H 3.25: Lu đồ thuật toán của Multimeter số 3.5.2. Phần chơng trình
Từ nhiệm vụ và lưu đồ thuật toỏn của Multimeter chỳng ta xõy dựng được chương trỡnh như sau:
- Front panel
H 3.26: Mặt máy
Cấu tạo Front panel
- DEVICE : Dựng để chọn thiết bị
- CHANEL: Dựng để chọn kờnh thu thập tớn hiệu - MODE : Dựng để chọn chế độ đo
- VOLT, CURRENT, OHMS: Dựng để chọn thang đo cho cỏc chế độ
NO YES NO YES HIỂN THỊ NO YES THU THẬP TÍN HIỆU XỬ Lí TÍN HIỆU KẾT THÚC CHƯƠNG TRèNH BẮT ĐẦU RU N SAV E RECAL L TIẾP TỤC CHƯƠNG TRèNH THỰC HIỆN GHI FILE HIỂN THỊ DẠNG SểNG THỰC HIỆN ĐỌC FILE TIẾP TỤC CHƯƠNG TRèNH KHỞI ĐỘNG MULTIMET STO P
- SAVE: Dựng để cất dữ liệu vào file trong bộ nhớ
- RECALL: Dựng để đọc dữ liệu từ một file trong bộ nhớ
- MANUAL-AUTO: Dựng để chọn chế độ tự động hay khụng tự động - RUN: Dựng để chạy chương trỡnh thu thập
- STOP: Dựng để dừng chương trỡnh thu thập
- Ngoài ra cũn cú màn hiển thị số và màn hiển thị dạng tớn hiệu
- Hoạt động của phần mềm Multimeter đểđo cỏc đại lượng
Các bớc đo dòng điện đợc tiến hành nh sau:
+Trước tiờn ta chạy chương trỡnh rồi chọn Device và Chanel cho phự hợp + Sau đó chọn chế độ đo nhờ nỳm xoay MODE trong đú cú cỏc chế độ VOLTRMS, VOLT, CURRENTRMS, CURRENT, OHMS thỡ ta tiến hành thu thập tớn hiệu, nếu như tớn hiệu nằm ngoài khoảng của thang đo đang chọn thỡ chương trỡnh sẽ bỏo là tràn khoảng đo
+ Khi đó chọn chế độ và thang đo phự hợp chỳng ta tiếp tục tiến hành thu thập tớn hiệu rồi hiện lờn dạng của nú trong màn hiển thị súng cũn kết quả đo được thỡ sẽ hiện lờn màn hiển thị số thập phõn
+ Sau khi có kết quả ta cú thể lưu trữ kết quả vào một file dưới dạng một file.txt và cũng cú thể đọc được kết quả từ một file.txt
+ Chỳng ta cũn cú thể chọn chế độ đo tự động hoặc là điều khiển bằng phần mềm nhờ nỳm chọn MANUAL-AUTO.Trong chế độ đo tự động thỡ sẽ cú một đốn LED hiện lờn ở thang đo mà đang thực hiện tự động khi đú chỳng ta sẽ biết được khoảng giới hạn của tớn hiệu mà chỳng ta đang đo, tuy nhiờn trong chế độ tự động thỡ chỳng ta vẫn cần chọn chế độ đo đại lượng nào và chế độ tự động chỉ dựng cho việc đo đại lượng một chiều vỡ trong mạch mở rộng thang đo thỡ bộ so sỏnh chỉ dựng cho đại luợng một chiều.
-Thử nghiệm thiết bị
H 3.27: Sơ đồ khối của hệ thống thiết bị ảo
Quá trình thực hiện đo bằng thiết bị ảo nh sau:
+Tín hiệu sau khi đã đợc chuẩn hoá thành tín hiệu chuẩn đợc đa qua bộ mở rộng thang đo để chọn đợc thang đo thích hợp phù hợp với dải đo của Card DAQ
+Card DAQ thu thập số liệu đa vào máy tính, phần mềm Labview sẽ làm nhiệm vụ đo, xử lí tín hiệu và kết quả sẽ đợc hiển thị trên màn hình máy tính.
