2.8.1 Mục tiêu
lựa chọn. Trong phần mạch này chúng em chọn card USB 9001 vì card này do việt nam sản xuất giá thành vừa phải và đáp ứng được yêu cầu của mạch
2.8.2 Giới thiệu về card USB9001
Hình 39: Car USB 9001
Giới thiệu card Hocdelam-USB 9001 : Card Hocdelam USB 9001 có chức năng tương tương các card thu thập dữ liệu USB do các hãng nước ngoài sản xuất như card NI USB 6008/6009, DATAQ, vv. Dùng để giao tiếp với máy tính qua cổng USB. Đây là sả phẩm phần cứng do Hocdelam Group sản xuất và lập trình thư viện đầy đủ và dễ sử dụng hơn những sản phẩm trên thị trường.Đặc biệt, người sử dụng được hỗ trợ tài liệu tiếng Việt đầy đủ lẫn hỗ trợ trực tuyến để xây dựng các
ứng dụng của mình dựa trên card giao tiếp này. Card được sử dụng trong nhiều đề
tài Tiến Sĩ, Thạc sĩ, đại học trong và ngoài nước cũng như dự án công nghiệp trong nước.
* Chức năng
- Thu thập dữ liệu, phát xung (PWM), điều khiển tựđộng PID, Fuzzy logic - Phần mềm sử dụng cùng Hocdelam USB 9001
Có thể dựng một trong các phiên bản sau: LabVIEW phiên bản 7.1, LabVIEW 8.5, LabVIEW 8.6 hoặc LabVIEW 2009 bản dựng thử hoặc bản có bản quyền. Điểm
đặc biệt là card này vẫn dùng được với bản LabVIEW dùng thứ do vậy bạn không phải mua bất kỳ một phần mềm bản quyền nào khi xây dựng các ứng dụng của mình.
Bảng 7: Thông số kỹ thuật c a r d USB 9001 Thông số chung Cổng kết nối USB Hỗ trợ hệđiều hành Windows Kiểu đo - 6 kênh đo điện áp (ADC)
- 1 bộđếm xung 2 chiều từ các loại encoder
Điều khiển - 4 kênh xuất tín hiệu số - 2 kênh xuất tín hiệu điều chế xung (PWM) Họ DAQ Đọc tín hiệu Analog Số kênh 6SE Tốc độ lấy mẫu 142S/s Độ phân giải 8 bits Trích mẫu đồng thời Không Ngưỡng điện áp giới hạn 0 đến 5v
Độ chính xác 10mV (Vrefv= 2.56V) Tín hiệu analog từ các loại cảm biến Nhiệt độ, áp suất, lưu lượng… Lĩnh vực ứng dụng đo điện áp
Điều khiển tự động, ôtô, công nghiệp
Xuất tín hiệu PWM Số kênh 2 Tốc độ cập nhật 4Khz/s Độ phân giải 8 bits Ngưỡng điện áp 0…5v Tín hiệu điều khiển dòng 10 mA ( dòng ngắn mạch) Các chân xuất tín hiệu số Số kênh 4 Timing Software
Logic levels TTL Ngưỡng điện áp cực đại 0..5v Ứng dụng Đo tốc độđộng cơ từ Encoder, đo xung, … Cho phép thực hiện nhớ tạm Có Tác động Digital Kích thước Dài, rộng, cao 10 cm, 6 cm, 2.5cm
Chiều dài cable nối Lớn hơn 500mm
Chương III : THIẾT KẾ GIAO DIỆN THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐIỀU
KHIỂN DÙNG LABVIEW
3.1 Giới thiệu về phần mềm LabVIEW
LabVIEW là một công cụ phần mềm hàng đầu công nghiệp trong việc phát triển các hệ thống thiết kế, điều khiển và kiểm tra. Kể từ khi ra đời năm 1986, các kĩ
sư và nhà khoa học trên toàn thế giới đã tin cậy vào NI-LabVIEW nhờ chất lượng ngày càng cao, hiệu quả sản xuất lớn hơn.
Hình 40: Một giao diện thu thập dữ liệu và điều khiển dùng laview
3.1.1 Môi trường phát triển LabVIEW
Sự phát triển nhanh với công nghệ Express: sử dụng Express VIs và I/O nhanh chóng tạo ra các ứng dụng đo lường phổ biến mà không cần lập trình.
- Hàng nghìn chương trình minh họa
- Kiểu module và phân cấp
- Trợ giúp tích hợp
- Thư viện giao diện người sử dụng kéo và thả
- Ngôn ngữđược biên dịch để thực hiện nhanh hơn.
