Các khả năng chính của LabVIEW

6. Điểm: (Bằng chữ )

2.3. Các khả năng chính của LabVIEW

Hiện tại ngoài phiên bản LabVIEW cho các hệ điều hành Windows, Linux, Hãng NI đã phát triển các mô-đun LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA). Các chức năng chính của LabVIEW có thể tóm tắt như sau:

• Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ,...

• Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông qua các cổng giao tiếp: RS232, RS485, USB, PCI, Ethernet

• Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đích nghiên cứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn

• Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn nhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual Basic, Matlab, ...

• Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ (Fuzzy Logic), một cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trong LabVIEW.

này cung cấp các chức năng để người sử dụng có thể tạo và thay đổi trên Front Panel và Block Diagram bằng các biểu tượng, các hình ảnh trục quan giúp cho việc sử dụng trở nên dễ dàng và linh động hơn.

2.4.1. Tool Palette

Tool Palette xuất hiện trên cả Front Panel và Block Diagram. Bảng này cho phép người sử dụng có thể xác lập các chế độ làm việc đặc biệt của con trỏ chuột. Khi lựa chọn một công cụ, biểu tượng của con trỏ sẽ được thay đổi theo biểu tượng của công cụ đó. Nếu thiết lập chế độ tự động lựa chọn công cụ và người sử dụng di chuyển con trỏ qua các đối tượng trên Front Panel và Block Diagram, LabVIEW sẽ tự động lựa chọn các công cụ phù hợp trên bảng Tool Palette.

Để mở bảng Tool Palette ta chọn Menu: View → Tool Palette. Các công cụ trong Tool Palette gồm có:

Bảng điều khiển được sử dụng để người sử dụng thiết kế cấu trúc mặt hiển thị gồm các thiết bị ví dụ: các công tắc, các loại đèn, các loại màn hình hiển thị... Với bảng điều khiển này, người sử dụng có thể chọn các bộ thiết bị chuẩn do hãng sản xuất cung cấp ví dụ công tắc nhưng cũng có thể chọn các thiết bị do người sử dụng tự xây dựng. Bảng điều khiển dùng để cung cấp dữ liệu đầu vào và hiển thị kết quả đầu ra.

Hình 2.3: Controls Palette

+ Numeric control / Indicators

Bộ công cụ này dùng để hiển thị và điều khiển dữ liệu dạng số trong chương trình LabVIEW.

Hình 2.4: Numeric Controls / Indicators

+ Boolean controls / Indicators

Bộ công cụ này cung cấp 2 giá trị là True và False.Khi thực hiện chương trình người sử dụng sử dụng chuột để điều khiển giá trị của thiết bị. Việc thay đổi giá trị của các thiết bị chỉ có tác dụng khi các thiết bị đó được xác lập ở chế độ là các Control. Còn nếu ở chế độ là các Indicator thì giá trị không thay đổi vì chúng chỉ là các thiết bị hiển thị.

+ String & Path

Các điều khiển này dùng để nhập và hiển thị các ký tự, nó cũng có thể được xác lập ở chế độ đầu vào hay đầu ra hoặc chỉ đường dẫn đến các file cần hiển thị.

Hình 2.6: String & Path

2.4.3. Function Palette

Bảng Function Palette chỉ xuất hiện trên Block Diagram. Bảng này chứa các VI (Virtual Instrument) và các hàm mà người sử dụng thiết kế để tạo nên các khối lưu đồ. Bảng Function Palette được mình họa trong hình sau.

Hình 2.7: Function Pallette

Với bảng Function Palette, người lập trình thực hiện các lệnh khác nhau bằng các hưu đồ như: các phép tính số học, các biểu thức toán học, các vòng lặp, phép lựa chọn thông qua các nhóm hàm, chức năng đã được cung cấp bên cạnh đó từ bảng này người sử dụng có thể tạo ra và sử dụng lại các hàm, chức năng mà người sử dụng tự xây dựng. Các hàm toán học được minh họa thông qua các biểu tượng. Khi muốn lựa chọn thực hiện một hàm nào đó thì người sử dụng chọn biểu tượng thể hiện cho hàm đó và có thể kéo thả ở bất kỳ vị trí nào trên Block Diagram sau đó xác định những đầu vào và đầu ra cần thiết.

