Đồ án Điều khiển xe từ xa sử dụng KIT NI Myrio (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển xe từ xa sử dụng KIT NI Myrio (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO GVHD: ThS.NGUYỄN NGÔ LÂM SVTH : PHAN TẤN ANH - 11119154 NGUYỄN ANH TUẤN - 11119093 S K L 0 0 4 5 2 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO SVTH : PHAN TẤN ANH MSSV: 11119154 NGUYỄN ANH TUẤN MSSV: 11119093 Khóa : 2011 – 2015 Ngành : Công nghệ kỹ thuật máy tính GVHD: ThS.NGUYỄN NGÔ LÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016
3. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. Hồ Chí Minh , ngày tháng năm 20 . NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Phan Tấn Anh Mssv: 11119154 Nguyên Anh Tuấn Mssv: 11119093 Ngành: Công nghệ kỹ thuật máy tính Lớp: 11119CLC Ngày nhận đề tài: 14/03/2016 Ngày nộp: 26/07/2016 Tên đề tài: Điều Khiển Xe Từ Xa Sử Dụng KIT NI Myrio 1. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Kiến thức về lập trình Labview - Datasheet Myrio 2. Nội dung thực hiện đề tài: - Tìm hiểu Labview,Module GSM/GPRS - Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị qua wifi - Xây dựng giao diện điều khiển qua thiết bị Android - Xây dựng server kết nối TCP qua internet 3. Sản phẩm: - Một xe điều khiển - Máy tính bảng điều khiển TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1
4. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Phan Tấn Anh MSSV: 11119154 Nguyễn Anh Tuấn MSSV: 11119093 Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Máy Tính Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: . 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghi cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6.Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) 2
5. CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Phan Tấn Anh MSSV: 11119154 Nguyễn Anh Tuấn MSSV: 11119093 Ngành: Điện Tử Truyền Thông Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN XE TỪ XA SỬ DỤNG KIT NI MYRIO Họ và tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT 1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: 2. Ưu điểm: 3. Khuyết điểm: 4. Đề nghi cho bảo vệ hay không? 5. Đánh giá loại: 6. Điểm: .(Bằg chữ: ) Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 3
6. LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin được phép chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Ngô Lâm, giáo viên hướng dẫn đề tài đã định hướng và trao đổi những kinh nghiệm quý báu để nhóm thực hiện đề tài hoàn thành những nội dung trong đề tài một cách hoàn chỉnh nhất, cũng như tạo những điều kiện thuận lợi nhất từ cơ sở vật chất, không gian nghiên cứu và những góp ý quý báu cho nhóm để nhóm thực hiện đề tài có thể thực hiện và hoàn thành tốt đề tài này. Nhóm thực hiện đề tài cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy(cô) trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM nói chung và thầy(cô) khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã tận tình truyền đạt những kiến thức nền tảng để từ đó nhóm thực hiện đề tài có các kỹ năng cơ bản để phát triển, hoàn thành đề tài nghiên cứu cho riêng mình. Cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn sinh viên trong lớp đã trao đổi, góp ý tạo điều kiện thuận lợi về mặt vật chất và tinh thần để nhóm sinh viên thực hiện đề tài hoàn thành một cách tốt đẹp và đúng thời gian. Mặc dù đã có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thức cũng như khả năng bản thân còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai phạm, thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn từ hội đồng bảo vệ, quý thầy cô và các bạn sinh viên. Nhóm thực hiện đề tài Phan Tấn Anh Nguyễn Anh Tuấn v
7. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC x BẢNG x TÓM TẮT xii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 1.6 Phương pháp nghiên cứu 2 1.7 Bố cục của đồ án 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 2.1 Phần mềm lập trình Labview 4 2.1.1 Giới thiệu 4 2.1.2 Ứng dụng của Labview 5 2.1.3 Cách sử dụng phần mềm Labview 5 2.1.4 Giao tiếp giữa kit NI myRio với phần mềm Labview trên PC. 10 2.2 Phần mềm tạo giao diện trên máy tính bảng(Data Dashboard trên Android) 11 3.1 Kit Nation Instruments myRio 1900 15 3.1.1 Giới thiệu 15 3.1.2 Thông số kỹ thuật 15 3.1.3 Các chuẩn giao tiếp 27 3.2 Mạch điều khiển động cơ 35 3.2.1 Giới thiệu chung 35 3.2.2 Tóm tắt chức năng: 36 3.2.3 Thông số kỹ thuật 36 3.2.4 Sơ đồ mạch nguyên lý 37 3.2.5 Kết nối trên Labview 37 3.3 Động cơ DC 38 3.4 Khối điều hướng thiết bị 39 3.4.1 Giới thiệu 39 vi
8. 3.4.2 So sánh một số loại servo thông dụng 40 3.4.3 Cấu tạo 40 3.4.4 Nguyên lý hoạt động 41 3.5 Khối cảm biến khoảng cách 43 3.5.1 Giới thiệu 43 3.5.2 So sánh các loại cảm biến hồng ngoại 43 3.5.3 Thông số kỹ thuật 44 3.5.4 Nguyên lý hoạt động 45 3.6 Module GSM/GPRS 46 3.6.1 Giới thiệu tổng quan về GPS và Module SIM808 46 3.6.2 Thông số kỹ thuật 47 3.6.3 Các tập lệnh AT cơ bản dành cho module SIM808 48 Tập lệnh AT dành cho GPS 48 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 51 4.1 Sơ đồ khối hệ thống 51 4.1.1 Yêu cầu của hệ thống 51 4.1.2 Sơ đồ khối và chức năng của hệ thống 51 4.1.3 Hoạt động của hệ thống 52 4.2 Thiết kế, tính toán hệ thống 52 4.2.1 Khối nguồn của hệ thống 52 4.2.2 Khối điều hướng thiết bị 53 4.2.3 Khối cảm biến khoảng cách 54 4.2.4 Khối điều khiển động cơ DC 55 4.2.5 Khối Module GSM/GPRS 56 4.2.6 Khối xử lý trung tâm 57 4.2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 58 4.2.8 Lưu đồ giải thuật của hệ thống 60 4.3 Giao tiếp với máy tính bảng sử dụng hệ điều hành Android 60 4.3.1 Yêu cầu 60 4.3.2 Lưu đồ giải thuật (xem trang kế tiếp) 61 4.3.3 Phần mềm NI Data Dashboard trên Android 61 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 64 5.1 Kết quả và nhận xét 64 5.1.1 Phần cứng 64 5.1.2 Phần mềm 65 vii
9. 5.2 Kết quả thực nghiệm 66 5.2.1 Chế độ bằng tay 66 5.2.2 Chế độ tự động 66 5.2.3 Định vị GPS 66 5.3 Phân tích kết quả 68 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69 6.1 Kết luận 69 6.2 Đánh giá 69 6.3.1 Ưu điểm 69 6.3.2 Khuyết điểm 69 6.3 Hướng ứng dụng và phát triển 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 78 Phụ lục A: Hướng dẫn sử dụng 78 Phụ lục B: Code chương trình 82 (xem trang tiếp theo) 82 viii
10. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ cái viết tắt Cụm từ giải thích ADC Analog Digital Convert ARM Advanced RISC Machine AI Analog Input DIO Digital Input Output FPGA Field programmable Gate Array GND Ground GPIB General-Purpose Interface Bus GPS Global Positioning System I2C Inter-Integrated Circuit IC Integrated Circuit IDE Integrated Development Environment IR InfraRed sensor LCD Liquid Crystal Display LED Light Emitting Diode MXP myRio Expansion Port MSP Mini System Port NI Nation Instrument LabVIEW Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench PC personal compute PCI Peripheral Component Interconnect PWM Pulse Width Modulation TCP/IP Transmission Control Protocol / Internet Protocol UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter USB Universal Serial Bus ix
11. DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Bảng mô tả tín hiệu trên các kênh kết nối MXP A và MXP B 17 Bảng 3.2: Bảng mô tả tín hiệu kết nối MSP C 18 Bảng 3.3: Các chế độ truyền thông trong giao thức SPI 32 Bảng 5.1: Thông số của xe 65 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Labview khi khởi động 4 Hình 2.2: Icon labview 2014 5 Hình 2.3: Cửa sổ giao diện Labview khi mới khởi động 6 Hình 2.4: Front Panel và Block Diagram 6 Hình 2.5: Control và Indicator trên Front Panel 7 Hình 2.6: Các hàm trên Block Diagram 8 Hình 2.7: Click Run để chạy chương trình 8 Hình 2.8: Lưu file 8 Hình 2.9: Các lựa chọn khi lưu file bằng Save As 9 Hình 2.10: Giao diện cửa sổ NI MAX 10 Hình 2.11: Các bước thiết lập IP cho kit NI myRio 11 Hình 2.12: Gán địa chỉ kit myRio trên phần mềm Labview 11 Hình 2.13: Giao diện ứng dụng NI Data Dashboard 12 Hình 2.14:Các biến điều khiển chương trình 14 Hình 2.15:Lấy biến từ chương trinh 15 Hình 3.1:Kit Nation Instruments myRio 1900 15 Hình 3.2: Mặt nhìn từ bên trên của kit myRio 16 Hình 3.3: Mặt nhìn từ bên dưới của kit myRio 16 Hình 3.4: NI myRIO MXP A và MXP B 17 Hình 3.5: NI myRIO MSP C, Audio I/O 18 Hình 3.6: Board mở rộng MXP Breadboard 19 Hình 3.7: Sơ đồ khối tổng quát của kit NI myRio 19 Hình 3.8:Mạch điện thể hiện analog input của myRio 20 x
12. Hình 3.9: Mạch điện thể hiện analog output của NI myRio 21 Hình 3.10: Line DIO trên Kết nối MXP A và B. 22 Hình 3.11: Line DIO trên Kết nối MXP A và B 22 Hình 3.12: Line DIO trên Kết nối MSP C 22 Hình 3.13: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 0 33 Hình 3.14: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 1 33 Hình 3.15: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 2 34 Hình 3.16: Giản đồ thời gian của SPI ở Mode 3 34 Hình 3.17: Mạch cầu H 36 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý mạch cầu H 37 Hình 3.19: SubVi điều khiển động cơ chạy tiến, lùi 38 Hình 3.20: Kết nối động cơ DC 12V với mạch cầu H 39 Hình 3.21: Servo GWS S03N STD 39 Hình 3.22: Cấu tạo bên trong servo 40 Hình 3.23: Các chân tín hiệu của servo 41 Hình 3.24: Kết nối servo với kit myRio 41 Hình 3.25: Nguyên lý hoạt động của servo 42 Hình 3.26: Hình thể hiện độ rộng xung thay đổi theo góc quay. 42 Hình 3.28: Hình mô phỏng cách tính khoảng cách của IR sensor 45 Hình 3.29: Sơ đồ kết nối chân 46 Hình 4.1: Sơ đồ khối của hệ thống 51 Hình 4.2: Acquy 12V – 1.2A 53 Hình 4.3: Sơ đồ kết nối khối Servo 54 Hình 4.4: Sơ đồ kết nối khối cảm biến 55 Hình 4.5: Sơ đồ kết nối mạch cầu H – L298 56 Hình 4.6: Lưu đồ giải thuật trên máy tính bảng 61 Hình 4.7: Giao diện điều khiển xe trên phần mềm NI Data Dashboard 63 Hình 5.1: Xe điều khiển dùng kit myRio 65 Hình 5.2: Góc quẹo tối đa của xe 66 Hình 5.3: Bật wifi bằng nút nhấn trên kit. 78 Hình 5. 4: Kết nối tới mạng wifi “myRIO test” 79 Hình 5.5: Nhấn RUN để chạy ứng dụng 80 xi
13. TÓM TẮT Trong thời kì công nghệ luôn phát triển không ngừng, nền khoa học kĩ thuật của nước ta cũng cần phải bắt kịp xu hướng chung của thế giới nếu không muốn bị tụt hậu. Các mạch điện, thiết bị điện tử luôn đổi mới, phát triển, hiện nay đa số kit đều lập trình trên ngôn ngữ là các “kí tự” như C, Python có thể kể tên một số kit sử dụng ngôn ngữ truyền thống đó là Arduino, Raspberry Pi, Xbee Và sau khi thảo luận, nhóm thực hiện đề tài đã quyết định thực hiện nghiên cứu về kit myRio của hãng Nation Instruments, đây là kit khá mới và chưa có nhiều đề tài thực hiện nghiên cứu về kit. Đề tài mà nhóm quyết định thực hiện đó là: “Điều khiển xe từ xa sử dụng kit myRio”.Tuy đề tài điều khiển xe không phải là quá mới, đã được nhiều nhóm đề tài thực hiện, nhưng với kit NI myRio thì khá mới và nhóm thực hiện đề tài hy vọng sẽ là tiên phong trong việc sử dụng kit NI myRio để thực hiện đề tài này. Một trong những điểm mới của đề tài này đó là lập trình bằng phần mềm Labview, không phải lập trình bằng ngôn ngữ truyền thống nữa mà lập trình bằng ngôn ngữ “hình ảnh”, có tính tư duy, trừu tượng hơn, việc ứng dụng trên giao diện Dash Board để điều khiển xe trên hệ điều hànhAndroid cũng là một điểm sáng, giúp cho đề tài có tính sáng tạo hơn, người sử dụng được dễ dàng hơn. Đề tài này được nhóm thực hiện đề tài dựa trên sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Ngô Lâm, cũng như sự hỗ trợ về thiết bị của nhà trường, của công ty Nation Instruments, qua tìm hiểu trên mạng, thông tin datasheet của một số linh kiện điện tử song do kiến thức có hạn, kinh nghiệm còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài còn nhiều thiếu sót. Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được sự góp ý của hội đồng bảo vệ, thầy cô, và các bạn sinh viên để có thể nâng cao chất lượng của đồ án. xii
14. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu hiện nay Trong vài thập niên gần đây nền kinh tế thế giới đã có những dấu hiệu chuyển mình rõ rệt, các ngành kĩ thuật của các nước có những đột phá vô cùng mạnh mẽ, chuyển dần từ lao động máy móc sang trí tuệ nhân tạo. Để bắt kịp xu hướng chung của thế giới, cùng với sự đi lên của nên kinh tế mở, năng động mang tính thị trường của thế giới, nền khoa học kỹ thuật của nước ta cũng có những bước phát triển nhất định. Một trong những xu hướng phát triển của khoa học kỹ thuật mà nước ta đang hướng tới là tự động hóa, hiện đại hóa. Hiện nay, đa phần các nhà máy đã thay thế việc dùng sức lao động của con người, thay vào đó là các dây chuyền sản xuất tự động, giảm thiểu sức lao động của con người, đem lại sự hiệu quả, chính xác, năng suất cao. 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Nghiên cứu khoa học được xác định là một trong những nội dung quan trọng, cơ bản, đóng góp một tầm quan trọng để giúp đất nước phát triển, đòi hỏi khả năng tư duy và sáng tạo nên phải có quá trình rèn luyện và nâng cấp dần để từ từ đạt được những kết quả được công nhận từ cấp độ thấp đến cao, và đề tài mà nhóm thực hiện là một trong những kiến thức nền tảng đó, tuy nội dung, tính thực tiễn của đề tài không cao nhưng với việc sử dụng kit myRio và ngôn ngữ lập trình hoàn toàn mới bằng phần mềm Labview nên nhóm gặp không ít khó khăn trong quá trình thực hiện, đã có lúc tưởng như không thể hoàn thành kịp tiến độ đồ án. 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Với đề tài: “Điều khiển xe sử dụng kit myRio”, đây là đề tài bước đầu tạo cơ sở nền tảng kiến thức cơ bản để từ đó tìm tòi phát triển ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày.Sau khi hoàn thành đồ án nhóm cần đạt các mục tiêu: Biết cách lập trình phần mềm Labview, cách kết nối giao tiếp, điểu khiển, các thông số của kit myRio và các module mạch cầu H, bộ cảm biến IR sensor, servo của kit, module SIM 808. Thực hiện được giao tiếp giữa thiết bị và máy tính qua mạng Wifi. Qua đó triển khai ứng dụng trên HĐH Android thông qua phần mềm DashBoard. Điều khiển xe di chuyển trái, phải, tiến, lùi hoặc chuyển qua chế độ xe chạy tự động tránh vật cản và thu thập tọa độ vị trí của xe, lấy được tọa độ của xe qua module sim 808 Rèn luyện kĩ năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu. 1
15. Thiết kế giao diện phần mềm giúp người sử dụng theo dõi và điều khiển mạch phần cứng. 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng kit myRio về cấu tạo, đặc tính kỹ thuật. Tìm hiểu vềphần mềm lập trình Labview và cách lập trình cho kit. Phần mềm NI Data DashBoard. Các module đi kèm với kit: Servo, IR sensor, mạch cầu H, module SIM808. Cấu hình mạng để kit giao tiếp được với máy tính. Xây dựng thuật toán và viết code cho ứng dụng dựa theo mục tiêu đã đề ra. 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Kit myRio, phần mềm Labview, mạch cầu H, IRsensor, servo,module SIM808, cấu hình mạng điều khiển qua wifi, ứng dụng Data Dashboard Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lập trình ứng dụng đơn giản là nền tảng để phát triển các ứng dụng khác sau này, trong phạm vi các kiến thức đã học để từ đó phát triển thêm. Labview là phần mềm có giao diện trực quan, sinh động tuy đã được sử dụng nhiều nhưng vẫn còn khá mới đối với sinh viên hiện nay.Chính vì thế mà nhóm quyết định thực hiện đề tài này để nghiên cứu như một cách tiếp cận một công nghệ mới.Tuy vậy cũng không thể tránh khỏi những khó khăn, thiếu sót. 1.6 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập thông tin, tự nghiên cứu kết hợp với làm việc nhóm, phân chia công việc cho nhau, sau đó tổng hợp và thảo luận cùng đưa ra phương án thực hiện đề tài.  