Đề tài Nghiên cứu và thực hành với phần mềm labview tại trung tâm nghiên cứu mica

Nghiên cứu và thực hành với phần mềm LabView tại Trung Tâm nghiên cứu MICA Phần I trung tâm nghiên cứu mica Lời nói đầu. Sự phát triển của kỹ thuật xử lý thông tin giữ vai trò then chốt đối với sụ phát triển kinh tế, xã hội của mỗi quốc gia, đặc biệt đối với các nước đang phát triển. Chính vì vậy, tháng 8 năm 2000 Chính phủ Việt Nam đã quyết định ưu tiên phát triển, trong công nghiệp cũng như trong đào tạo, các lĩnh vực công nghệ thông tin và công nghệ phần mềm. Việc thành lập Trung tâm nghiên cứu Quốc Tế MICA hoàn toàn phù hợp với định hướng ưu tiên mà Việt Nam đã xác định. Trung tâm MICA được thành lập, một mặt nhằm đáp ứng các vấn đề liên quan đến sự phát triển của công nghệ thông tin và tin học công nghiệp hiện nay, mặt khác nhằm góp phần vào sự phát triển của Việt Nam trong lĩnh vực công nghệ cũng như trong đào tạo trình độ cao nói chung. 2. Hoạt động của trung tâm Trong nhiều ứng dụng của tin học, hiện nay các hệ thống thông tin không chỉ còn đơn giản là các hệ thống thực hiện và kiểm tra mà là các hệ thống sáng tạo hoặc trợ giúp. Sự phát triển này kéo theo sự thâm nhập của tin học vào hầu hết các lĩnh vực công nghiệp và dân dụng. Chất lượng của một công cụ tin học từ nay được đáng giá bởi tính hiệu quả, độ tin cậy cũng như tính năng sử dụng của nó, hay nói một cách khác, khả năng của nó trong việc đảm bảo tương tác giữa người và máy cũng như một số tiêu chí khác như huấn luyện sử dụng dễ dàng, an toàn thông tin. Hoạt động khoa học của Trung tâm MICA tập trung vào các công nghệ mới của Thông tin va Truyền thông: xử lý tiếng nói và hình ảnh, khai thác Internet, đa phương tiện, thực tế tăng cường, giao diện người-máy và các đối tượng truyền thông. Với tư cách là một cơ sở nghiên cứu, Trung tâm MICA đặt ra 4 mục tiêu lớn trong lĩnh vực kỹ thuật nói trên: . Phát triển các nghiên cứu cơ bản chất lượng ở trình độ cao. . Kiểm định các kết quả nghiên cứu cơ bản thông qua việc triển khai các phần cứng, phần mềm ứng dụng. . Chuyển giao kiến thức và kỹ năng chuyên môn cho sinh viên, hoc viên cao hoc, nghiên cứu sinh, các cán bộ giảng dạy của các trường đại học và đặc biệt cho các nhà công nghiệp Việt Nam, trợ gíup và cùng ho phát triển các ông cu phần mềm, phần cứng hiện tại còn khiếm khuyết. . Đạt trình độ nghiên cứu, đào tạo có uy tín quốc tế. Trung tâm MICA hiện tại gồm hai nhóm nghiên cứu chính: - Nhóm TIM( xử lý thông tin đa phương tiện) có nhiệm vụ phát triển các hoạt động nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực tiếng nói, hình ảnh và thông tin đa phương tiện. - Nhóm SIA( Các hệ thống đo lường tiên tiến) có nhiệm vụ phát triển các hoạt động nghiên cứu ứng dụng với các đối tác công nghiệp Việt Nam về đo lường tiên tiến, trợ giúp và cùng với họ phát triển các sản phẩm trình độ cao dựa trên xử lý tự chủ di động và phân tán. Hai nhóm nghiên cứu trên hợp tác chặt chẽ và bổ xung lẫn nhau, đảm bảo triển khai nghiên cứu từ cơ bản đến ứng dụng. Đội ngũ cán bộ khoa hoc của MICA là các cán bộ giảng dạy nghiên cứu đến từ 3 khoa liên quan của trường ĐHBKHN: Khoa Điện, Khoa ĐTVT và khoa CNTT. Đó là những cán bộ khoa học có kinh nghiệm và trình độ chuyên môn cao. Đa số có học vị tiến sĩ của trường ĐHBK Hà Nội và Viện ĐHBK Quốc gia Grenoble-CH Pháp. Kết hợp với đội ngũ cán bộ này còn có các nghiên cứu viên của các viện nghiên cứu và đại học khác như: Viện Ngôn ngữ Việt Nam, Học viện Kỹ thuật quân sự, Đại học Đà Nẵng…Trung tâm MICA đang trở thành một tổ chức nghiên cứu quốc tế mang tính đa phương có sự hợp tác nghiên cứu rộng rãi và đón nhận các nhà khoa học, các nghiên cứu viên đến từ Pháp, từ các nước thuộc cộng đồng nói tiếng Pháp (Canada, Bỉ , Thụy Sĩ ) và từ các nước khác. Trung tâm MICA, thành quả của mối quan hệ hợp tác trong đào tạo và NCKH giữa ĐHBK Hà Nội và Viện ĐHBK Quốc gia Grenoble_CH PHáp, đă nhận được sự ủng hộ và sự hỗ trợ của Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Việt Nam, Bộ Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam, Trung tâm Nghiên Cứu Khoa Học Quốc Gia-CH Pháp ( CNRS ), Hiệp hội các trường