Block diagram
H 3.28: Màn hình của sơ đồ khối
Tớn hiệu vào
Bộ mở rộng khoảng đo
Trong phần thiết kế chương trỡnh cú sử dụng những Sub.VI sau:
*Thu thập (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
H 3.29: Sơ đồ cấu trúc các hàm thu thập
Trong đú cú sử dụng những hàm sau:
- Hàm AI Acquire Waveform .VI: dựng để thu thập tớn hiệu - Hàm RMS.VI: dựng để tớnh giỏ trị hiệu dụng
- Hàm Get Waveform Component: dựng để lấy ra giỏ trị của Waveform - Hàm Bild Array: dựng để tạo nờn một Array
- Hàm Index Array: dựng để tỡm kiếm một phần tử của mảng Ngoài ra cũn một số hàm khỏc nữa như trong hỡnh vẽ.
*Phần tớnh toỏn
Phần tớnh toỏn này dựa trờn nguyờn lớ tớn hiệu vào là một số, nhưng thực tế thỡ số này là giỏ trị tớn hiệu vào đó được chuẩn hoỏ xuống 5V để cho phự hợp với điện ỏp của DAQ, do vậy muốn thể hiện đỳng giỏ trị thật của tớn hiệu cần đo thỡ ta phải nhõn giỏ trị thu được này với một hệ số bằng nghịch đảo với hệ số mà tớn hiệu đó được chuẩn hoỏ. Trong phần tớnh toỏn này thỡ cũng chia thành hai phần tớnh toỏn đú là:
H 3.30: Sơ đồ khối cấu trúc các hàm dùng tính toán ở chế độ Manual
Trong phần thiết kế cú dựng những hàm sau:
- Hàm Array Constant: dựng để xõy dựng nờn cỏc hệ số mà tớn hiệu đó được chuẩn hoỏ
- Hàm Index array: dựng để chọn hệ số cho mỗi thang đo - Hàm nhõn: dựng để nhõn giỏ trị thu được với hệ số.
Vớ dụ : Với thang đo dũng điện 0,5A thi khi chuẩn hoỏ thành 5V để cho vào DAQ thỡ chỳng ta đó chuẩn hoỏ với hệ số là 5/0,5 = 10 lần, do đú khi tớnh toỏn trong LabVIEW ta nhõn với hệ số nghịch đảo khi chuẩn hoỏ là 1/10 = 0,1 . Tương tự như vậy ta sẽ tớnh được cỏc hệ số cho cỏc thang đo khỏc và cỏc chế độ đo khỏc.
Trờn đõy chỉ là vớ dụ về phần tớnh toỏn cho chế độ đo dũng điện, cỏc chế độ đo điện ỏp và điện trở đều làm tương tự như vậy nhưng chỉ khỏc ở phần hệ số.
+ Phần tớnh toỏn dựng cho chế độ AUTO Trong thiết kế phần này dựng những hàm sau:
- Hàm Bild Array: dựng để xõy dựng mảng cỏc giỏ trị logic thu được sau khi thực hiện biến đổi tớn hiệu logic từ cỏc cổng vào số
- Hàm Index array: dựng để chọn hệ số
- Hàm Boolean Array to Number: dựng để biến đổi mảng giỏ trị logic thành số
Block Diagram
H 3.31: Sơ đồ khối các cấu trúc dùng tính toán ở chế độ Auto - Ta tiến hành đo một số giá trị:
Điện áp xoay chiều U= 220V;U= 24V Điện áp một chiềuU= 3V;U= 9V Dòng điện xoay chiều I=0,5A; I=2A Điện trở có giá trị R=500Ω; R=10KΩ.
