Vào File >> New VI để vào mối trường lập trình như hình 3.2 và 3.3.
Hình 3.2 Front Panel: giao diện với người sử dụng
Hình 3.3 Block Diagram: giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn
3.1.3.2 Các cơng cụ hỗ trợ lập trình
Việc lập trình trên LabVIEW cần sử dụng các bảng: Tools Palette, Controls Palette, Functions Palette, các bảng đó cung cấp các chức năng để người sử dụng có thể tạo và thay đổi trên Front Panel và Block Diagram.
Hình 3.4 Thanh cơng cụ
Tools panel xuất hiện trên cả Front Panel và Diagram. Bảng này cho phép người sử dụng có thể xác lập các chế độ làm việc đặc biệt của con trở chuột. Khi lựa chọn một công cụ, biểu tượng của con trỏ sẽ được thay đổi theo biểu tượng của cơng 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 hoặc Block Diagram, LabVIEW sẽ tự động lựa chọn công cụ phù hợp trên bảng tools palate.
Để truy cập vào tools palette ta chọn Menu: View >> Tools Palette. Thanh
công cụ Tools Palette hiện ra gồm có:
Bảng điều khiển (Controls Palette):
Bảng điều khiển chỉ duy nhất xuất hiện trên Front Panel. Bảng điều khiển chứa các bộ điều khiển (Control) và các bộ hiển thị (Indicator). Bảng điều khiển được minh họa hình 3.5.
Bảng điều khiển được sử dụng để thiết kế cấu trúc hiển thị gồm các thiết bị: các công tắc, các loại đèn, các loại màn hình hiển thị… Với bảng điều khiển này, người sử dụng có thể chọn các thiết bị chuẩn do hãng cung cấp. Bảng điều khiển dùng để cung cấp dữ liệu đầu vào và hiển thị kết quả đầu ra.
Hình 3.5 Bảng điều khiển
Một số bộ điều khiển và hiển thị trên Controls Palette:
o Boolean Controls/Indicators
Bộ công cụ này cung cấp 2 giá trị True và False. Khi thực hiện chương trình người sử dụng dùng chuột để điều khiển giá trị của thiết bị. Việc thay đổi giá trị của các thiết bị đó được xác lập ở chế độ là các Control. Còn nếu ở chế độ là các Indicator thì giá trị khơng thay đổi vì chúng chỉ là các thiết bị hiển thị.
o String Controls/Indicators
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.
Hình 3.7 Bảng String
o Functions Palette
Bảng Functions Palette chỉ xuất hiện trên Block Diagram. Bảng này chứa các VI và các hàm mà người sử dụng dùng để xây dựng nên các khối lưu đồ. Bảng Function Palette được minh họa trong hình 3.8.
Với bảng Functions Palette, người lập trình thực hiện các lệnh như: tạo vịng lặp, lựa chọn các hàm tính tốn có sẵn trong bảng. Các hàm tốn 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 kì vị trí nào trên Block Diagram sau đó xác định những đầu vào và ra cần thiết.
Hình 3.8 Bảng Function
3.2 Tổng quan về thu thập dữ liệu (Data Acquisition- DAQ)[12] 3.2.1 Khái niệm 3.2.1 Khái niệm
Thu thập dữ liệu (data acquisition) là q trình chuyển các tín hiệu vật lý như áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, khối lượng,… từ thế giới thực thành tín hiệu điện như điện áp, dịng điện,… để đo lường và chuyển sang tín hiệu số cho q trình xử lý, phân tích và lưu trữ bằng máy tính.
Trong hầu hết các ứng dụng, bộ thu thập dữ liệu (Data Acquisition (DAQ) System) được thiết kế không những chỉ để thu thập dữ liệu mà còn cả chức năng điều khiển. Vì vậy khi nói hệ DAQ thường hàm ý cả chức năng điều khiển (Data Acquisition and Control).
3.2.2 Cấu trúc
Một hệ thống DAQ gồm các bộ cảm biến, các thiết bị phần cứng dùng để đo lường và một máy tính với phần mềm lập trình. So với các hệ thống đo lường truyền thống, hệ thống đo sử dụng bộ thu thập dữ liệu DAQ dựa trên khai thác sức mạnh xử
lý, năng suất, hiển thị và khả năng kết nối của máy tính tiêu chuẩn cơng nghiệp cung cấp giải pháp đo lường mạnh mẽ hơn, linh hoạt, và hiệu quả hơn.
