đạp ga rồi gửi v máy tính (OK), nếu máy tính không nhận đ ợc tín hiệu từ Card USB 9090 (NO) sẽ quay lại đ h i dữ liệu. Nếu Card USB 9090 không truy n đ ợc dữ liệu đi (NO) thì sẽ bắt đầu lại.
Hình 3.21: Thuật toán client trong nhà Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n client trong nhà
Nguyên lý hoạt động:
Khi kh i động ch ơng trình (Bắt đầu) TCP/IP open connection sẽ m i kết n i
mạng kết nỗi với máy Server thông qua đ a chỉ IP server và cổng giao tiếp port. Sau
khi kết n i với máy Server máy Client sẽ lấy và tách dữ liệu mà Server đư gửi sau đó
TCP Close connection sẽđóng kết n i đông th i lúc đó dữ liệu đ c đ ợc dạng chuỗi
sẽ đ ợc chuy n qua dạng s , từ đây dữ liệu sẽ đ ợc tiếp tục tách mảng thông qua hàm
(Index Array) lúc này tín hiệu v trí b ớm ga và t c độ xe đư đ ợc nhận. Kết thúc một
vòng lặp ch ơng trình.
GVHD: TS. Nguyễn Bá Hải - 93 - HVTH: Trần Xuân Trình
Hình 3.22: Sơ đồ kh i ch ơng trình đi u khi n client trong nhà Bắt đầu
M kết n i mạng TCP qua TCP/IP Open Connection - Đ a chỉ IP server
