thi - mientayvn.commientayvn.com/dien tu/tai_lieu/dien_dan/do_luong/bg_thiet_bi_do_thong... · thi...

Thiết b ị và hệ thống ño thông minhThiết b ị và hệ thống ño thông minh

1

GV: Nguy ễn Hoàng Nam

Bộ môn Kỹ thuật ño và THCN

Hà Nội 04/2011

Tài liệu tham khảo

1. PGS. Nguyễn Trọng Quế, TS. Nguyễn Thị Lan Hương, PGS. Phạm Thị Ngọc Yến, Cở sở kỹ thuật ño, NXB KHKT, 2009

2. Calibration: Philosophy in Practice, Fluke,

Nguyễn Hoàng Nam2

3. Các tạp chí về ño lường (www.mesures.com)4. Handbook of Modern Sensors, Jacob Fraden,

Springer5. Tạp chí Electronique6. Jonh Brignell and Neil White, Intelligent Sensor

Systems, IOP Publishing Ltd, 1994, NV490/A-N562/A

Thiết bị và hệ thống ño thông minh

Mục lục

Thiết bị ño thông minh Cấu trúc thiết bị Chức năng thông minh

Các thuật toán xử lý thông minh trong thiết bị ño


Chọn thang ño Tự ñộng chuẩn ñộ Các phương pháp bù sai số

Hệ thống ño thông minh Chuẩn IEE1451

Thiết bị và hệ thống ño ảo Ví dụ ñiển hình của hệ thống ño


Xu hướng phát triển thiết bị ño: thống kê số lượng thiết bị bán ra tại thị trường Pháp năm 1999

Mesures annoncées par le SIMTEC (Syndicat de l’Instrumentation de Mesure, du Test, de


Mesure, du Test, de l’Energie et des Communications -dans le domaine de l’électronique)

Sources : Revue Mesure n°726, Juin 2000


Hơn 8,5 % thiết bị ño (ñiện tử) ñược bán tại Pháp của hãng SIMTEC (Syndicate des fournisseurs d’instrumentation)

Tổng tiềnM€

Tăng trưởng(2007/2006)

Trong tất cả các lĩnh vực 239.8 +8.5%

Sản phẩm bán cho công nghiệp là 17%; 22% trong viễn thông; 9% cho giáo dục và


Các thiết bị thông dụng 115,67 +18.1%

Thiết bị RF<3GHz 33,94 -1,5%

Thiết bị RF>3GHz 30,47 +22.8%

Thiết bị ño trong viễnthông và cáp quang

32,69 -13,8%Tạp chí Mesure(tháng 7 năm 2007)

giáo dục và nghiên cứu; 8% cho xe hơi


Một số nhận ñịnh

Thiết b ị ño ñã có nh ững thành t ựu rõ ràng Chủ yếu ñược sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu hay trong các

phòng thí nghiệm.

Các thi ết b ị cho phép ñiều khi ển trạng thái c ủa hệ thống hay trong sản xu ất với ñộ chính xác ngoài kh ả năng của con ng ười. Việc cải tiến ñộ chính xác này phù hợp với các cảm biến luôn luôn

ñược tiến hành


ñược tiến hành Các công nghệ mới ñối với cảm biến Cảm biến ñược tích hợp trong một lớp mỏng Cảm biến sử dụng sợi quang, …

Thiết b ị ño phát tri ển trong ngành công nghi ệp Nó phát triển trong lĩnh vực sản xuất Nó phục vụ việc kiểm soát chất lượng, tuân thủ các các chức năng

trong quá trình sản xuất Nó cho phép tăng tính bảo mật


Nhận ñịnh

Thiết b ị ño ñược phổ biến rộng rãi Tất cả các hệ thống ñiện tử « hiện ñại » xử lý các cảm biến

Thường rất ñơn giản… nhưng ngày càng tốt hơn Các thiết bị ño trở nên tin cậy ñối với người sử dụng:

Tính bảo mật cao Tính tin cậy cao khi sử dụng

Từ những n ăm 1990, là kỷ nguyên c ủa công ngh ệ thông tin


Từ những n ăm 1990, là kỷ nguyên c ủa công ngh ệ thông tin Thiết kế một hệ thống thông tin Thiết bị ño bước vào một thời kỳ cách mạng mới:

Số liệu dưới dạng số Tốc ñộ xử lý thông tin và truyền ñạt thông tin ngày càng lớn Sử dụng bộ xử lý chuyên dụng Sử dụng mạng chuyên dụng


Tương lai ...