Hình 3.9 Cấu trúc của một bộ thu thập dữ liệu DAQ
Cảm biến Thiết bị DAQ Máy tính
Mạch xử lý tín hiệu Bộ chuyển đổi ADC Driver Phần mềm ứng dụng
3.2.2.1 Cảm biến
Để đo lường một hiện tượng vật lý, chẳng hạn như nhiệt độ của phòng, cường độ của một nguồn sáng, hoặc lực tác dụng lên một đối tượng,… ta bắt đầu với một bộ cảm biến. Một cảm biến, hay cũng được gọi là một bộ chuyển đổi, dùng để chuyển đổi một hiện tượng vật lý thành một tín hiệu điện đo lường được. Tùy thuộc vào loại cảm biến mà tín hiệu ra của nó có thể là một điện áp, dịng điện, điện trở, hoặc một thuộc tính điện thay đổi theo thời gian nào đó. Một số cảm biến có thể đi kèm các thành phần bổ sung hay các mạch điện để tạo ra tín hiệu chính xác và an tồn cho thiết bị DAQ.
Bảng 3.1 Một vài cảm biến thông thường
Cảm biến Đại lượng đo
Thermocouple, RTD, Thermistor Nhiệt độ
Cảm biến quang Ánh sang
Strain Gage Lực, áp suất
Chiết áp, LVDT, Encoder Vị trí
Gia tốc kế Gia tốc
Điện cực pH Độ pH
3.2.2.2 Thiết bị thu thập dữ liệu DAQ
Là thiết bị kết nối giữa máy tính với các tín hiệu từ mơi trường bên ngồi. Nó chủ yếu có chức năng như một thiết bị số hóa tín hiệu analog đầu vào để cho máy tính có thể phân tích chúng. Ba thành phần chính của một thiết bị DAQ sử dụng để đo lường một tín hiệu là mạch xử lý tín hiệu, bộ chuyển đổi tín hiệu (ADC) và bus kết nối.
Mạch xữ lý tín hiệu: Tín hiệu từ cảm biến hoặc mơi trường bên ngồi có thể
bị nhiễu hoặc quá nguy hiểm để đo trực tiếp. Thơng qua mạch xữ lý, một tín hiệu được chuyển đổi thành dạng thích hợp để đưa vào một ADC. Mạch này có thể bao gồm khuếch đại, suy giảm, lọc, và cơ lập tín hiệu. Một số thiết bị DAQ cịn chứa bộ xử lý tín hiệu được thiết kế để đo cụ thể các loại cảm biến.
Bộ chuyển đổi tín hiệu ADC:tín hiệu analog từ các cảm biến phải được chuyển
đổi sang dạng digital trước khi chúng được xử lý bằng các thiết bị kỹ thuật số như máy tính. Trong thực tế, tín hiệu analog liên tục thay đổi theo thời gian và một ADC sẽ lấy một lượng mẫu nhất định của tín hiệu theo một tỷ lệ được xác định trước. Những mẫu này được chuyển giao cho một máy tính nhờ vào bus truyền.
Bus truyền: Thiết bị DAQ kết nối với một máy tính thơng qua một khe hoặc
cổng nhờ các bus. Các bus máy tính phục vụ như một giao thức truyền thơng giữa các thiết bị DAQ và máy. Các dạng bus máy tính phổ biến nhất bao gồm USB, PCI, PCI Express, và Ethernet. Gần đây hơn, các thiết bị DAQ cịn được tích hợp mạng wifi 802.11 cho truyền thơng khơng dây. Có rất nhiều loại bus truyền và từng loại có những ưu điểm khác nhau tùy vào loại ứng dụng.
Ngồi ra, thiết bị DAQ cịn chứa các chức năng khác như bộ chuyển tín hiệu DAC, xuất tín hiệu ngõ ra dạng analog hay digital, các bộ đếm counter và tạo ra các xung kỹ thuật số.
3.2.2.3 Vai trị của máy tính
Một máy tính với phần mềm lập trình điều khiển hoạt động của các thiết bị DAQ và được sử dụng để xử lý, mô phỏng và lưu trữ dữ liệu cần đo. Các loại máy tính được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau. Máy tính để bàn có thể được sử dụng trong phịng thí nghiệm với sức mạnh xử lý của nó, một máy tính xách tay có thể được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhờ tính di động của nó, hoặc một máy tính cơng nghiệp có thể được sử dụng trong một nhà máy sản xuất cho độ chắc chắn của nó.
3.3 Tìm hiểu card thu thập dữ liệu NI PCI-6225[13]
Một trong những thiết bị chính được sử dụng cho đề tài này là card thu thập dữ liệu PCI-6225. Card này là một thiết bị thu thập dữ liệu đa chức năng thuộc dịng sản phẩm loại M (M series) của cơng ty National Instrument (NI). Card được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực từ học tập, nghiên cứu khoa học, thí nghiệm, đến ứng dụng trong cơng nghiệp và đời sống. Card có độ phân giải 16 bit, tốc độ lấy mẫu lên đến 250 kS/s, gồm 80 cổng Analog Input (AI), 2 cổng Analog Output (AO), 24 cổng Digital Input/Output (DIO).