Ý tưởng: Điều khiển xe sử dụng kit myRio gồm 2 chế độ điều khiển tự động và điều khiển bằng tay. Sẽ có một nút nhấn để chuyển đổi qua lại giữa hai chế độ này. Đồng thời trong quá trình hoạt động sẽ liên tục cập nhật tọa độ GPS thông qua module sim808. Chế độ điều khiển bằng tay: sẽ có 1 switch để điều khiển sẽ chạy tiến, lùi. Nút nhấn start kích vào chân enable của mạch cầu H như một công tắc ON, OFF để cho 2
16. phép mạch chạy hay không. Một nút thanh trượt “slide bar” để điều khiển góc quay servo của bánh xe. Chế độ điều khiển tự động: khi chuyển sang chế độ này thì lúc đầu sẽ tự động chạy thẳng đến khi IR sensor phát hiện ra vật cản nằm trong khoảng 25cm thì xe sẽ dừng lại, quay servo sang trái kiểm tra có vật cản hay không, nếu không có thì xe chạy qua trái, nếu có vật cản quay servo sang phải kiểm tra có vật cản hay không, nếu không có thì xe chạy qua phải, nếu có vật cản thì lùi lại 3s và thực hiện lại quá trình quay servo trái phải kiểm tra khoảng cách. 1.7 Bố cục của đồ án Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện nay, mục đích, nhiệm vụ Chương 2: Giới thiệu về phần mềm lập trình. Chương 3: Giới thiệu kit và các module liên quan. Chương 4: Thiết kế hệ thống. Chương 5: Kết quả-Nhận xét. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. 3
17. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phần mềm lập trình Labview 2.1.1 Giới thiệu Hình 2.1: Labview khi khởi động LabVIEW (viết tắt là Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) là môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh giữa con người, thuật toán và thiết bị. Gọi Labview là ngôn ngữ đồ họa hiệu quả vì về cách thực lập trình, Labview khác với ngôn ngữ C, thay vì lập trình bằng các từ khóa cố định thì Labview sử dụng các khối hình ảnh sinh động kết hợp với các dây nối để tạo ra các lệnh, các hàm. Cũng chính vì điều này giúp cho việc lập trình trở nên trực quan, sinh động hơn, giúp cho việc lập trình một cách nhanh gọn, sáng tạo, dễ hiểu nhờ các khối hình ảnh có tính gợi nhớ theo kiểu dòng dữ liệu (data flow) lần lượt từ trái qua phải. Các thuật toán này sau đó được áp dụng lên các mạch điện và cơ cấu chấp hành nhờ vào việc kết nối hệ thống thật với Labview thông qua nhiều chuẩn giao tiếp như chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp qua cổng Com), chuẩn USB, chuẩn TCP/IP, UDP, TCP, GPIB Vì vậy Labview là một ngôn ngữ đa kênh. Labview hỗ trợ hầu hết các hệ điều hành (Windows, Linux, MacOS, Window Mobile, Window Embedded). Trong đồ án này, nhóm thực hiện đề tài sử dụng phiên bản Labview 2014. 4
18. 2.1.2 Ứng dụng của Labview 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. Nhìn chung: 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. Trong đề tài mà nhóm thực hiện, Labview sẽ xử lý tín hiệu tương tự đo được từ cảm biến khoảng cách, sau đó xử lý và truyền tín hiệu lại kit myRio để thực hiện các yêu cầu của người lập trình. 2.1.3 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 2.1) Hình 2.2: Icon labview 2014 Để tạo project mới, chọn File -> New Vi(hoặc nhấn phím tắt Ctrl + N) 5
19. 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 2.2.Nhấn Ctrl+T để canh đều hai cửa sổ Front panel và Block diagram. 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 6
20. 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. Hình 2.5: Control và Indicator trên Front Panel 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. 7
21. Phụ lục B: Code chương trình (xem trang tiếp theo) 82