CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH LABVIEW 1.1: Tổng quan về LABVIEW 1. LabVIEW là gì? LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) là ngôn ngữ lập trình đồ họa sử dụng các biểu tượng (Icon) thay cho những dòng lệnh để tạo ứng dụng. Vai trò của LabVIEW - Kiểm tra, đo kiểm và phân tích tín hiệu trong kỹ thuật (đo nhiệt độ, phân tích nhiệt độ trong ngày) - Thu thập dữ liệu (Data Acquisition ), (thu thập các giá trị áp suất, cường độ, dòng điện,…) - Điều khiển các thiết bị ( điều khiển động cơ DC, điều khiển nhiệt độ trong lò …) - Phân loại sản phẩm (dùng chương trình xử lý ảnh để phân biệt sản phẩm bị lỗi, phế phẩm) - Báo cáo trong công nghiệp (thu thập, phân tích dữ liệu và báo cáo cho người quản lý ở rất xa thông qua giao thức truyền TCP/IP trong môi trường mạng Ethernet) - Giao tiếp máy tính và truyền dẫn dữ liệu qua các cổng giao tiếp ( hỗ trợ hầu hết các chuẩn giao tiếp như USB, PCI, COM, RS-232, RS-485) 11 Hình 1.1 Phạm vi ứng dụng của LabVIEW 1. Các chức năng chính của LabVIEW - 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 như: RS232, RS485, USB, PCI, TCP/IP, Enthernet.
- 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 lần so với các ngôn ngữ như VB, Matlab, Visual C… - Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ truyền thống như C, C++… - Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, Logic mờ (Fuzzy). Phần mềm nhúng vào LabVIEW - Wolfram Research Mathematica. - The MathWorks MATLAB and Simulink.
- Electronic Workbench MultiSim. - Texas Instruments Code Composer Studio. - Ansoft RF circuit design software - Microsoft Access. 12 - Microsoft SQL Server.
Các giao thức kết nối - Ethernet - CAN - DeviceNet - USB - IEEE 1394 - RS-232 - GPIB - RS-485 Hình 1.2 Các giao thức kết nối của LabVIEW 1. Các Module và bộ công cụ LabVIEW 1. Các module LabVIEW Để tăng cường sức mạnh và mở rộng khả năng của bộ phần mềm phát triển LabVIEW, NI cung cấp thêm các module hỗ trợ đến nhiều loại phần cứng nhúng khác nhau: 13 - Module thời gian thực (LabVIEW Real-Time Module). - Module điều khiển giám sát và ghi dữ liệu (LabVIEW Datalogging and Supervisory Control Module).
- Module biểu đồ trạng thái (LabVIEW Statechart Module). - Module mô phỏng và thiết kế bộ điều khiển (LabVIEW Control Design and Simulation Module). - Module phát triển thị giác (NI Visioni Development Module). - Module cho màn hình cảm ứng và PDA (LabVIEW PDA and LabVIEW Touch Panel Module).
- LabVIEW DSP Module ( xử lý tín hiệu số ) 1. Các bộ công cụ LabVIEW NI cũng thêm vào LabVIEW các bộ công cụ để đem lại các tiện ích khác nhau như: tạo báo cáo, phân tích nâng cao, thông tin liên lạc cơ sở dữ liệu, phân tích âm thanh và rung động. - Bộ công cụ kết nối cơ sở dữ liệu (LabVIEW Database Connectivity Toolkit). - Bộ công cụ xử lý tín hiệu nâng cao (LabVIEW Advanced Signal Processing Toolkit).
- Bộ đo lường âm thanh và rung động (LabVIEW Sound and Vibration Measurement Suite). - Bộ công cụ nhận dạng hệ thống (LabVIEW System Identification Toolkit). - Bộ công cụ tương tác mô phỏng (LabVIEW Simulation Interface Toolkit). - Bộ công cụ theo dõi thực thi thời gian thực (LabVIEW Real-Time Execution Trace Toolkit).