Card được lắp trực tiếp vào CPU của máy tính và nhận tín hiệu thơng qua bộ đầu nối.
Hình 3.10 Card PCI-6225
3.3.1 Thông số kỹ thuật
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật card PCI - 6225
Thơng số chung
Dịng sản phẩm DAQ đa chức năng
Kiểu đơn vị đo Kĩ thuật số, tần số, mã hóa cầu phương, điện áp.
Cổng kết nối PCI
Hệ điều hành hỗ trợ Linux, Mac OS, Real-Time, Windows
RoHS Compliant Có
Loại cách điện Khơng
Tín hiệu Analog vào
Số kênh đơn 80
Số kênh vi phân 40
Độ phân giải tín hiệu analog 16 bit
Điện áp tối đa
Phạm vi -10 V – 10 V
Độ chính xác 3100 µV
Độ nhạy 97.6 µV
Điện áp tối thiểu
Phạm vi -200 mV – 200 mV
Độ chính xác 112 µV
Độ nhạy 5.2 µV
Số vùng dữ liệu 4
Lấy mẫu đồng thời Không
Bộ nhớ trong 4095 mẫu
Tín hiệu analog ra
Số kênh 2
Độ phân giải 16 bit
Điện áp tối đa
Độ chính xác 3230 µV
Điện áp tối thiểu
Phạm vi -10 V – 10 V
Độ chính xác 3230 µV
Tốc độ cập nhật 833 kS/s
Dòng truyền động đơn 5 mA
Tín hiệu kĩ thuật sốVào/Ra
Kênh 2 chiều 24
Số kênh chỉ vào 0
Số kênh chỉ ra 0
Định thời Phần cứng, phần mềm
Số dòng xung 8
Tốc độ xung tối đa 1MHz
Mức logic TTL
Bộ lọc đầu vào lập trình được Có Có khả năng lập trình trạng thái cung cấp năng lượng
Có
Tín hiệu kĩ thuật số vào
Kiểu vào Sinking, Sourcing
Điện áp tối đa 0V – 5V
Tín hiệu kĩ thuật số ra
Kiểu ra Sinking, Sourcing
Dòng đơn 24 mA
Dòng tổng 448 mA
Điện áp tối đa 0V – 5V
Bộ đếm/định giờ
Định giờ quan sát Không
Số bộ đếm 2
Số kênh DMA 2
Hãm/loại bỏ trục trặc phần cứng Có
Tần số nguồn tối đa 80MHz
Tạo xung Có
Kích thước 32 bit
Tính ổn định của bộ quét 50ppm
Mức logic TTL
Định giờ/Kích hoạt/Đồng bộ hóa
Kích hoạt Tín hiệu kĩ thuật số
Đồng bộ hóa Bus(RTSI) Có
Thơng số kỹ thuật vật lý
Dài 15.5 cm
Rộng 9.7 cm
Cổng kết nối Vào/Ra 68-pin VHDCI female
3.3.2 Sơ đồ chân
Chương 4: PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 4.1 Yêu cầu thiết kế 4.1 Yêu cầu thiết kế
Đối với thiết bị đo lực cắt phải đảm bảo các yêu cầu sau:
o Thiết bị phải đảm bảo được gá đặt chắc chắn trên ổ dao.
o Sử dụng cảm biến đo lực để xác định được lực cắt chính tác dụng lên
dụng cụ cắt trong q trình gia cơng chi tiết.
o Thiết bị phải đo được tải trọng thay đổitối đa 200 (kg) và sai sốtối đa là
± 0,5 (kg).
o Thiết bị đo hoạt động tốt ở nhiều cấp tốc độ khác nhau.
o Kết nối thiết bị với bộ thu thập dữ liệu và xuất ra số liệu thực nghiệm
với độ trễ dưới 1s.
Đối với thiết bị đo vận tốc cắt:
o Thiết bị phải được lắp đặt vững chắc lên thân máy, tránh rung lắc. o Thiết bị phải có khả năng nhận được vận tốc trực tiếp hay qua các bộ
truyền từ trục chính.
o Thiết bị phải có độ phân giải trên 1000 xung/vịng. o Thiết bị có thể xác định được chiều quay của trục chính.
o Kết nối thiết bị với bộ thu thập dữ liệu và xuất số liệu ra màng hình vi