2.2. Thiết kế thiết bị đo
2.3.4. Thiết kế phần mềm hiển thị trên máy tính
Để hiển thị được kế quả đo áp suất, ta phải thiết kế bộ hiện thị trên trên thiết bị đo. Trên thực tế ta có một số bộ hiển thị sau đây:
- LCD text
Hiển thị được nhiều thông số nhưng không quan sát được diễn biến của áp suất trong bầu phanh. Tuy vậy với các phép thử ngắn (Áp suất cực đại, thời gian chậm tác dụng…), không cần thiết quan sát diễn biến áp suất thì text LCD lại có công năng rất lớn (nhỏ, gọn, kết nối dễ dàng, thuật toán điều khiển ngắn gọn, màn hình cho phép quan sát một cách trực quan)
- PC-software
Cồng kềnh, yêu cầu thuật toán điều khiển phức tạp. Nhưng phương pháp này dễ dàng lưu lại dữ liệu thử nghiệm, xử lý thông tin tiện lợi. Phù hợp biểu diễn diễn biến áp suất trực quan. LabVIEW là một công cụ phần mềm hàng đầu công nghiệp trong việc phát triển giao diện đồ họa trong các hệ thống thiết kế, điều khiển và kiểm tra.
2.3.4.1. Phần mềm Labview
Labview (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National Instruments, là một phần mềm (bản chất là một môi trường để lập trình cho ngôn ngôn ngữ lập trình đồ họa) sử dụng rất rộng rãi trong khoa học, kỹ thuật, giáo dục nhằm nhanh chóng và dễ dàng tạo ra các ứng dụng giao tiếp máy tính, đo lường, mô phỏng hệ thống, kết nối thiết bị ngoại vi với máy tính theo thời gian thực. Lập trình đồ họa hoàn toàn giống như các ngôn ngữ khác, điểm khác biệt ở đây là giao diện, cách thức tạo ra chương trình không còn là những dòng lệnh như trong Pascal, C mà là những biểu tượng (icon), và dây nối (wire).
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.
- Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Lô gíc mờ (Fuzzy Logic), một cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trong Labview.
- Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ lập trình truyền thống như C, C++, Matlab, VB ...
a) Thiết bị ảo (VI- Vitual Instrument):
Lập trình Labview trên cơ sở các thiết bị ảo. Các đối tượng trong các thiết bị ảo được sử dụng để mô phỏng các thiết bị thực, nhưng chúng được thêm vào bởi phần mềm. Các VI (thiết bị ảo) tương tự như các hàm trong các ngôn ngữ lập trình khác.
b) Front Panel:
Một chương trình chung trong Labview gồm 3 phần chính: một là giao diện với người sử dụng (Front Panel), hai là giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn (Block Diagram) và biểu tượng kết nối (Icon/Connector). Front Panel là một panel tương tự như panel của thiết bị thực tế ví dụ các nút bấm, nút bật, các đồ thị và các bộ điều khiển. Từ Front Panel người dùng chạy và quan sát kết quả có thể dùng chuột, bàn phím để đưa dữ liệu vào sau đó cho chương trình chạy và quan sát.
Front Panel thường gồm các bộ điều khiển (Control) và các bộ chỉ thị (Indicator):
- Control là các đối tượng được đặt trên Front Panel để cung cấp dữ liệu cho chương trình. Nó tương tự như đầu vào cung cấp dữ liệu.
- Indicator là đối tượng được đặt trên Front Panel dùng để hiện thị kết quả, nó tương tự như bộ phận đầu ra của chương trình.
Front Panel của một VI được minh hoạ như hình 2.19.
c) Block Diagram
Block Diagram của một VI là một sơ đồ được xây dựng trên môi trường Labview, nó có thể gồm nhiều đối tượng và các hàm khác nhau để tạo các câu lệnh cho chương trình thực hiện, Block Diagram là một mã nguồn đồ họa của một VI.
Hình 2.19. Giao diện của Front Panel
Các đối tượng trên Front Panel được thể hiện bằng các thiết bị đầu cuối trên Block Diagram, không thể loại bỏ các thiết bị đầu cuối trên Block Diargram. Các thiết bị đầu cuối chỉ mất đi sau khi loại bỏ đối tượng tương ứng trên Front panel.
Block Diagram của một VI đơn giản được thể hiện ở hình :
Cấu trúc của một Block Diagram gồm các thiết bị đầu cuối (Terminal), nút (Node) và các dây nối (wire).