3.5.3. Báo tràn giới hạn đo
H3.32: Lu đồ báo tràn giới hạn đo
-Tớn hiệu cần đo được so sỏnh với giỏ trị tớn hiệu chuẩn tương ứng với thang đo đó được chọn, chương trỡnh sẽ đọc giỏ trị của bộ so sỏnh và thực hiện quỏ
MỞ GIỚI HẠN CHUẨN ĐỌC GIÁ TRỊ BỘ SO SÁNH TRÀ N BÁO TRÀN ĐỌC SỐ LIỆU ĐO YES NO
trỡnh bỏo tràn thang đo
OUT OF THE RANGE
T rue
H 3.33: Sơ đồ khối báo tràn giới hạn đo (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hàm One button dialog để hiển thị dũng cảnh bỏo tràn giới hạn
3.5.4. Lu trữ dữ liệu vào file
H 3.34: Lu đồ quá trình lu trữ dữ liệu
Trong LabVIEW thỡ việc ghi dự liệu vào file trong bộ nhớ của mỏy tớnh được thực hiện ghi dưới 3 dạng dữ liệu sau:
- Dưới dạng mó ASCII, ở dạng này thỡ file được lưu trữ sẽ được đọc bởi rất nhiều phần mềm khỏc nhau
- Dưới dạng mó Binary
- Dưới dạng datalog file, ở dạng này thỡ chỉ cú LabVIEW mới mở được Do vậy để việc mở file được thuận tiện thỡ ta dựng dạng file là mó ASCII khi cất dữ liệu vào bộ nhớ của mỏy tớnh.
- Các bớc thực hiện khi lu trữ dữ liệu:
+Khi cần cất một dữ liệu nào đú ta nhấn nỳt SAVE, ngay sau đú hộp thoại chọn đường dẫn sẽ xuất hiện, khi đú chỳng ta chọn đường dẫn cho file cần ghi và đặt tờn cho file
NHẤN NUT SAVE HIỆN HỘP THOẠI CHỌN ĐƯƠNG DẪN GHI TấN FILE TRÙNG TấN FILE CŨ
HỎI Cể XểA FILE CŨ KHễNG
GHI FILE TIẾP TỤC
+Vỡ dữ liệu thu được là dạng mảng số mà số liệu ghi vào file là dạng chuỗi do vậy ta cần phải chuyển đổi dữ liệu từ dạng mảng sang dạng chuỗi rồi mới thực hiện việc ghi vào file.
Trong đú cú sử dụng cỏc hàm sau:
- Hàm Open/creat/replace file để mở file chứa dữ liệu
- Hàm Array to spreadsheet string để chuyển dữ liệu từ kiểu mảng thành dạng chuỗi
- Hàm Write file để thực hiện việc ghi file
- Hàm Close dile để đúng file sau khi đó ghi xong - Hàm bỏo lỗi khi cú lỗi xảy ra
Dưới đõy là block digram
H 3.35: Sơ đồ khối của quá trình lu trữ dữ liệu 3.5.5. Đọc dữ liệu từ một file
H3.36: Lu đồ quá trình đọc dữ liệu
-Các bớc đọc dữ liệu:
+ Muốn mở một file thỡ trước tiờn ta nhấn nỳt Recall để chạy chương trỡnh đọc file, khi đó hộp thoại chọn đường dẫn của file sẽ xuất hiện để ta chọn file cần mở để thực hiện việc đọc dữ liệu
+Sau khi đọc dữ liệu từ file thỡ sẽ hiển thị dữ lịờu lờn màn hiển thị , kết thỳc quỏ trỡnh đọc file.
H3.37: Sơ đồ khối của quá trình đọc dữ liệu
Dưới đõy là block diagram của chương trỡnh đọc file Trong đú sử dụng những hàm sau
- Hàm Open/Create/Replace file để mở một file cần đọc dữ liệu - Hàm Read file để đọc dữ liệu từ file vừa mở
- Hàm Close file để đúng file khi mà quỏ trỡnh đọc dữ liệu đó xong - Hàm bỏo lỗi khi cú lỗi xảy ra
Nhấn nỳt Recall Mở file Đọc dữ liệu Hiển thị Đúng file Stop (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hàm String subset dựng để chọn cỏc thành phần cần hiển thị
- Hàm Fraxt/Exp string to number để chuyển đổi dữ liệu từ dạng chuỗi sang dạng số để hiển thị.