Chương 3

THIẾT KẾ BẢNG ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH LỬA BẰNG LABVIEW

3.1. Hệ thống đánh lửa năng lượng cao và nguyên tắc làm việc

Hệ thống đánh lửa năng lượng cao của động cơ là bao gồm mạch vi điều khiển, đầu vào cảm biến mạch xử lý tín hiệu và mạch điều khiển đánh lửa các thành phần. Điều khiển đánh lửa điện tử nguyên mẫu cấu trúc hệ thống được hiển thị trong Hình 3.1. Sau khi dữ liệu được được xử lý bởi mạch xử lý tín hiệu, nó đã được đặt thành vi điều khiển C8051F020. Dựa trên những tín hiệu này, bộ vi điều khiển đã thực hiện tính toán và vận hành kịp thời mạch đánh lửa sơ cấp và hệ thống đánh lửa đạt được điện áp cao cần thiết trong cuộn thứ cấp. Theo tín hiệu điện áp của pin, MCU đã sửa đổi thời điểm đánh lửa và góc dừng

- Cảm biến chính và mạch xử lý tương ứng

Cảm biến là một trong những liên kết quan trọng của toàn bộ hoạt động của hệ thống thử nghiệm. Nhiệm vụ đo lường của nó là thu được hiệu quả từ đối tượng được đo. Vì vậy, cảm biến đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống. Để đạt được chức năng tổng thể của hệ thống, lựa chọn cảm biến là quan trọng trong hệ thống.

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển kích hoạt điện tử động cơ

nghiêm trọng. Nó tốc độ xử lý tín hiệu chính xác có xuất hiện không đặc biệt quan trọng. Cảm biến tốc độ được sử dụng phổ biến bao gồm cảm biến từ trường, hội trường và quang điện. Cái này bài báo đã sử dụng cảm biến quang điện để đo tốc độ. Tín hiệu từ cảm biến quang điện phải mạch lọc, khuếch đại và định hình. Động cơ hoạt động trong một môi trường nghèo nàn. Có rất nhiều nguồn nhiễu, đặc biệt là cảm biến tốc độ không điện tín hiệu thành tín hiệu điện, rung động cơ học của động cơ có thể tạo ra một tín hiệu nhiễu lớn. Điều này sẽ tạo ra dạng sóng lỗi (Yunpeng, 2005). Do đó, tín hiệu tốc độ được sử dụng mạch định hình được đặc trưng bởi một vòng phản hồi tích cực. Phản hồi tích cực đến mạch so sánh có thể cải thiện khả năng chống nhiễu của mạch. Tín hiệu của nó mạch xử lý được hiển thị trong Hình 3.2. Động cơ tốc độ được tính bằng một khoảng thời gian của hai xung tín hiệu và được tính theo công thức (1) như sau:

n = 30 / [(N × 65536 + T2 – T1) × 0,000016] (1)

Đặc tính chạy dây của cảm biến vị trí bướm ga và mạch xử lý: Hệ thống sử dụng cảm biến vị trí bướm ga BOSCH 0280122201 (Ma, 2010), nguyên lý làm việc cơ bản của tiếp điểm tích cực trên thân điện trở, giá trị điện trở trượt thay đổi do sự thay đổi điện áp đầu ra, có thể đo được tương ứng với độ mở của bướm ga (Wang, 2008). Hình 3.3 cho thấy các đặc tính đầu ra của cảm biến. Trong khoảng từ 0 ~ 5V, điện áp đầu ra của cảm biến vị trí bướm ga thay đổi tín hiệu của nó được lọc đến bộ chuyển đổi A / D và được xử lý bởi ECU. Mạch xử lý cảm biến vị trí bướm ga được hiển thị trong Hình 3.4.

nhất, v.v. Nhiệt độ của xi lanh động cơ có ảnh hưởng quan trọng đến hiệu suất của hệ thống điều khiển điện tử. Việc phun nhiên liệu và thời điểm đánh lửa được hiệu chỉnh theo nhiệt độ khối xi lanh, giúp động cơ hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau. Ví dụ, khi động cơ làm việc ở trạng thái khởi động nguội và khởi động nóng lên, nó cần nhiều nhiên liệu hơn ở trạng thái nhiệt. Vì vậy nên tính trước thời điểm đánh lửa. Do đó, nên lắp đặt cảm biến nhiệt độ xylanh để đo nhiệt độ xylanh được sử dụng làm tín hiệu hiệu chỉnh thời điểm đánh lửa. Nhiệt độ xilanh có ý nghĩa rất quan trọng đối với hệ thống điều khiển động cơ. Do đó, nhiệt độ xi lanh được chọn làm một trong những tín hiệu hiệu chỉnh.