đại học sử dụng tiếng Pháp (AUP ) và một số hãng công nghệ quốc tế. Nhóm TIM: Xử lý thông tin Đa phương tiện Mục tiêu của nhóm này là phát triển các hoạt động nghiên cứu cơ bản. Cụ thể là kết hợp các hướng nghiên cứu về tiếng nói, hình ảnh và các ứng dụng đa phương tiện. Nhóm này chủ yếu thực hiện các nghiên cứu về thông tin và các tín hiệu phức hợp. Các đề tài nghiên cứu chính của nhóm TIM sẽ tập trung vào xử lý tín hiệu trong không gian một chiều, đặc biệt là tín hiệu tiếng nói và hoàn chỉnh các nghiên cứu về giao diện trong đối thoại người-máy bằng cách sử dụng kỹ thuật và công nghệ xử lý ảnh (tín hiệu trong không gian hai chiều). Đề tài về đa phương tiện (multimedia) cũng sẽ được triển khai nhằm liên kết các đề tài trên phục vụ cho việc thiết kế các giao diện và ứng dụng đa phương tiện. Như vậy, các lĩnh vực mà nhóm TIM phụ trách là: . Xử lý tín hiệu phức hợp. . Xử lý tiếng nói . Xử lý ảnh . Giao tiếp người-máy đa phương tiện. Nhóm SIA: Các hệ thống đo lường tiên tiến Mục tiêu của nhóm này là phát triển các hoạt động nghiên cứu ứng dụng và là đối tác với công nghiệp. Môi trường cạnh tranh thế giới mà các cơ sở công nghiệp Việt Nam phải đối mặt đã và đang đặt ra thách thức đối với hoạt động của họ. Với họ, cuộc cách mạng về kỹ thuật số chính là lối ra. Từ các máy ảnh số cho đến máy tính, từ máy đIện thoại cho đến máy thu hình, khắp nơi hệ thống số thay thế hệ thống tương tự. Lý do: đó là sự chính xác cao, tính năng tốt và khả năng mang lại khối lượng thông tin khổng lồ mà trước đây chưa từng có. Nói một cách cơ bản, một nhà máy thông minh là một nhà máy được xây dựng với các phần tử thông minh, tức là các thiết bị thông minh, thực hiện truyền thông theo mạng thông minh và các hệ thống đIều khiển thông minh. Thêm vào đó, việc xuất hiện của các bus số với nhiều chức năng điều chỉnh và tự động có thể được phân tán trong các bộ cảm biến và cơ cấu chấp hành thay vì bố trí tập trung theo truyền thống. Chính vì vậy mà các cấu trúc truyền thông sẽ có tầm quan trọng hơn lúc nào hết đối với các cơ sở công nghiệp hiện nay. Một số thiết bị thông minh trao đổi thông tin một cách thông minh với hệ thống điều khiển tiên tiến, hoạt động trong môi trường Windows NT với các phần mềm cấu trúc modun, đa phương tiện và mạnh sẽ là cơ sở không thể tránh khỏi của tất cả các quá trình công nghiệp tự động hoá, cho phép tiết kiệm đáng kể chi phí không chỉ cho các khâu chính của một dự án như: công nghệ, lắp đặt và vận hành thử nghiệm, mà còn cho quá trình khai thác và bảo dưỡng dây chuyền công nghệ. Các hướng nghiên cứu chính của nhóm SIA có thể được tóm tắt ở một số điểm sau: . Tích hợp các chuẩn công nghiệp về đo lường và truyền thông trong các kiến trúc mở hoặc tự chủ di động. . Tích hợp phần mềm độc lập với phần cứng để triển khai các ứng dụng có thể hoạt động trên các hệ thống thiết bị tin học đa dạng, cho hiệu năng lớn nhất và thỏa mãn các đòi hỏi đa dạng nhất. . Đơn giản hóa các ứng dụng. . Phát triển các phần mềm có công năng và dễ sử dụng. Các lĩnh vực mà nhóm SIA phụ trách là: . Các hệ thống đo lường tiên tiến: Thiết kế các hệ thống đo lường hoạt động độc lập và thông minh. . Dụng cụ đo lường ảo: Nghiên cứu và thực hiện các dụng cụ đo lường ứng dụng rộng rãi các công nghệ mới về truyền thông và đa phương tiện. Sử dụng các phần mềm đo lường ảo như LabView của National Instruments. . Xử lý tự chủ di động: Xử lý tín hiệu tiên tiến trên các hệ thống chuyên dụng và làm việc trên thời gian thực, như các bộ xử lý DSP hoặc các vi điều khiển. Nghiên cứu và thực hiện các kiến trúc tự chủ di động và hoạt động độc lập. . Xử lý phân tán: Nghiên cứu và thực hiện các kiến trúc xử lý phân tán đáp ứng nhu cầu rộng rãi của các mạng tin học chuyên dụng như các mạng công nghiệp. Phòng Lab: Được dành cho sinh viên thực tập. Tại đây các sinh viên khoa Điện, CNTT, Điện Tử được làm quen, nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm để thực hiện đồ án tốt nghiệp. Phần II Tổng quan về labview 1. LabView là gì ? LabView là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ sử dụng các biểu tượng (icons) thay cho các dòng lệnh để tạo ra các ứng