Đến phát triển lớn , theo hướng nhóm (team-oriented): - Ngôn ngữ mở
- Gỡ rối bằng đồ họa tích hợp
- Phân phối ứng dụng đơn giản
- Nhiều công cụ phát triển cấp cao
- Công cụ phát triển nhóm
- Điều khiển mã nguồn
- Quản lí đích.
3.1.2 Thu nhận, phân tích và hiển thị lập sẵn
*Thu nhận:
Môi trường LabVIEW mở tương thích với mọi phần cứng đo với các trợ giúp tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp dữ
liệu dễ dàng. Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết bịđo, nên bạn có thể dễ dàng kết hợp những ứng dụng LabVIEW mới vào các hệ thống hiện tại. Bất chấp mọi yêu cầu của phần cứng, LabVIEW cung cấp một giao diện để kết nối tới I/O một cách dễ dàng. Thông tin chi tiết có tại trang web ni.com/labviewtools.
Đo mọi tín hiệu với LabVIEW:
- Nhiệt độ
- Âm thanh - Điện áp - Dòng - Tần số - Ánh sáng - Điện trở - Xung - Thời gian (giai đoạn) - Tín hiệu số… *Phân tích:
Tính năng phân tích mạnh mẽ, dễ sử dụng là điều không thể thiếu cho ứng dụng phần mềm của bạn. LabVIEW có hơn 500 chức năng lập sẵn để trích xuất thông tin hữu ích từ dữ liệu thu nhận được, phân tích các phép đo và xử lí tín hiệu. Các chức năng phân tích tần số, phát tín hiệu, toán học, chỉnh lí đường cong, phép nội suy cho phép bạn nhận được số liệu thống kê quan trọng từ dữ liệu của mình.
Dù thuật toán cơ bản có phức tạp đến đâu đi nữa thì công cụ phân tích LabVIEW vẫn rất dễ sử dụng. Hơn 15 Express VIs làm giảm độ phức tạp của việc phân tích phép đo trong ứng dụng của bạn qua hộp thoại cấu hình tương tác để xem trước kết quả phân tích.
*Hiển thị:
Hiển thị dữ liệu bao gồm các chức năng: trực quan, tạo báo cáo và quản lí dữ
đó có các tiện ích vẽ biểu đồ và đồ thị cùng các công cụ trực quan 2D, 3D cài sẵn. Bạn có thể nhanh chóng cấu hình lại các thuộc tính của phần hiển thị như màu sắc, kích cỡ phông, kiểu đồ thị; quay, phóng to thu nhỏ và quay quét (pan) đồ thị khi
đang chạy. Thêm vào đó, bạn có thể xem và điều khiển VIs qua Internet bằng LabVIEW. Đối với việc tạo báo cáo, NI cung cấp một số tùy chọn như công cụ tạo tài liệu, báo cáo dạng HTML, báo cáo dạng Word/Excel và báo cáo tương tác với NI DIAdem.
3.1.3 Các công cụ bổ sung cho nhà phát triển LabVIEW
Ngoài tính năng tích hợp trong các hệ thống phát triển LabVIEW Base, Full và Professional, bạn có thể tận dụng rất nhiều công cụđể mở rộng ứng dụng và tăng tốc độ phát triển.
*Công cụ phát triển kinh điển:
- Thiết bị phân tích LabVIEW VI: Nâng cao và chứng minh chất lượng mã bằng cách phân tích các ứng dụng mã hóa.
- Bộ dụng cụ biểu đồ trạng thái LabVIEW: tạo mã LabVIEW tương tác dựa trên kiến trúc trạng thái máy.
- Bộ dụng cụ phát triển LabVIEW Express VI: tạo Express VIs để phân phối cho đồng nghiệp và khách hàng.
*Tạo báo cáo và tính kết nối:
- Bộ dụng cụ tạo báo cáo LabVIEW cho Microsoft Office: tạo báo cáo lập trình cho Microsoft Word/Excel.
- Bộ dụng cụ kết nối cơ sở dữ liệu LabVIEW: Kết nối tới cơ sở dữ liệu nhờ
*Xử lý và phân tích tín hiệu:
- Bộ dụng cụ thiết kế bộ lọc số LabVIEW: thiết kế, phân tích và lắp đặt các bộ lọc số bằng công cụ tương tác.
- Bộ dụng cụ xử lí tín hiệu tiên tiến LabVIEW: bổ sung thêm chức năng để
liên kết phân tích thời gian-tần số (time-frequency), …
- Bộ dụng cụ điều biến cho LabVIEW: tạo, xử lí và phân tích các lược đồ điều biến tương tự và số.
- Module phát triển LabVIEW Vision: thu nhận, xử lí, hiển thị hình ảnh.