- Bộ công cụ kết nối Internet (LabVIEW Internet Toolkit). - Bộ công cụ điều biến (LabVIEW Modulation Toolkit). - Bộ công cụ điều khiển PID (LabVIEW PID Control Toolkit). 14 - Bộ công cụ thiết kế bộ lọc số (LabVIEW Digital Filter Design Toolkit).
LabVIEW làm việc như thế nào? LabVIEW được biết đến như là một ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như ngôn ngữ C, Pascal… Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trường soạn thảo có sẵn hàng ngàn thư viện, hàm và cấu trúc lập trình, LabVIEW đã được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của Graphical).Những chương trình LabVIEW được gọi là những thiết bị ảo (Virtual Instruments – VIs), bởi vì hình dạng và cách hoạt động giống với những thiết bị vật lý, chẳng hạn như máy nghiệm dao động, máy hiện sóng… Trong LabVIEW, bạn xây dựng giao diện người dùng bằng cách sử dụng một bộ các công cụ và đối tượng, và cửa sổ Front panel được xem như là giao diện người dùng. Còn cửa sổ Block diagram chứa các hàm thao tác là các biểu tượng đồ họa, nơi mà dòng dữ liệu thực thi. Các thành phần của LabVIEW LabVIEW bao gồm các thư viện của các hàm chức năng và các công cụ phát triển được thiết kế đặc biệt dành cho thiết bị điều khiển. Các chương trình LabVIEW được gọi là những dụng cụ ảo bởi vì sự xuất hiện và hoạt động của chúng mô phỏng các dụng cụ thực tế.
Các VI có cả 2 tương tác đó là: một tương tác giao diện người dùng và một mã nguồn tương đương, và truy nhập các tham số từ các VI tầng cao. LabVIEW gồm có 3 thành phần chính đó là: bảng giao diện ( The Front Panel), sơ đồ khối (The Block Diagram) và biểu tượng & đầu nối (The Icon - Connect). Bảng giao diện (The Front panel) Front Panel là giao diện mà người sử dụng hệ thống nhìn thấy. Các VI bao gồm một giao diện người dùng có tính tương tác mà được gọi là bảng giao diện, vì nó mô phỏng mặt trước của một dụng cụ vật lý.
Bảng giao diện có thể bao gồm các núm, các nút đẩy, các đồ thị và các dụng cụ chỉ thị và điều khiển khác. 15 Bạn nhập vào dữ liệu sử dụng bàn phím và chuột rồi sau đó quan sát các kết quả trên màn hình máy tính. Vào Start>>All Programs>> National Instruments LabVIEW một cửa sổ LabVIEW xuất hiện. Bạn tiếp tục chọn Evaluate và cửa sổ Getting Started sẽ xuất hiện ngay sau đó.
Bạn chọn Blank VI để hiển thị bảng giao diện hoặc bạn có thể chọn New và sau đó hộp thoại New xuất hiện và trong hộp thoại đó mặc định con trở ở danh mục Blank VI. Để hiển thị bảng giao diện bạn chỉ cần kích vào nút OK ở phía góc phải dưới. Cả hai cách trên đều để mở bảng giao diện mới để bạn có thể xây dựng một VI mới hoàn toàn. Ngoài ra bạn có thể mở một bảng giao diện có sẵn trong LabVIEW bằng cách trong hộp thoại New, từ mục Create New, lựa chọn VI>>From template>>Tutorial (Getting Started)>>Generate and Display.