dụng. Không giống như các ngôn ngữ lập trình bằng các dòng, LabView sử dụng lập trình dòng dữ liệu - dữ liệu xác định sự thực hiện của chương trình. Trong LabView, bạn xây dựng một giao diện người dùng bằng cách dùng một bộ các công cụ và đối tượng. Giao diện người dùng chính là mặt máy - front panel. Sau đó ta thêm mã lệnh sử dụng các biểu diễn đồ hoạ của các hàm để điều khiển các đối tượng của mặt máy. Mã này nằm trong sơ đồ khối. Nếu xây dựng chuẩn, sơ đồ khối sẽ giống như một lưu đồ. LabView được tích hợp đầy đủ cho việc truyền tin với các phần cứng như là GPIB, VXI, PXI, RS-232, RS-485, và các thiết bị thu nhận dữ liệu… Vì vậy mà LabView có các đặc trưng được xây dựng bên trong phù hợp với việc kết nối các ứng dụng của bạn. LabView có thể tạo các ứng dụng biên dịch 32 bit, cho ta tốc độ thực hành nhanh dùng trong các giải pháp thu thập dữ liệu, thử, đo lường và điều khiển. Ta cũng có thể tạo các thư viện độc lập dùng chung và chạy được, như là DLL, vì LabView chính là một bộ biên dịch 32 bit. LabView có các thư viện đầy đủ dùng cho thu thập, phân tích, hiển thị và lưu trữ dữ liệu. LabView cũng có các công cụ phát triển phần mềm truyền thống. Bạn có thể tạm các điểm dừng, chạy mô phỏng chương trình và chạy từng bước cả chương trình để đơn giản hoá việc gỡ rối và viết chương trình. 2. Tại sao chúng ta lại sử dụng LabView ? LabView cho phép ta xây dựng các giải pháp riêng dùng trong các hệ thống khoa học và kỹ thuật. LabView mang đến cho bạn sự linh động, mềm dẻo và tốc độ thực hiện của một ngôn ngữ lập trình đầy tính năng mà không có gây ra sự khó khăn hay sự phức tạp nào. LabView cung cấp cho hàng ngàn người sử dụng một cách lập trình nhanh hơn các hệ thống đo lường, thu thập số liệu và điều khiển. Bằng cách sử dụng LabView để làm mẫu, thiết kế, kiểm tra và cung cấp đầy đủ các hệ thống thiết bị của bạn, bạn có thể giảm bớt được thời gian phát triển hệ thống và tăng năng suất lên gấp 4 đến 10 lần. LabView cũng cho ta lợi ích về một cơ sở người dùng đã cài đặt, nhiều năm phản hồi sản phẩm, và các công cụ hỗ trợ mạnh. Cuối cùng, LabView trợ giúp kỹ thuật National Instruments và vùng phát triển đảm bảo sự thành công cho việc phát triển các giải pháp của chúng ta. 3. LabView làm việc như thế nào ? Các chương trình LabView được gọi là các thiết bị ảo, hay VIs, bởi vì sự hiện diện và sự hoạt động của nó y hệt như các thiết bị vật lý có thật, như là các bộ dao động sóng và các multimet. Mỗi VI sử dụng các chức năng điều khiển đầu vào từ giao diện người dùng hoặc các nguồn khác và hiển thị thông tin đó hoặc chuyển nó tới các tệp hoặc máy tính khác. LabView có một giao diện người dùng tương tác và một mã nguồn tương đương, và chấp nhận các tham số, tham biến từ các VI ở mức cao hơn. Sau đây chúng ta miêu tả 3 đặc trưng này của LabView. Các VI bao gồm một giao diện người dùng tương tác, được gọi là front panel - mặt máy, bởi vì nó mô phỏng lại khuôn mẫu của thiết bị vật lý có thật. Mặt máy bao gồm các nút bấm, khối vẽ, các bộ chỉ thị và điều khiển khác. Bạn có thể vào dữ liệu sử dụng bàn phím và chuột, sau đó xem kết quả trên màn hình máy tính. Các VI nhận lệnh từ một sơ đồ khối - block diagram, cái mà bạn xây dựng trong ngôn ngữ lập trình G. Block diagram cung cấp một giải pháp diễn tả bằng hình ảnh về một vấn đề lập trình. Block diagram bao gồm các mã nguồn cho VI. Các VI dùng kiến trúc mẫu mô hình và hệ thống cấp bậc. Bạn có thể dùng chúng như các chương trình mức cao, hoặc các chương trình con nằm trong các chương trình hay chương trình con khác. Một VI nằm trong VI khác được gọi là VI con. Biểu tượng - icon và khối kết nối - connector của một VI làm việc như một danh sách tham số bằng đồ hoạ để các VI khác có thể chuyển dữ liệu qua nó như là một VI con. Với các đặc trưng này, LabView đề xướng và đưa ra khái niệm lập trình bằng đồ hoạ. Bạn nên chia một ứng dụng theo từng dãy các nhiệm vụ, và bạn cũng có thể chia lại cho đến khi một ứng dụng phức tạp được tạo ra từ một chuỗi các nhiệm vụ con đơn giản. Bạn xây dựng một VI từ mỗi nhiệm vụ con hoàn hảo và sau đó tổ hợp các VI con này lại trên một block diagram khác để hoàn thành