- Đánh giá kết quả
-Sau khi đặt định dạng cho thiết bị phần cứng thỡ ta tiến hành chạy thử thỡ thu được kết quả như sau:
+ Chức năng chọn thang đo hoạt động tốt + Chức năng chọn chế độ hoạt động tốt
+ Chức năng cất giữ kết quả vào một file trong bộ nhớ + Chức năng đọc dữ liệu từ một file trong bộ nhớ
+ Ta tiến hành đo các giá trị điện áp, dòng điện, điện trở bằng Multimeter số và so sánh với kết quả đo bằng thiết bị ảo ta thu đợc bảng các giá trị sau:
Bảng 3.1: Bảng giá trị đo các đại lợng tơng ứng giữa thiết bị thật và ảo
Giá trị đo bằng Multimeter số Giá trị đo bằng thiết bị ảo
Uxoay chiêu= 220V 217.96 V
Uxoay chiêu= 24V 23 V
Umôt chiêu= 9V 8.9437 V
Umôt chiêu= 3V 2.9577 V
Ixoay chiêu=2A 2A
Ixoay chiêu= 0.5A 0.5A
R=10kΩ 9675.3445Ω
R= 500Ω 479.4532 Ω
- Thiết kế cỏc thiết bị bằng LabVIEW chỉ là mụ phỏng một thiết bị thật, nhưng mọi hoạt động của nú đều giống với thiết bị thật. Nhưng do thiết bị này hoạt động cũn dựa vào Card DAQ, giới hạn của Card thu thập này vẫn cũn cú những hạn chế về giải đo, do vậy chỳng ta cần cú một mạch mở rộng thang đo bờn ngoài. Trong thời gian thiết kế cú chế tạo mạch mở rộng thang, nhưng do
cỏc linh kiện cú độ sai số rất cao, cho nờn khụng đảm bảo về độ chớnh xỏc của tớn hiệu khi thu thập. Nên có sự sai số giữa các giá trị đo bằng thiết bị thật và thiết bị ảo. Khi đó ngoài chức năng có thể đo giá trị các đại lợng nh một thiết bị thật thì thiết bị ảo còn có khả năng đánh giá, kiểm tra độ chính xác sự hoạt động của thiết bị thật một cách tơng đối thông qua sai số đo giữa hai thiết bị.
3.6.2. Tính sai số của hệ thống ảo
Trong trường hợp tớnh sai số của phộp đo bằng thiết bị đo ảo vạn năng vì cỏc thiết bị đo được đặt trong phũng kớn cú cỏch ly với mụi trường xung quanh nờn ta chỉ xột đến sai số hệ thống do thiết bị đo và mỏy múc đo cú sai số.
