Chương 1: Tổng quan Chương 2: Phần mềm lập trình labview. Chương 3: Cơ sở lý thuyết và các khối liên quan. Chương 4: Thiết kế hệ thống và mô hình. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.
Chương 6: Kế t quả và nhâ ̣n xét. 3 do an CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH LABVIEW 2.1 Phần mềm lập trình Labview[2] 2.1 Giới thiệu Hình 2. 1: Labview khi khởi động LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi National Instruments. LabVIEW dùng trong hầu hết các phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y sinh ở các nước đặc biệt là Mỹ, Hàn quốc, Nhật Bản.
Ngôn ngữ lưu đồ đồ họa của LabVIEW hấp dẫn các kỹ sư và nhà khoa học trên toàn thế giới như một phương pháp trực giác hơn trong việc tự động hóa các hệ thống đo lường và điều khiển. Ngôn ngữ lưu đồ kết hợp với I/O gắn liền và điều khiển giao diện người sử dụng tương tác cùng đèn chỉ báo làm cho LabVIEW trở thành một sự lựa chọn lý tưởng cho kĩ sư và nhà khoa học. 4 do an 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, LabVIEW đã được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của Graphical).
Hiện tại ngoài phiên bản LabVIEW cho các hệ điều hành Window, Linux, hãng NI đã phát triển các modul LabVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân (PDA).2 Ứng dụng của Labview Như đã nêu ở trên Labview được sử dụng trong các lĩnh vực đo lường, tự động hóa, cơ điện tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, vật liệu ô tô như: Labview giúp người lập trình kết nối bất kỳ cảm biến, và bất kỳ cơ cấu chấp hành nào với máy tính. Labview có thể được sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu như tín hiệu tương tự (analog), tín hiệu số (digital), hình ảnh (vision), âm thanh (audio)… Labview hỗ trợ các giao tiếp khác nhau RS232, RS485, TCP/IP, PCI, PXI,… Labview đã trở nên phổ biến ở các phòng thí nghiệm ở Nhật, Hàn, Mỹ, Anh, Đức,… ở Việt Nam, Labview đang dần tiếp cận với sinh viên, kỹ sư. Có thể kể tên một số đề tài đã được thực hiện như: Ứng dụng đo lường: thu thập dữ liệu các thông tin cần thiết của tàu vũ trụ cỡ nhỏ tại cơ quan hàng không và vũ trụ NASA, Hoa Kỳ. Ứng dụng mô phỏng 3D: mô phỏng cánh tay robot đơn giản do Thạc sĩ Đỗ Trung Hiếu thực hiện.
Ứng dụng điều khiển phương tiện không người lái: mô tả ứng dụng Labview điều khiển robot không người lái nhằm dò tìm và khám phá dưới nước của tập đoàn Nexans. Ứng dụng thu thập hình ảnh và mô phỏng động lực học: mô phỏng hệ thống lái không trục lái trong ô tô. Đồng thời hình ảnh từ webcam được thu thập và đưa lên giao diện người dùng. 5 do an Trong đề tài này, người thực hiện sử dụng Labview để thu thập thông tin từ cảm biến, sau đó xử lý và truyền tín hiệu lại kit myRio để thực hiện các yêu cầu của đề tài.3 Cách sử dụng phần mềm Labview Sau khi cài đặt xong phần mềm Labview, để khởi chạy, ta click vào biểu tượng của phần mềm (hình 2.2: Icon labview 2014 Để tạo project mới, chọn File -> New Vi (hoặc nhấn phím tắt Ctrl + N) Hình 2.3: Cửa sổ giao diện Labview khi mới khởi động Lúc này xuất hiện hai cửa sổ, màu xám (Front Panel) và màu trắng (Block diagram) như hình 2.
Nhấn Ctrl+T để canh đều hai cửa sổ Front panel và Block diagram. 6 do an Hình 2.4: Front Panel và Block Diagram Front Panel là nơi để thiết kế giao diện cho toàn bộ hệ thống, là một cửa sổ giao diện người dùng có thể tương tác, quan sát kết quả hiển thị từ các thiết bị ảo… Còn Block Diagram có thể coi như là một sơ đồ khối gồm các thiết bị đầu cuối, subVis, nút, hàm chức năng, các hằng số, cấu trúc, dây kết nối, trong đó dữ liệu được truyền giữa các đối tượng khác nhau trong sơ đồ khối Trong Labview, các nút nhấn được gọi là các Control, đóng vai trò input (hay giá trị nhập vào), có thể đó là các tay nắm, nút ấn, thanh trượt, boolean, chuỗi… nó là công cụ mô phỏng thiết bị đầu vào và cung cấp dữ liệu cho sơ đồ khối của VI. Các LCD hiển thị được gọi là các Indicator, đóng vai trò output (giá trị hiển thị ra kết quả), đó có thể là các đồ thị, biểu đồ, đèn LED, chuỗi trạng thái. Để gọi các control và indicator ta click chuột phải trên cửa sổ Front Panel.
Các control thì luôn kết nối vào các nút bên trái của hàm, có các mũi tên lên xuống để tăng giảm giá trị và control thì có màu trằng. Còn các indicator thì luôn kết nối vào các nút bên phải của hàm, không thể nhập giá trị vào và có màu xám.5: Control và Indicator trên Front Panel 7 do an Tương tự, để gọi hàm (Function), ta click chuột phải trên cửa sổ Block Diagram, hay còn gọi là cửa sổ chứa các sơ đồ khối, ta dùng các đường dây nối để tạo mối liên kết giữa các khối và hàm lại.6: Các hàm trên Block Diagram Từ đây, người lập trình sẽ gọi các control, indicator và các hàm để lập trình theo từng yêu cầu, từng mục đích của người thực hiện. Sau khi lập trình xong, để chạy chương trình, ta click vào Operate -> Run (hoặc nhấn phím tắt Ctrl + R) hoặc click vào biểu tượng như hình 2.7: Click Run để chạy chương trình Trong Labview, để lưu file ta chọn File -> Save. Chọn đường dẫn vị trí để lưu file và đặt tên cho file cần lưu rồi nhấn OK.