nhiệm vụ lớn hơn. Cuối cùng, VI mức cao của bạn bao gồm một tập hợp của các VI con đại diện cho các chức năng của trình ứng dụng. Bởi vì bạn có thể thực hiện mỗi VI con bằng chính nó, từ bên ngoài phần lớn các trình ứng dụng, dò và kiểm soát lỗi dễ dàng hơn nhiều. Hơn nữa các chương trình con mức thấp (low-level) thường thực hiện các nhiệm vụ chung tới một vài các ứng dụng, để bạn có thể mở rộng một sự thiết lập mang tính chuyên môn hoá các VI con phù hợp với các ứng dụng mà bạn xây dựng. 4. Làm việc với phần mềm LabView Để làm việc với LabView, chúng ta vào đường dẫn Program Files\National Instrument\LabVIEW\labview.exe Cửa sổ chương trình hiện ra như hình 1: Hình 1: Cửa sổ bắt đầu với LabView 6.1 Tại cửa sổ này, bạn có thể nhấp chuột trái vào ô để bắt đầu làm việc với VI, nhấp chuột trái vào ô để mở chương trình đã được lập trình trong LabView, nhấp chuột trái vào ô để có thể tham khảo các ví dụ có sẵn trong LabView, nhấp chuột trái vào ô để làm quen với LabView bằng hình ảnh sinh động (nếu bạn có đĩa CD cài LabView). 4.1. Thành phần cơ bản của VI Như mục 3 đã giới thiệu, một VI gồm có ba thành phần : 4.1.1.Mặt máy (front panel)(hình 2) - giao diện người dùng Hình 2: Front panel, bảng công cụ và bảng điều khiển Khi cửa sổ mặt máy xuất hiện (United 1), nó thường đi kèm với một bảng Tools chứa các công cụ và bảng Controls chứa các bộ phận điều khiển mà bạn có thể đưa vào trang Front Panel. Bạn có thể cho những bảng này hiển thị hoặc không hiển thị bằng các thiết lập trong Windows>>Show Tools Palette hoặc Windows>>Show Controls Palette Chức năng của thanh công cụ của Fron Panel: Nút điều khiển chạy chương trình - Chạy VI Nút điều khiển chạy liên tục - Chạy qua chạy lại một VI, rất có ích cho việc dò và kiểm soát lỗi Nút điều khiển dừng chương trình - dừng sự thựchiện của VI Nút điều khiển tạm dừng/tiếp tục - Tạm dừng sự thực hiện của VI/ tiếp tục sự thực hiện của VI Align Objects - Vòng liên kết - đặt các liên kết tuỳ chọn, 4.1.2. Sơ đồ khối Chứa mã nguồn đồ hoạ của VI định ra hoạt động của nó. Cửa sổ của sơ đồ khối là Diagram như hình 3. Khi sử dụng cửa sổ Block Diagram, xuất hiện bảng Tools và bảng Functions hoặc cho hai bảng hiển thị bằng cách đặt Windows>>Show Functions Palette và Window>>Show Tools Palette. Sau khi đã xây dựng mặt máy, ta viết mã lệnh bằng cách dùng các biểu diễn đồ hoạ của các hàm chức năng để điều khiển các đối tượng của mặt máy. Sơ đồ khối chứa mã nguồn đồ hoạ này. Các đối tượng trên mặt máy là các đầu cuối của sơ đồ khối. Các đầu cuối này chỉ biến mất nếu ta xoá đối tượng tương ứng của nó trên mặt máy. Tất cả các điều khiển hoặc chỉ thị trên mặt máy đều có một đầu kết nối tương ứng trên sơ đồ khối. Ngoài ra, sơ đồ khối còn chứa các hàm và cấu trúc của các thư viện đi kèm của LabView. Các dây nối các nút trên sơ đồ khối, bao gồm các điều khiển và chỉ thị, các hàm và các cấu trúc. (Muốn chuyển từ cửa sổ Front Panel sang Bock Diagram hay ngược lại, ấn tổ hợp phím +) Hình 3: Cửa sổ Block Diagram và bảng Functions Chức năng thanh công cụ trên Block Diagram Đa số chức năng của thanh công cụ (Block Diagram Toolbar) của cửa sổ này giống như chức năng của thanh công cụ của cửa sổ Front Panel đã trình bày ở trên. Ngoài ra nó còn có một số chức năng riêng của Block Diagram Toolbar: - Highlight Execution - Khi này đèn không sáng và nếu quá trình đang hoạt động ( hoặc ) sẽ không cho ta biết được luồng dữ liệu chạy qua các khâu, và các giá trị tức thời khi dữ liệu vừa chạy qua một đối tượng nào đó của một VI trong Block Diagram như thế nào. - Do not highlight Execution - Khi này đèn sáng đồng thời quá trình đang hoạt động ( hoặc ) sẽ cho ta biết được luồng dữ liệu chạy qua các khâu, và các giá trị biến đổi tức thời của khâu mà có dữ liệu vừa chạy qua một đối tượng nào đó của một VI trong Block Diagram. Hình dưới đây minh hoạ một sơ đồ khối của một VI đang chạy và nút đã được bật (đèn sáng có màu vàng), bạn sẽ thấy được luồng dữ liệu chạy tuần tự, liên tục theo sự lập trình của VI này từ trái sang phải của sơ đồ. Những vòng, khâu và dây có màu sắc rõ nét là những nơi mà luồng dữ liệu đã đi qua, số liệu biến đổi