3.1.4 Ứng dụng phong phú
Trong gần 30 năm qua, National Instruments đã không ngừng đổi mới phương pháp kiểm tra và đo lường cho các kĩ sư. Với PC và các công nghệ thương mại, thiết bịđo ảo làm tăng năng suất và giảm chi phí cho các ứng dụng kiểm tra và
đo lường tựđộng qua phần mềm dễ tích hợp LabVIEW và phần cứng đo lường và
điều khiển kiểu module cho PXI, PCI, USB và Ethernet, với các ứng dụng khắp mọi nơi:
*Để bàn: Ứng dụng này bao gồm PC, laptop, PXI, PC công nghiệp… Bạn có thể dễ
dàng tích hợp tính năng có chân cắm và I/O bên ngoài đồng thời tận dụng các khả
năng lập trình, I/O, phân tích và hiển thị của LabVIEW trên hệđiều hành Windows, Linux và Mac OS.
*Công nghiệp: Trong chế độ tất định, thời gian thực, bạn có thể sử dụng module thời gian thực LabVIEW để thực hiện nhiều ứng dụng đa dạng trên một hệ điều hành thời gian thực, như PXI, Compact FieldPoint, CompactRIO, Compact Vision System và Windows PC. Để tạo ra phần cứng cho các hệ thống tất định, bạn có thể
*Nhúng: Đối với những ứng dụng đòi hỏi tính năng tất định tuyệt đối trong silic, LabVIEW cung cấp một số giải pháp. Module FPGA LabVIEW, kết hợp với PCI và PXI I/O (RIO), CompactRIO hay Compact Vision System cung cấp một giải pháp dễ lập trình chạy trên phần cứng NI FPGA. Ngoài ra, module phát triển nhúng LabVIEW tạo mã để chạy trên bất kì vi xử lí 32-bit nào trong nhiều ứng dụng điều khiển và phân tích nhúng.
3.1.5 Triển khai LabVIEW cho nhiều ứng dụng di động, công nghiệp và nhúng đa dạng với các module mở rộng LabVIEW đa dạng với các module mở rộng LabVIEW
*Trình tạo ứng dụng LabVIEW:
- Tạo các thư viện thi hành và dùng chung độc lập
- Sử dụng như một phần của hệ thống phát triển chuyên nghiệp LabVIEW hay như một thiết bịđể mở rộng tách biệt.
*Module PDA LabVIEW:
- Tạo các ứng dụng xách tay quen thuộc sử dụng LabVIEW
- Thu nhận dữ liệu với card thu nhận dữ liệu NI
- Giao tiếp với các thiết bị bên ngoài sử dụng Bluetooth, 802.11 (Wi-Fi), IrDA và các giao thức nối tiếp.
*Module thời gian thực LabVIEW:
- Phát triển các ứng dụng thời gian thực bằng đồ thị
- Tận dụng sự thực hiện tất định
- Sử dụng cơ sở dữ liệu nối mạng để ghi dữ liệu phân tán.
*Module FPGA LabVIEW:
- Cấu hình FPGA bằng đồ thị trên các đích (target) NI RIO
*Module phát triển LabVIEW nhúng:
- Phát triển mã bằng đồ thị cho mọi vi xử lí 32-bit
- Tích hợp với toolchain và hệ điều hành nhúng của bên thứ ba theo ý thích của bạn.
3.1.6 Phạm vi ứng dụng
*Nền tảng kiểm tra và đo lường tựđộng: - Kiểm tra quá trình sản xuất
- Kiểm tra sự hợp thức/môi trường
- Kiểm tra máy móc/cấu trúc
- Kiểm tra thời gian thực đáng tin cậy
- Thu nhận dữ liệu
- Kiểm tra hiện trường di động
- Kiểm tra RF và truyền thông
- Kiểm tra benchtop
- Thu nhận hình ảnh.
Các kĩ sư thường xuyên sử dụng LabVIEW trong những ứng dụng công nghiệp đòi hỏi khắt khe sử dụng I/O tiên tiến (I/O tương tự tốc độ cao); xử lí tiên tiến cho các ứng dụng nhưđo, điều khiển độ rung và thị giác máy; truyền thông tới phần cứng công nghiệp, bao gồm các thiết bị OPC và PLC của bên thứ ba cũng như
cơ sở dữ liệu doanh nghiệp.
Bạn có thể tích hợp các bộ điều khiển tự động hóa khả trình (PAC) của NI
được xây dựng với LabVIEW vào các hệ thống hiện tại để bổ sung tính năng đo lường và điều khiển với Các ứng dụng quen thuộc:
- Kiểm tra và điều khiển tích hợp
- Tựđộng hóa máy móc
- Thị giác máy
- Giám sát điều kiện máy
- Giám sát và điều khiển phân tán
- Đo công suất.