Và sau đó 9 kích nút OK để hiển thị bảng giao diện. Bảng giao diện sẽ xuất hiện như hình1.3 Ta cũng có thể mở bảng giao diện của một VI có sẵn trong thư viện LabVIEW bằng cách trong hộp thoại bảng giao diện vào File>>Open sau đó kích đúp vào các ví dụ có sẵn. Trong khi VI đang tải, một hộp thoại xuất hiện, cái mà mô tả tên của VI hiện thời đang tải, tên của điều khiển cứng mà VI được định vị trên đó, các thư mục và các đường dẫn đang được tìm kiếm, và số lượng VI trong quá trình tải. Hộp thoại xuất hiện như hình 1.4 bên dưới: 16 Hình 1.4 Mô tả tên của VI hiện thời đang tải Trong bảng giao diện bao gồm một thanh công cụ của các nút lệnh và các dụng cụ chỉ báo trạng thái mà bạn sử dụng cho quá trình chạy và xử lý các VI.
Nó cũng bao gồm những tuỳ chọn phông và các tuỳ chọn phân phối và sắp thành hàng cho việc soạn thảo các VI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hình 1.5 Thanh công cụ giao diện Trong đó: 1. Nút chạy chương trình (thanh không sáng – bị vỡ: lỗi, phải sửa lại chương trình) 2. Nút dừng cưỡng ép chương trình 4. Gióng đều đối tượng theo hàng dọc và ngang 7.
Phân bố các đối tượng 8. Thay đổi kích thước các đối tượng 9. Lệnh bổ sung 17 10. Cửa sổ trợ giúp Các lưu ý trong hoạt động VI 1.
Trong bảng giao diện, chạy VI bằng cách kích vào nút chạy trên thanh công cụ Nút chạy thay đổi để chỉ báo rằng VI đang chạy 2. Sử dụng công cụ Operating để thay đổi các giá trị giới hạn cao và thấp. Đầu tiên chiếu sáng giá trị cũ, sau đó bằng việc tiếp tục nhấn đúp giá trị bạn muốn thay đổi, hoặc kích và kéo ngang qua giá trị với công cụ Labeling. Khi nào giá trị ban đầu được chiếu sáng, nhập một giá trị mới và nhấn <Enter>.
Bạn cũng có thể kích trên nút nhập vào trong thanh công cụ, hoặc kích chuột trong một vùng mở của cửa sổ để nhập vào giá trị mới. Thay đổi điều khiển trượt Update Period, bằng cách đặt công cụ Operating trên thanh trượt và kéo của nó tới một vị trí mới. Thực hành điều chỉnh những điều khiển khác. Dừng VI bằng cách kích vào công tắc chuyển đổi thu nhận.
VI không thể dừng ngay lập tức bởi vì VI còn phải đợi cho phương trình hay sự phân tích cuối cùng đặt tới hoàn thành thao tác. Lưu ý: Ta nên đợi cho một VI thực thi hoàn toàn hoặc nên thiết kế một cách thức để dừng nó, chẳng hạn như đặt một công tắc trên giao diện. Mặc dù VI dừng nếu ta kích vào nút dừng trên thanh công cụ, đây không phải là cách tốt nhất để dừng các VI lại bởi vì nút dừng dừng chương trình ngay lập tức. Điều này có thể làm gián đoạn các hàm chức năng I/O, và vì thế nó có thể dẫn đến tình trạng không mong muốn.
Sơ đồ khối (The Block Diagram) Sơ đồ khối chứa đựng mã nguồn đồ thị, thường biết như là mã G hoặc mã sơ đồ khối, cho đến VI chạy như thế nào. Mã sơ đồ khối sử dụng đồ thị biểu diễn các chức năng để điều khiển các đối tượng trên giao diện. Các đối tượng trên giao diện xuất hiện như biểu tượng các thiết bị trên sơ đồ khối. Kết nối điều khiển và các đầu 18 của dụng cụ chỉ thị tới Express VIs, VIs, và các chức năng.
Dữ liệu chuyển thông qua dây dẫn từ các điều khiển đến các VI và các hàm chức năng, từ các VI và các hàm chức năng đến các VI và các hàm chức năng khác, và từ các VI và các hàm chức năng đến các dụng cụ chỉ thị.