hiện lên sau mỗi hàm hoặc mỗi khâu, còn phần đang có màu mờ, không rõ nét là phần dữ liệu chưa đi qua. Tại nút điểm tròn màu da cam như trên hình vẽ là nơi mà dữ liệu đang chạy tới. Luồng dữ liệu đang ở nút này nút Step into button - khi đã hoàn tất một VI, một VI con hay một vòng lặp, bạn có thể ấn nút này để bắt đầu thực hiện từng bước 1 chạy vào trong các vòng lặp hay các VI con, rất hữu ích cho việc kiểm soát lỗi. Bạn có thể thấy được thứ tự thực hiện của một VI và từng phần chương trình con nhỏ nhất trong VI đó. Và cứ thế nó thực hiện từngVI con từ trong ra ngoài cho đến khi kết thúc VI. nút Step over button - bắt đầu thực hiện từng bước đơn lẻ, không việc chạy vào từng vòng lặp hay chương trình con cụ thể như nút mà chỉ chạy qua các đối tượng nằm ở chương trình chính của VI đó. Và cứ thế tiếp tục cho đến khi kết thúc toàn bộ chương trình VI. nút Step out button - nút này có chức năng là kết thúc việc thực hiện từng bước một trong các vòng lặp, các VI con, các sơ đồ khối của chương trình từ trong ra ngoài ngay khi bạn ấn nút này, và cứ thế cho đến khi kết thúc toàn bộ VI. 4.1.3. Icon/connector Được sử dụng để điều khiển VI như một sub VI . Icon (biểu tượng) của chương trình hiển thị trong các block Diagram của các VI khác. Các điểm nối đầu cuối(connector terminal) xác định đầu ra và đầu vào trên các Icon.Các điểm đầu cuối này tương tự như các tham số của các sub VI, tương ứng trên front panel là các cotrol và indicator.Ví dụ sau chỉ ra icon và connector của VI nhiệt kế , các connector thường được ẩn dưới icon cho đến khi bạn lựa chọn việc hiển thị chúng. mode Temprature Input terminal output terminal 4. 2. Các bước cơ bản để xây dựng một VI trong Labview Đặt VI control và indicator vào của sổ front panel. Trên block diagram thì control terminal có viền đậm hơn indicator tẻminal. Để chuyển control thành indicator và ngược lại thì pop up trên terminal đó và chọn Change to indicator (or change to control). Trong block diagram tương ứng bạn dặt các node, terminal và nối dây nếu chương trình có lỗi và vẫn chưa thực hiện được thì thì nút đIều khiển chạy chương trình trên thanh công cụ sẽ có dạng gãy, bạn nhấp chuột vào nút này để tìm các thông báo lỗi. Sử dụng higlighting excutionm single stepping và breakpoints trên thanh công cụ để gỡ rối chương trình giúp bạn chỉnh sủa lỗi dễ dàng hơn. 4.3. Tạo icon/ connector và cách sử dụng VI như một sub VI Sub VI như là một chương trình con dưới dạng các modul block diagram. Việc xây dựng các modul sẽ giúp cho chương trình dễ hiểu và có thể gỡ rối dễ dàng hơn khi có lỗi. Icon và connector là hai thành phần của sub VI. Để tạo icon cho 1 VI thì nhấp chuột vào Icon panel chọn Edit icon từ pop up menu, sử dụng các công cụ Text, xoá, chỉnh sửa, bút chì… để tạo một icon. Định nghĩa các connector: nhấp chuột vào Icon panel chọn show Connector . Labview sẽ tự động chọn các terminal pattern tương ứng với số các control và indicator trên front panel. Sử dụng công cụ nối dây để ấn định các terminal tương ứng với các control và indicator bằng cách nhấp chuột vào terminal bên tráI trên connector rồi nhấp chuột vào control; nhấp chuột vào terminal bên phảI của connector rồi nhấp chuột vào indicator. Các terminal tương ứng trên connector sẽ chuyển màu. Sử dụng chức năng Discription and tip trong pop up menu để ghi chú thông tin về VI đó. Có thể chú thích cho từng control và indicator bằng cách chọn Data operation/Decription trên pop up menu của control hay indicator đó. 4.4. Cấu trúc điều khiển luồng dữ liệu trong VI Có 4 cấu trúc cho việc điều khiển dòng dữ liệu chương trình: While loop, for loop, cấu trúc lựa chọn và cấu trúc lặp. Với While loop chương trình sẽ thực hiện khi điều kiện được thoả. Chọn while loop từ Structure subpalette của bảng chức năng. while loop Sử dụng chuột để nhấp và kéo cấu trúc bao quanh phần chương trình muốn lặp. conditional terminal interation terminal VI sẽ lặp lại phần chương trình trong while loop cho đến khi giá trị logic ở conditional terminal là FALSE. Do đó while loop luôn thực hiện một lần Interation terminal chứa số lần lặp được thực hiện. left terminal right