Hầu hết các chất bán dẫn nhiệt NTC là cấu trúc spinel hoặc cấu trúc khác của gốm oxit và chúng có hệ số nhiệt độ âm. Giá trị điện trở có thể được biểu thị theo công thức sau (2):

RT = RT0 × exp [Bn (1 / T - 1 / T0)] (2)

Trong đó, RT và RT0 lần lượt được biểu thị giá trị điện trở của nhiệt độ T và T0 và Bn là một hằng số vật liệu. Hạt gốm là kết quả của sự thay đổi điện trở suất do sự thay đổi nhiệt độ, được xác định bởi các đặc tính bán dẫn (Zhou, 2008). Bộ điều nhiệt được sử dụng để cảm nhận nhiệt độ.

Do đó, khi cho dòng điện ổn định vào bộ điều nhiệt thì hai đầu biến trở đo sẽ được một hiệu điện thế. Nhiệt độ có thể được tính theo công thức sau (3):

T = T0-K.U (3)

Trong đó, T là nhiệt độ đo được, T0 là thông số nhiệt độ về đặc tính của nhiệt điện trở, K là hệ số về đặc tính của nhiệt điện trở và U hai đầu của nhiệt điện trở.

Hình 3.5: Mạch xử lý nhiệt độ

Theo công thức (3), nếu ta có thể đo nhiệt áp trên điện trở và biết các thông số T0 và hệ số K thì ta có thể tính được nhiệt trở và nhiệt độ môi trường là nhiệt độ đo được. Mối quan hệ của điện trở thay đổi theo sự thay đổi nhiệt độ vào mối quan hệ của hiệu điện thế thay đổi theo nhiệt độ. Mạch điều hòa được hiển thị trong Hình 3.5.

Trong mạch kênh tín hiệu tiền đo, bộ khuếch đại là một bộ phận rất quan trọng. Bộ khuếch đại sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính xác thực và độ tin cậy của dữ liệu lấy mẫu. Hệ thống sử dụng bộ khuếch đại AD620 (Zhang, 2009). Bộ khuếch đại AD620 có độ chính xác cao, dễ sử dụng, đặc tính nhiễu thấp và dải khuếch đại từ 1 đến 1000. Tín hiệu điện áp nhiệt độ xi lanh đưa vào bộ khuếch đại AD620 từ chân 2 và chân 3, giữa bộ khuếch đại AD620 chân 1 và chân 8 là được kết nối với một điện trở để điều chỉnh độ phóng đại. Mối quan hệ giữa biến trở RG và độ lợi G của AD620 được biểu thị bằng công thức (4):

RG = 49,4KΩ / G-1 (4)

Theo công thức (4), nếu hệ số khuếch đại có giá trị 100 thì điện trở của biến trở RG sẽ là 500Ω

Hình 3.6: Mạch xử lý tín hiệu điện áp pin

Điện áp pin thường lên đến 14V. Và khi nó được bật nguồn, điện áp có thể giảm xuống 8V. Điện áp trong phạm vi đó không thể được gửi trực tiếp đến bộ chuyển đổi A / D của vi điều khiển để thực hiện chuyển đổi. Vì vậy, nó nên được chuyển đổi trong phạm vi 0 ~ 5V. Và sau đó tín hiệu điện áp của pin được gửi vào chân chuyển đổi A / D sau khi điều trị hạ huyết áp. Mạch xử lý tín hiệu điện áp pin được thiết kế như hình 6, trong đó các điện trở R1 và R2 tạo thành mạch phân áp. Điện áp sẽ được giữ trong khoảng 0 ~ 5V thông qua mạch.

Mạch truyền động đánh lửa: Transistor công tắc được sử dụng để điều khiển cuộn dây đánh lửa sơ cấp. Khi nó được tắt, một điện áp cao sẽ được tạo ra trong cuộn thứ cấp, điều này đã kích hoạt sự cố và phóng điện của bugi. Các tốc độ chuyển mạch sẽ ảnh hưởng đến điện áp thứ cấp. Transistor công tắc của IGBT có ưu điểm là công suất truyền động nhỏ, điện áp bão hòa thấp, khả năng chịu điện áp cao và tốc độ chuyển mạch nhanh nên IGBT đã được lựa chọn trong nghiên cứu này. Mạch dẫn động đánh lửa được trình bày trong Hình 7.