Đối với file chương trình Labview thì đuôi của nó là. 8 do an Hình 2.8: Lưu file Để tạo lưu file hiện tại đang mở thành một file mới ta chọn Save as, hộp thoại như hình 2. Ý nghĩa của ba lựa chọn trong mục copy là: Substitude… có nghĩa là file mới tạo sẽ được mở, file cũ sẽ đóng lại. Create… có nghĩa là file cũ sẽ được mở, file mới tạo sẽ được đóng lại.
Open… có nghĩa là cả hai file cũ và mới tạo sẽ được mở. Nếu chọn mục Rename thì không có file mới nào được tạo nhưng có thể thay đổi tên file hiện tại.9: Các lựa chọn khi lưu file bằng Save As Để mở File, chọn File -> Open và chọn file cần mở. Lưu ý là các file được lập trình bởi Labview phiên bản quá cũ sẽ không mở được bằng phần mềm Labview phiên bản cao, và cũng không thể mở các file được lưu bằng Labview có phiên bản cao hơn bằng Labview có phiên bản thấp hơn. Để khắc phục điều này, sử dụng chức năng Save for previous version (trong File) khi muốn file có thể mở bằng các phiên bản Labview thấp hơn.
9 do an Để sử dụng Labview hiệu quả, rút ngắn thời gian, giảm bớt các công đoạn vào thư viện lấy control, indicator… thì cần phải nhớ các quy tắc: Quy tắc 1: Right Click -> Create/Replace/Change to để lấy các khối, tạo khối, thay thế khối và đổi chức năng khối. Quy tắc này giúp việc lập trình được nhanh hơn, hạn chế số lần click chuột để tìm các khối cần thiết trong lập trình. Quy tắc 2: Ctrl + H để xem sơ đồ chân của hàm và đọc hướng dẫn tóm tắt của một hàm bất kỳ (context help). Quy tắc 3: Search để tìm kiếm các đối tượng, các hàm.4 Giao tiếp giữa kit NI myRio với phần mềm Labview trên PC.
Để cấu hình mạng cho NI myRio, sau khi kết nối kit myRio với PC bằng cáp USB, ta tìm và click vào biểu tượng NI MAX trên PC để cấu hình địa chỉ cho kit, ta được giao diện như 2.10: Giao diện cửa sổ NI MAX Trong mục Remote, ta chọn kit NI myRio đang kết nối, trong cửa sổ bên phải, ta tìm đến mục SSID và Network Security để thiết lập và đặt mật khẩu cho kit myRio phát wifi (theo các bước như hình 2.10) hoặc sử dụng địa chỉ mặc định 172.2 nếu sử dụng kit myRio kết nối với PC bằng cáp USB. 10 do an Hình 2.11: Các bước thiết lập IP cho kit NI myRio Trên phần mềm Labview, để kết nối với kit myRio, ta cần gán địa chỉ của kit myRio để phần mềm Labview kết nối đến kit. Click chuột phải vào kit đang kết nối đến PC trong cửa sổ project. Chọn properties, nhập vào địa chỉ của kit vào ô địa chỉ như hình 2.11 và nhấn OK, như vậy kit myRio đã kết nối thành công với phần mềm Labview trên PC.12: Gán địa chỉ kit myRio trên phần mềm Labview 11 do an 2.2 Phần mềm tạo giao diện trên máy tính bảng NI Data Dashboard là một phần mềm được NI thiết kế sẵn dành cho cả 3 hệ điều hành cho thiết bị cầm tay lớn trên thị trường là Android, iOS và WindowPhone.
Với tính năng chia sẻ biến (Shared Variables) trên Labview, phần mềm NI Data Dashboard có thể biến thành một màn hình hiển thị trạng thái các dữ liệu thu được, hoặc khi thêm các nút nhấn, thanh trượt ta có thể điều khiển các biến chia sẻ đó theo mục đích.13: Giao diện ứng dụng NI Data Dashboard 12 do an CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC KHỐI LIÊN QUAN 3.1 Kit Ni myRio 1900 [3] 3.1 Giới thiệu Hình 3. 1: Kit Nation Instruments myRio 1900 Nation Instruments myRio 1900 (NI myRio) sử dụng các công nghệ mới nhất từ Zynq Xilinx FPGA tích hợp hệ thống trên một chip với một bộ xử lý chạy một hệ điều hành thời gian thực. Công nghệ mạnh mẽ này kết hợp với một gia tốc onboard, đèn lED có thể lập trình, âm thanh I/O, analog và kỹ thuật số I/O, và cổng USB giúp hàng ngàn ý tưởng dự án đi vào cuộc sống.2 Thông số kỹ thuật NI myRIO sử dụng chip Xilinx Zynq – 7010 với một bộ vi xử lý dual-core Cortex-A9 ARM ®™ và một FPGA với 28.000 tế bào lập trình logic, 34 chân IO, trong đó có 4 chân vào, 1 chân ra tín hiệu tương tự, 10 chân vào tín hiệu số, các chân cấp nguồn 5V, 3,3V, chân GND, và các chân PWM, UART, I2C. NI myRIO cũng bao gồm WiFi onboard, một cảm biến gia tốc ba trục, và một số đèn LED, nút nhấn.