terminal Thanh ghi được sử dụng để chứa và chuyển giá trị sau mỗi lần lặp đến lần lặp tiếp theo.Tạo thanh ghi bằng cách pop up trên cạnh trái hoặc phải của cấu trúc vòng lặp chọn Add shifp register. Right terminal chứa giá trị sau mỗi lần lặp,giá trị này sẽ đựoc lưu lại và xuất hiện trong left terminal khi bắt đầu vòng lặp tiếp theo. Trước khi vòng lặp bắt đầu Vòng lặp đầu tiên Vòng lặp tiếp theo Vòng lặp cuối giá trị đầu giá trị đầu giá trị trước giá trị mới giá trị mới giá trị trước giá trị mới Có thể tạo thêm các terminal của thanh ghi để truy xuất các giá trị của những lần lặp trước bằng cách chọn Add element trong pop up menu trên thanh ghi. giá trị lần lặp sau cùng lần lặp 1 lần lặp 2 lần lặp 3 Cấu trúc Case và Sequence. Chọn Case Structure từ Structure supalette của Function palette. Cấu trúc Case như là một ngăn kéo card, chỉ có một Case được sử dụng ở một thời điểm tuỳ thuộc và giá trị nối với selector terminal .Đầu chọn (selector terminal) có thể là số, boolean hoặc string. Nếu kiểu dữ liệu là Boolean thì có thể có True Case và False Case . Nếu kiểu dữ liệu là numeric hoặc string thì có thể có 231-1 Case. Cấu trúc Sequence dùng để thực hiện chương trình theo tuần tự . Chương trình thực hiện theo thứ tự nó được sắp xếp . Cũng như cấu trúc Case chỉ có một frame được hiển thị ở một thời điểm. 4.5. Mảng và graph control. Mảng là một cấu trúc dữ liệu bao gồm nhiều phần tử có cùng kiểu dữ liệu, kiểu dữ liệu của các phần tử mảng có thể là bất cứ kiểu gì: số, logic, chuỗi hay mảng cluster. Phần tử đầu tiên của mảng có chỉ số là 0 Tạo mảng: chọn mảng từ array & cluster từ subpalette trong bảng đIều khiển. Sau đó nhấp chuột phải trên mảng để chọn control hay indicator digital control Có rất nhiều các hàm chức năng trong việc tạo mảng chứa trong array subpalette như array size, build array, array,subset.. Vòng lặp While loop và For loop đều có tạo tạo ra mảng. Waveform graph và XY graph được sử dụng để biểu diễn dữ liệu từ mảng (gọi là plot) trên front panel. Chọn gragh indicator từ Graph subpalette trong bảng điều khiển. 4.6. Formula node Ngoài ra để tiện lợi cho việc thực hiện các biểu thức toán học phức tạp có thể dùng Formula Node trong Structure supalette. Với Formula Node , có thể nhập trực tiếp vào một công thức bằng cách tạo các đầu vào và đầu ra. Đầu vào là các giá trị vào, đầu ra là kết quả tính được. 4.7. Chuỗi và file String( chuỗi) là một chuỗi thứ tự các kí tự ( hiển thị hoặc không hiển thị). Thông thường ta sử dụng string trong trường hợp cần đưa vào (hoặc ra) các thông điệp phức tạp. Labview có nhiều hàm chức năng ( function) để thực hiện các thao tác trên string. Những hàm chức năng này nằm trong String subpalette của function palette. Sau đây sẽ giởi thiệu qua một số hàm chuyên dụng hay dùng: String Length: trả lại số kí tự của một string. Concatenate Strings : chuyển tất cả các string ở đầu vào và mảng string thành một string duy nhất ở đầu ra. String Subset : trả lại string con bắt đầu từ vị trí xác định (offset) trong chuỗi ban đầu và chuỗi con này có độ dài xác định (length). Kí tự đầu tiên ở vị trí offset là 0. Match Pattern: đưa trả lại substring phù hợp được tìm thấy trong string ban đầu kể từ vị trí offset. Ngoài ra trong nhiều trường hợp cần phải chuyển một số thành string hoặc ngược lại. Khi đó ta dùng hàm Format Into String hoặc Scan From String. Trong Labview có nhiều hàm chức năng và VI để điều khiển hoạt động lưu giữ thông tin vào file và truy nhập thông tin từ file trong ổ. Chúng gọi là File I/O function nằm trong File I/O subpalette của Function palette. Những hàm và VI này được chia thành 3 mức: High-Level File Vis Intermediate File Functions Advanced File Functions Các hoạt động thực hiện trên File cơ bản nằm ở Intermediate File Functions đó là mở hoặc tạo một file, đọc hoặc viết lên nó sau đó đóng lại. Open/Create/Replace File: có chức năng mở hoặc thay thế một file đã có sẵn hoặc tạo ta một file mới. Sau khi đã mở hoạc tạo một file có thể đọc dữ liệu từ nó nhờ sử dụng Read File hoặc viết dữ liệu vào nó bằng sử dụng Write File function. Có thể đoc hoặc viết bất cứ loại dữ liệu nào. Read File : đọc dữ liệu từ vị trí xác định bởi pos mode và pos offset Write File: viết vào file mà refnum xác định. Viết từ vị trí chỉ bởi pos mode và pos offset Close File: đóng file xác định bởi refnum. 