- Terminal: là các cổng mà dữ liệu truyền qua giữa Block Diagram và Front panel, và giữa các Node trong Block Diagram. Các Terminal nằm ở dưới dạng các Icon của các Function.
- Node: là các phần tử thực hiện chương trình, chúng tương tự như các mệnh đề, toán tử, hàm và các chương trình con trong các ngôn ngữ lập trình thông thường.
- Wires: là các dây nối dữ liệu giữa các node.
Hình 2.20. Giao diện của Block Diagram
2.3.4.2. Các công cụ hỗ trợ lập trình trên Labview
Các công cụ sử dụng trong quá trình lập trình gồm các bảng: Tools Palette, Controls Panelette, 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.
+ Tool Panel: Tool panel xuất hiện trên cả Front Panel và Block Diagram.
Công cụ này cho phép người dùng 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 dùng 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 Palette.
+ Controls Palette (bảng điều khiển): Công cụ này chỉ có trên Front panel.
Bảng điều khiển chưa các bộ điều khiển (control) và các bộ hiển thị (Indicator).
Công cụ này để sử dụng để thiết kế cấu trúc mặt hiển thị gồm các thiết bị như: công tắc, các loại đèn, các loại màn hình hiển thị... Với công cụ này ta có thể chọn các bộ thiết bị chuẩn trong thư viện hoặc do tự người dùng xây dựng.
+ Function Palette: Công cụ này chỉ có trên Block Diagram. Bảng này chứa các hàm mà người ta xây dựng để xây dựng nên các lưu đồ. Với công cụ này ta có thể xây dựng các hàm như phép lặp, phép lựa chọn thông qua các nhóm hàm, chức năng đã được cung cấp, các hàm toán học,... Với thao tác kéo thả dễ dàng, thuận tiện trong lập trình, ta chỉ cần xác định những đầu vào và đầu ra cần thiết.
Dựa vào các module và công cụ trên labview ta xây dựng giao diện phần mềm sử dụng giao tiếp với người dùng đơn giản và dễ sử dụng.
Với quy trình thiết kế phần mềm như trên, tác giả đã xây dựng ra module xử lý dữ liệu và hiển thị lên đồ thị như hình 2.23.
Như vậy, trong luận văn này đã thiết kế, chế tạo được thiết bị đo ghi áp suất khí nén gồm các module chính:
- Phần cứng: mạch biến đổi áp suất sử dụng vi điều khiển để tính toán và truyền nhận dữ liệu với máy tính PC.
Hình 2.21. Phần cứng của thiết bị
- Phần mềm: Phần mềm hiển thị sự thay đổi áp suất của hệ thống phanh khí nén, được thiết kế bởi phần mềm labview, được đóng gói thành file .exe, thuận tiện hơn trong sử dụng.
* Điều lưu ý trong phần mềm: Áp suất trong bầu phanh là trong bình khí là thay đổi liên tục, do đó thông số thời gian lấy mẫu xử lý là rất quan trọng. Thời gian này càng nhỏ thì giá trị hiển thị và giá trị thực tế càng gần nhau.
Với tốc độ xử lý của Atmega8 và tốc độ chuyển đổi của ADC được sử dụng thiết kế trên bo mạch thì thời gian lấy mẫu của thiết bị là 1/140 giây (0.007 giây).
Tức là, cứ sau 0.007 giây thì VXL sẽ gửi một tín hiệu mã hóa giá trị áp suất để xử lý và hiển thị.
Hình 2.22. Sơ đồ Block Diagram của phần mềm
Giao diện với người sử dụng được thiết kế đơn giản, và dễ sử dụng, gồm các tính năng sau:
- Vùng 1: Đường dẫn tới vị trí lưu giữ số liệu dạng file text.
- Vùng 2: Các nút chức năng khởi động (Start) và tạm dừng (Stop) quá trình thu nhận dữ liệu.
- Vùng 3: Giá trị áp suất tại bình chứa và tại bầu phanh.
- Vùng 4: Các giá trị áp suất tại bình chứa khí nén và áp suất tại bầu phanh sau được hiển thị.
- Vùng 5: Công cụ lựa chọn giá trị hiển thị theo các trục x và y. Cùng các công cụ để thao tác với đồ thị.
- Vùng hiển thị giá trị áp suất: Đồ thị áp suất khí nén được vẽ trong vùng này.
Đồ thị có thanh trượt di chuyển mở rộng khả năng quan sát đồ thị cho người dùng.
Hình 2.23. Hình ảnh giao diện với người sử dụng Áp suất
bầu phanh
1
2
3
Áp suất
bình chứa
4 5
Vùng hiển thịđồ thị áp suất đo