-Sai số của cả hệ thống thiết bị được tớnh theo cụng thức sau: = ∑=n 1 i 2 i γ γ (3-1) Trong đú γ : là sai số của cả hệ thống
γi : là sai số của từng khõu
- Sai số của khõu mở rộng thang đo: bao gồm + Sai số của LM741: là những sai số sau
γKD = γ 2G+γ2nhietnhieu +γ 2zero+γ2dongpha (3-2) Trong đú thỡ γzero cú thể điều chỉnh được, nờn ta coi như bằng khụng
γdongpha cũng khụng đỏng kể
γnhietnhieu = C.∆T/Uvào max =15.10-6(150+65)/ Uvao max với Multimeter thỡ γnhietnhieu=0,108%
a d (1 a) K dK G = + − β β γ (3-3) vỡ G=Kβ/(1+Kβ) với K:hệ số khuyếch đại
β: hệ số phản hồi a Kβ + = 1 1 (3-4) vỡ hệ số K=2.105 rất lớn nờn a ≈ 0 cuối cựng ta cú γG =dββ (3-5) vỡ trong mạch khuyếch đại ta dựng là khuyếch đại đảo và chọn
được những điện trở cựng đặc tớnh cú γR= 1% γG =γR1+γR2= 2% (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Sai số của cỏc điện trở mạch phõn ỏp
Trong mạch mở rộng ta dựng điện trở để tạo mạch phõn ỏp, do vậy sai số trong mạch phõn ỏp được tớnh như sau
H 3.40: Sơ đồ mạch phân áp 2 2 2 1 R R R γ γ γ = + (3-6) với cỏc điện trở được dựng trong mạch thỡ sai số là :0,2%, do đú ta cú
γR = 12+12 = 2≈1,4%
- Sai số của Card DAQ
Với Card DAQ thỡ chuyển đổi ADC là 12bit nờn sai số của nú là: 12
2 5
=
DAQ
γ trong đú 5 là điện ỏp toàn giải γDAQ=0,0012%
- Sai số của phần mềm LabVIEW: đối với phần mềm thỡ sai số được coi như là khụng đỏng kể
Cuối cựng ta tớnh được sai số của từng thiết kế như sau: R1
% 45 , 2 108 , 0 0012 , 0 2 4 , 1 2+ 2+ 2+ 2 ≈ = Multimeter γ
Với những linh kiện cú độ chớnh xỏc khụng cao cho nờn sai số khi tớnh toỏn và thiết kế mạch mở rộng khoảng đo là rất lớn, làm cho sai số của cả hệ thống cũng lớn. Để khắc phục những điểm trờn thỡ khi thiết kế chỳng ta nờn chọn những linh kiện sao cho cú độ chớnh xỏc cao.
Kết luận và đề nghị Kết luận
Sau thời gian thực hiện đề tài: “ Thiết kế thiết bị đo ảo vạn năng bằng phần mềm Labview” bằng sự nỗ lực của bản thân cùng với sự hớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Ngô Trí Dơng và các thầy cô giáo trong bộ môn đến nay tôi đã hoàn thành đề tài.
-Trong đồ án đã tìm hiểu, nghiên cứu về cơ sở lý thuyết của kỹ thuật đo lờng
+ Cấu trúc, thành phần, yếu tố cơ bản trong kỹ thuật đo. + Cách xác định sai số.
+ Xử lý kết quả và đa ra một vài ví dụ về xử lý kết quả trong quá trình thu thập đo lờng số liệu.
+ Dụng cụ đo lờng.
- Đồ án đã nghiên cứu về nguyên lý lập trình, cấu trúc cơ bản, ứng dụng của phần mềm Labview. Một phần mềm đợc ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật đo lờng. Từ đó làm cơ sở cách thức thu thập số liệu, chế độ hoạt động, sơ đồ, cấu trúc của Card giao diện DAQ- PCI 6024E
- Đồ án đã thiết kế đợc mạch mở rộng thang đo cho Multimeter để đo các thông số: điện áp, dòng điện, điện trở có thể thực hiện đợc trên thiết bị ảo. - Thiết kế đợc phần mềm, chơng trình thiết bị ảo:
+ Phần chơng trình.
+ Hoạt động của phần mềm. + Công thức đo các đại lợng.
+ Các chức năng bảo toàn, đọc dữ liệu và lu dữ liệu. + Cách tính sai số của cả hệ thống ảo
- Từ các giá trị đo các đại lợng bằng thiết bị ảo ta còn có thể so sánh với giá trị đo bằng thiết bị thật. Khi đó ta có thể đánh giá đợc chất lợng, khả năng hoạt động của thiết bị đo thật.
Trong quỏ trỡnh chạy thử thỡ tất cả cỏc thiết bị đều hoạt động tốt theo đỳng như yờu cầu đề ra của nhiệm vụ thiết kế đồ ỏn.