4.8. Đặt chế độ hoạt động cho VI Labview còn cung cấp một công cụ rất mạnh để điều khiển (định dạng ) sự hoạt động của các VI thông qua Vi setup. Do chọn các tính năng , ta có thể setup một VI như: Show front panel when Called: front panel của VI sẽ mở ra khi nó được thực hiện. Close afterward if originally Closed: Khi VI thực hiện xong nó sẽ tự động đóng front panel lại và quay về chương trình chính. Run When Openned : VI tự động chạy khi mở nó mà không cần phải bấm vào Run button. Ngoài ra còn nhiều tính năng khác. 4.9. Điều khiển truy nhập DAQ Một thiết bị ảo VI muốn thực hiện được phải có một phần không thể thiếu là thu thập số liệu từ DAQ. Do đó Labview cũng có các hàm chức năng để điều khiển việc truy nhập DAQ nằm ở Data Aquisition supalette. Chúng được chia thành 6 loại : Analog Input , Analog Output. Digital I/O, Counter, Configuration and Calibration và Signal Conditioning. Analog Input supalette: chứa các VI thực hiện biến đổi từ tương tự sang số(A/D). AI sample channel: đo tín hiệu nối với một kênh xác định và đưa lại giá trị điện thế đọc được. Analog Output: chứa các VI thực hiện chuyển đổi từ số sang tương tự(D/A). Wave form Generation: có thể tạo ra nhiều điểm với một tỉ lệ lớn hơn mà AO Up date Channel thiết kế. Scanning Multiple Analog Input Channels: bằng AI Acquire Wave form VI, có thể thu thập từ vài kênh. Digital Input and Output: thư viện Data Aquisition cũng chứa các VI cho phép đọc hoặc viết lên một dòng xác định của cổng hoặc viết lên toàn bộ cổng số nhờ Write to Digital Port. vi, Read from Digital Port. vi, Write to Digital Line.vi, Read from Digital Line.vi. phần III ứng dụng phần mềm labview cho những bài thực hành cơ bản 1. Xây dựng SubVI Ta xây dựng chương trìng con chuyển độ C thành độ F. Mặt máy như sau: Ta xây dựng biểu tượng như sau: Tạo kết nối: Chọn Show Connector từ menu, đặt 2 đầu nối bằng cách sử dụng công cụ nối dây từ bảng chức năng.  Sơ đồ khối như sau: Hoàn thành subVI này ta có thể sử dụng cho những bài toán liên quan thông qua mặt máy của những bài toán đó khi sử dụng trong bảng hàm với tên ta đã lưu. Ngoài chương trình con này ta còn có thể thực hiện được các SubVI: khâu tích phân, khuếch đại thuật toán, bộ tạo xung đơn … 2. Vòng lặp và đồ thị VI hiện thị nhiệt độ Mục đích: Sử dụng vòng lặp While và hiện thị dạng sóng để thu thập và hiện thị số liệu. Xây dựng mặt máy như sau Sơ đồ hoạt động Thay đổi tính năng cơ khí của các nút logic. Ngoài ra có thể bổ xung một một thời gian thực hiện bằng cách cho thêm phần hàm thời gian Wait Until. Từ bài toán này ta có thể thực hiện đo nhiệt độ trung bình bằng cách thay đổi sơ đồ khối như sau: Trong phần sử dụng vòng lặp còn có các công cụ khác như: For, Case, Sequencevà Formula Node. Thông qua vòng lặp và đồ thị chúng ta có thể thực hiện được nhiều bài toán mang tính chất thống kê: - Xây dựng VI để đo nhiệt độ liên tục trong 1s và hiện thị nhiệt độ trên scope chart . Nếu nhiệt độ đạt đến hoặc thấp hơn ngưỡng tự đặt trên mặt máy, thì VI sẽ nháy đèn - Hiện thị giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất của khoảng nhiệt độ. 3. Chuỗi, Đồ thị và Nhóm 3.1. Bài tập về chuỗi Mục đích: xây dựng các chuỗi và trở thành một họ các hàm chuỗi. Mặt máy Sơ đồ hoạt động 3.2. Đồ thị chuỗi sóng Mục đích: Xây dựng một chuỗi bằng tự động định chỉ số vong lặp For và chấm điểm chuỗi trên đồ thị sóng Mặt máy Sơ đồ hoạt động Hiển thị nhiều dạng sóng chương trình thành như sau Sử dụng chức năng Format X scale để thấy hiện thị như hình. Thay đổi đổi lại chương trình khi có thêm sóng dạng hình sin như sau: Trong phần này còn phải tìm hiểu thêm các công cụ làm việc của đồ thị chẳng hạn như: Zoom, chế độ di chuyển đồ thị, chế độ di chuyển con trỏ. 3.3. Bài tập với Cluster Mục đích:Xây dựng một cluster trên mặt máy và sử dụng các hàm cluster xây dựng một cluster hoặc tháo cluster. Mặt máy như sau Sơ đồ hoạt động của chương trình phần IV sử dụng Labview thực