Thành phần optocoupler được sử dụng để cách ly vi điều khiển khỏi mạch trình điều khiển đánh lửa, điều này có thể làm cho hệ thống vi xử lý có khả năng chống nhiễu mạnh.

Hình 3.7: Mạch điều khiển đánh lửa

Bộ điều khiển đánh lửa sử dụng mạch giao tiếp nối tiếp giữa máy chủ và máy tính phụ. Thiết kế phần mềm hệ thống bao gồm chương trình máy tính chủ, chương trình máy tính phụ và thiết kế chương trình truyền thông nối tiếp. Giao tiếp nối tiếp chủ yếu là để hoàn thành việc truyền dữ liệu, bao gồm dữ liệu giám sát, sửa đổi và đọc dữ liệu MAP.

3.2. Thiết kế phần mềm hệ thống

Bộ điều khiển đánh lửa sử dụng giao tiếp nối tiếp mạch giữa máy chủ và máy tính phụ. Hệ thống thiết kế phần mềm bao gồm chương trình máy tính chủ, chương trình máy tính nô lệ và giao tiếp nối tiếp thiết kế chương trình. Giao tiếp nối tiếp chủ yếu là để hoàn thành việc truyền dữ liệu, bao gồm cả giám sát dữ liệu, sửa đổi và đọc dữ liệu MAP.

Yêu cầu cơ bản của thiết kế hệ thống: Có bốn yêu cầu cơ bản trong quy trình của hệ thống thiết kế.

• Độ tin cậy của hệ thống là chỉ số đo lường chính, được xác định bởi tính chất khắc nghiệt của các đặc tính hoạt động của hoạt động liên tục cảnh điều khiển

• Khả năng mở rộng của hệ thống điều khiển, cụ thể là hệ thống có thể điều khiển nhiều loại tín hiệu khác nhau và xử lý các thông số khác nhau

hiệu xử lý cần thiết, lượng tính toán lớn, yêu cầu thời gian thực. Vì vậy, các yếu tố sau đây cần được xem xét trong việc lựa chọn vi điều khiển

• Tần số bus nội bộ đủ cao

• Bộ nhớ dữ liệu, bộ nhớ chương trình và dung lượng lưu trữ đủ lớn để có thể lưu trữ các chương trình và dữ liệu, chẳng hạn như góc MAP đánh lửa trước và MAP góc gần

• Các kênh chuyển đổi A / D đủ phong phú để thu thập điện áp pin, tín hiệu nhiệt độ và tín hiệu vị trí bướm ga, v.v. và độ chính xác thu thập dữ liệu phải đáp ứng yêu cầu của hệ thống

• Có nhiều nguồn ngắt phong phú và mức độ ưu tiên ngắt, có thể đưa ra phán đoán đúng và phản ứng kịp thời với các sự kiện khác nhau

• Chip phải có khả năng chống nhiễu cao, chịu được nhiệt độ cao và ổn định đối với môi trường làm việc kém của nó

Lựa chọn MCU: Xem xét toàn diện các yêu cầu trên và phòng thí nghiệm chip thường được sử dụng, bộ vi điều khiển 8-bit C8051F020 đã được lựa chọn trong nghiên cứu này. Và dữ liệu trong RAM của nó có thể được sửa đổi trong thời gian thực khi chương trình đang chạy. Con chip này có rất nhiều thiết bị ngoại vi và các nguồn ngắt và có khả năng chống nhiễu mạnh và phù hợp với thiết kế hệ thống. Ngoài ra, MCU C8051F020 có các đặc điểm sau.

• Nó có hai mô-đun chuyển đổi A / D 8 kênh với độ chính xác 8/10 bit, trong đó ADC1 là loại bộ chuyển đổi xấp xỉ tám bit liên tiếp và tốc độ chuyển đổi của nó có thể lập trình lên đến 500ksps. Kênh có thể được chọn bởi bộ ghép kênh tương tự

• Hai bộ chuyển đổi D / A 12 bit được sử dụng để chuyển đổi đại lượng kỹ thuật số 12 bit thành điện áp. Và chúng có thể tạo ra các dạng sóng thay đổi liên tục và tín hiệu đầu ra hai chiều của nó có thể được đồng bộ hóa

• MCU C8051F020 có ba loại cổng nối tiếp và nó bao gồm giao diện bus nối tiếp SMB, giao diện bus nối tiếp SPI và hai giao diện nối tiếp không đồng

Phần mềm được phát triển trong nghiên cứu này sử dụng ý tưởng mô-đun và