Thiết bị ño ñược « ảo hóa » Sử dụng hệ thống thông tin Sử dụng công nghệ dòng chảy và vi ñiện tử

Máy tính cá nhân, xử lý chuyên dụng. Chương trình ña nhiệm, ña người sử dụng.

Tổ chức lao ñộng tốt hơn Sử dụng ngày càng ổn ñịnh. Bảo mật tốt hơn.


Bảo mật tốt hơn.

Thiết bị ño phân tán. Sử dụng mạng công nghiệp

RS232, Bus IEEE 488, bus I2C, bus CAN, mạng WorldFIP Dựa vào việc sử dụng mạng công nghệ thông tin « truyền thống »

Các thiết bị sử dụng cấu trúc theo mạng Ethernet và sử dụng Internet

Thiết bị truyền không dây (wirelessHart…)


Tương lai ...

Các cảm bi ến càng ngày càng ñược thu nh ỏ lại Công nghệ vi ñiện tử Vi công cụ

Do sử dụng mạng và s ự phát tri ển của công ngh ệ vi ñiện tử , các cảm bi ến trở nên thông minh h ơn Có khả năng tự thay ñổi ở bên trong ðứng ñộc lập


ðứng ñộc lập Giảm công suất thiêu thụ Tự ñộng ñáp ứng ñược các chức năng của môi trường và

người sử dụng Khả năng tự ñộng thao tác

Truyền thông tin trong các cảm biến và trạm về số liệu ño trong mạng

Bảo quản bảo trì thường xuyên Chuẩn hóa giao diện


Chương 1. Thi ết b ị ño thông minh

Thế nào là một cảm biến thông minh ?

Xem xétmôi trường

VXL

Con người

Hệ Ngoại

ðối tượng


môi trườngxung quanh

TBð

TBðHệ thống

Ngoại cảnh

Nâng cao ñặc tính kỹ thuật


Khái ni ệm

Các thiết bị thực hiện một số chức năng xử lý một cách linh hoạt theo một thuật toán với một ý ñồ nhất ñịnh của người thiết kế

Vai trò của µP : Thu thập số liệu


Thu thập số liệu Lưu giữ các quá trình chuẩn ñộ, các thông số Tuyến tính hoá, tính toán nội suy ðiều hành việc ño


1.1 Cấu trúc c ủa thi ết b ị ño thông minh

ADC

Nguyễn Hoàng Nam12Thiết bị và hệ thống ño thông minh

Hệ thống dồn kênh s ố

Có hai mô hình Mô hình thu thập không ñồng bộ Mô hình thu thập ñồng bộ

CB Chuẩn hoátín hiệu

Chọ

n kê

nh t

ương

tự


Chọ

n kê

nh t

ương

tự

S&H ADCCB Chuẩn hoátín hiệu

CB

Bộ ñiều khiển logic

Chuẩn hoátín hiệu



CB T.nhất hoátín hiệu

Chọ

n kê

nh

S&H

ADCCB T.nhất hoátín hiệu S&H


Chọ

n kê

nh

CB T.nhất hoátín hiệu

Bộ ñiều khiển logic

S&H



Tổ chức của một chuỗi thu thập số liệu

Tính toán hệ số của chuỗi từ ñó có thể tính toán hệ số của mạch chuyển ñổi ADC

Trường hợp hệ số khuếch ñại là cố ñịnh Trường hợp hệ số khuếch ñại là thay ñổi

Tính toán ñộ phân giải của chuỗi ño ðộ phân giải thực tế


ðộ phân giải thực tế ðộ phân giải và nhiễu

Tính toán thời gian Mối quan hệ giữa tần số lấy mẫu và ñặc tính

thời gian của chuỗi ño



1.2 Thiết bị với môi trường xung quanh - chức năng thông minh

VXLTB®o

con ng−êi

HÖ thèng

ngoµi canh

®èit−îng

Thích ứng với các ñốitượng, các d ạng tín hi ệukhác nhauChọn thang ñoThay ñổi cấu trúc ñoThực hiện quá trình ñoChọn dải tần sốChọn ñộ phân ly