hiện bài toán chuyển đổi áp tần 1. Cơ sở lý thuyết Chuyển đổi áp tần được sử dụng cho đầu vào của bộ tự ghi số. Tín hiệu đầu vào chậm chuyển thành tần số, khi đó sẽ ghi vào băng từ. . Rồi nó cò kết hợp với các bộ ghi tương tự có độ chính xác cao, mà đầu ra là tần số. Bộ định thời gian 555 là hìng thức của chuyển đổi áp tần. Phần tử chính của chuyển đổi áp tần là khuếch thuật toán. Địên áp vào được nối vào mạch tích phân, mà đường dốc đến mức điện áp định trước. ở giới hạn trên , tín hiệu vào được đặt chuẩn đầu vào, nhưng ngược dấu, đầu ra của mạch tích phân dốc xuống đến giới hạn thấp. Tại giới hạn này, chuẩn đầu vào bị cắt ra, tín hiệu vào được nối lại. Chu kỳ dao động lại được bắt đầu. Đầu ra là mức logic thấp trong suốt quá trình tín hiệu tích phân, mức logic cao trong suốt quá trình tích phân tín hiệu chuẩn. . Sơ đồ của mạch chuyển đổi như sau: Điện áp vào, Vin thường là địên áp âm. MS sử dụng chế độ tạo xung đơn của bộ định thời gian 555 . * Phần mạch tích phân Sơ đồ mạch như hình vẽ: ở đây sử dụng phản hồi dương là tụ điện Điện áp ra trong quá trình lạp cho tụ địên với hệ số thời gian RC là : Vout = - 1/RC ũVin dt (1) Nếu điện áp vào là hắng số và âm thì điện áp ra sẽ tăng tuyến tính đến giới hạn điện áp dương. Nếu đảo điện áp vào thì mạch chuyển ngược lại và điện áp ra sẽ đảo đến giới hạn dưới, theo công thức: Vout = - (Vin/RC) t (2) Để mô phỏng thao tác chuyển đổi V-F, thời gian được chia cho là khoảng thời gian trượt. Và công thức (2) lúc này trở thành: V'out = Vout - (Vin/RC) D t (3) * Phần tử so sánh Sử dụng chế độ hở của khuếch thuật toán như hình vẽ: Khi địên áp vào đầu (-) lớn hơn điện áp vào đầu dương thì điện áp ra sẽ dao động ở quanh giá trị âm lớn nhất. Còn ngược lại thì đầu ra giá trị địên áp dương lớn nhất.Tốc độ chuyển đổi từ một mức này đến mức kia gọi là slew rate( tốc độ chuyển đổi mức). * Chế độ phát xung đơn: monostable Sơ đồ sử dụng bộ định thời gian 555 ở chế độ này như sau: Hằng số thời gian là 3.96ms. Xung đơn cần phải dốc tạo được sườn xuống để khởi động mạch theo sườn lên. Điều này lý giải việc có 2 điốt 1N914 treo ở đầu vào của 555, để ổn định mức điện áp vào. Đầu ra của MS , khi cao sẽ đóng nguồn điện áp dương và dòng ngược của điốt 2, dòng này sẽ qua 0.5kW để xuống đất. Như vậy dòng điện sẽ là: I= (15.0 V0.6 V)/0.5 kW = 28.8 mA *Chuyển đổi V-F Tóm lại mạch chuyển đổi cụ thể được mắc như hình vẽ: 2. Tiến hành bài toán trên Labview *Khâu tích phân Mặt máy Sơ đồ khối Trong Icon này sử dụng 2 đầu nối: Vin, Vout. * Khâu so sánh Mặt máy Sơ đồ khối Trong Icon này sử dụng 3 đầu nối: V+, V-, Vout. * Bộ định thời 555 Mặt máy Sơ đồ hoạt động Bộ định thời 555 có 8 chân, chọn 5 chân làm đầu nối trong đó có 4 đầu vào: Power, R, C, Trigger và 1 đầu ra Output. Dựa trên những Icon vừa tạo ra thực hiện một mạch tổng thể về chuyển đổi áp tần với: + ktp: Ký hiệu của khâu tích phân. + 741: Ký hiệu của khâu so sánh. + 555: Ký hiệu của bộ định thời 555. Mặt máy Sơ đồ khối Chương trình này được tạo Icon với 2 đầu nối: Vin, Output. Cho chạy chương trình với các giá trị đầu vào nhập từ bàn phím thu được tần số ra tại đầu Output. Mục lục Trang Phần I : Trung tâm nghiên cứu MICA 1 1. Lời nói đầu 1 2. Hoạt động của trung tâm 1 Phần ii: Tổng quan về LabView 6 1. LabView là gì? 6 2. Tại sao chúng ta sử dụng LabView? 7 3. LabView làm việc như thế nào? 7 4. Làm việc với phần mềm Labview 8 4.1. Thành phần cơ bản của VI 9 4.1.1. Mặt máy 9 4.1.2. Sơ đồ khối 10 4.1.3. Icon/connector 12 4. 2. Các bước cơ bản để xây dựng một VI trong Labview 13 4.3. Tạo icon/ connector và cách sử dụng VI như một sub VI 13 4.4. Cấu trúc điều khiển luồng dữ liệu trong VI 15 4.5. Mảng và graph control 18 4.6. Formula node 19 4.7. Chuỗi và file 19 4.8. Đặt chế độ hoạt động cho VI 21 4.9. Điều khiển truy nhập DAQ 21 Phần iii: ứng dụng phần mềm LabView cho những 23 bài thực hành cơ bản Xây dựng SubVI 23 Vòng lặp và đồ thị 24 Chuỗi, đồ thị và nhóm 26 3.1. Bài tập về chuỗi 26 3.2. Đồ thị chuỗi sóng 27 3.3. Bài tập với Cluster 29 Phần IV: Sử dụng LabView thực hiện bài toán chuyển 31 đổi áp tần Cơ sở lý thuyết 31 2. Tiến hành bài toán trên Labview 33