*Nền tảng thiết kế và thử mẫu nhúng:
Các kĩ sư sử dụng LabVIEW để phát triển thiết kế, mô phỏng và so sánh với dữ liệu mô phỏng và các phép đo thực tế. Bằng cách tích hợp LabVIEW và các công cụđo lường vào công cụ thiết kế và mô phỏng, bạn có thể dễ dàng so sánh dữ
liệu kiểm tra thực tế với các mẫu mô phỏng sớm hơn trong quá trình thiết kế với các
ứng dụng:
- Thiết kế và kiểm tra hệ thống nhúng
- Thiết kế bộ lọc số
- Thiết kế mạch điện tử
- Thiết kế cơ khí
- Thiết kế thuật toán
3.1.7 LabVIEW trong trường học
LabVIEW cũng nhanh chóng thâm nhập vào lĩnh vực giáo dục và học thuật. Nó kết nối chương trình giảng dạy với thế giới thực nhờ một môi trường phát triển
đồ họa sáng tạo, giúp sinh viên hình dung và áp dụng các khái niệm lí thuyết vào những thiết kế có thể ứng dụng được. Nhờ LabVIEW, các nhà nghiên cứu có thể đổi mới liên tục và các nhà giáo dục có thể thu hút sinh viên và cải tiến cách học những nguyên lí kĩ thuật và khoa học của sinh viên. LabVIEW (Laboratory Vitual Instrument Engineering Workbench) là một chương trình phát triển ứng dụng tương tự như các chương trình C hay Basic hay Lab Windows của hãng National Instrument. Tuy nhiên Lab VIEW khác các chương trình khác ở một điểm quan trọng: trong khi C hay Assembler sử dụng ngôn ngữ lập trình dạng văn bản để tạo ra các đoạn mã thì Lab VIEW sử dụng ngôn ngữ lập trình đồ họa (ngôn ngữ lập trình G) thông qua các biểu tượng để tạo ra mã điều khiển chứa trong Block Diagram.
Lab VIEW có những thư viện mở rộng về hàm và chương trình con dùng để
lập trình trong các hệđiều hành Windows, Macintosh, và Sun. Ngoài ra, Lab VIEW cũng có những thư viện ứng dụng riêng cho việc nhận dữ liệu và thiết bịđiều khiển theo chuẩn VXI, các thư viện ứng dụng riêng theo chuẩn GPIB và thiết bị điều khiển nối tiếp, phân tích, trình bày và lưu trữ dữ liệu.
Chương trình LabVIEW được gọi là các thiết bịảo (VI: Virtual Instruments) vì giao diện và cách thức hoạt động của nó tương tự như thiết bị thật. Các VI có giao diện với người sử dụng và một mã nguồn tương đương tiếp nhận các thông số
- VI chứa một giao diện với người sử dụng được gọi là mặt máy (font panel) vì nó mô phỏng mặt trước của một dụng cụ vật lý. Mặt máy có thể bao gồm núm nhấn, biểu đồ, núm điều khiển và các bộ chỉ thị khác. Ta đưa số liệu vào bằng các sử dụng bàn phím và chuột và sau đó quan sát kết quả trên màn hình của máy tính.
- VI tiếp nhận lệnh từ một sơ đồ khối (Block Diagram), mà ta tạo nên bằng G. Sơđồ khối này cung cấp một giải pháp đồ họa cho một vấn đề lập trình. Sơ đồ
khối chứa mã nguồn của VI.
- VI sử dụng cấu trúc môđun và phân cấp. Ta có thể sử dụng chúng như các chương trình bậc cao hoặc như các chương trình con bên trong chương trình khác hoặc chương trình con khác. Một VI trong một VI khác được gọi là VI con (SubVI). Biểu tượng và cửa sổ nối của VI làm việc giống như liệt kê thông sốđồ họa sao cho các VI khác có thể truyền số liệu tới nó như một subVI.
LabVIEW được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trường đại học và các viện nghiên cứu trên thế giới như một phần mềm chuẩn để thu nhận dữ liệu và điều khiển thiết bị. LabVIEW đã được sử dụng rộng rãi từ năm 1993 trong viện nghiên cứu không gian, y học, trong nghiên cứu vật lý năng lượng cao, v.v … LabVIEW có thể biến một máy tính PC thành một dụng cụ ảo dùng cho bất kỳ phép đo và kiểm tra nào. Có ba thành phần quan trọng liên quan đến ứng dụng đo và thử nghiệm đó