Giám sát, thu thập, ñiều khiểnPhục vụ ñiều hành hệ thốngChuẩn ñoán kỹ thuật phục vụ vận hànhTrợ giúp kỹ thuậtThuận tiện cho người sử dụng

Phối hợp với hệ thống thông qua Bus


N©ng cao ®ÆctÝnh kü thuËt

Loại trừ ảnh hưởng của các yếu tố ngo ạicảnh.Bù các sai số phụ:Sai số cơ họcSai số vận hànhSai số do thời gianCộng tính, nhân tính

thông qua BusThu thập số liệuTự ñộng hóa hoạt ñộngBảo vệ, ghi nhớ, cảnh báo...

Nâng cao ñộ nhậy, ngưỡng nhậy, tuyến tính hóa, bù trễNâng cao ñộ chính xác (chọn phương pháp ño)Nâng cao ñặc tính ñộngða chức năng hóa thiết bị


Các thu ật toán x ử lý thông minh trong thi ết b ị ño

Tự ñộng chọn thang ño Tự ñộng chuẩn ñộ Bù sai số Nâng cao ñộ phân giải


Nâng cao ñộ phân giải

Tự ñộng chọn thang ño – thang chia ñều

Thông thường người ta ñịnh thang ño cách nhau 10 lần (hoặc theo ñộ phân giải của thang)

ðiều kiện sử dụng thang ño tự ñộng

Cách tiến hành ño - cách 1

maxmax10

1XXX do ≤≤



Tiến hành ño ở thang lớn nhất

Dựa trên giá trị ño ñể tìm thang có giá trị thỏa mãn ñiều kiện


So sánh với các giá trị của thang

Xdo thỏa mãn ñiều kiện Xi<Xdo<Xi+1


Tự ñộng chọn thang ño - theo sai số yêu cầu

Bố trí sao cho sai số tươngñối của phépño:

β = γ. max dông cô

®o

U

X

Nh− vËy ta thÊy:

min max dông cô ®o

max dông cô

lóc X X

Xlóc X X

β = γ =β = γ =


max dông cô

max min dông cô min®o

min®o

lóc X XX

β = γ =

NÕu dông cô chia lµm nhiÒu thang ®o ta cã:

Thang ®o:

1max1max

1 1min 1min

2 2min 2max2max

1min

X.

D X

D X.X

β =γ β =γ β =γ β =γ

Tự ñộng chọn thang ño

Bố trí sẵn các thang ño theo sai số yêu cầu

ðể ñảm bảo cho phép ño có sai số nhỏ hơn sai số γ các thang ño sẽ

TBð

XPGA

Có D, γ ñã xácñịnh


ðể ñảm bảo cho phép ño có sai số nhỏ hơn sai số γyeucaucác thang ño sẽ ñược phân ñịnh: (X1min<Xdo <X1n), (X2min<Xdo <X2n), (X3min<Xdo <X3n), ... tương ứng với hệ số khuếch ñại của các bộ khuếch ñại có ñiều khiển PGA: G1, G2, G3, ...

Với γ - Sai số tương ñối quy ñổi của thiết bị ño sử dụng

nXX 1min1 βγ=


Tự ñộng chọn thang ño

TBð

XPGA

Có D, γ ñã xácñịnh

Tiến hànhquátrìnhño theotrình tự Kết quả ño


Tiến hànhquátrìnhño theotrình tự ðặt thangño lớn nhất

ðọc kết quả

So sánh giá trị ñọc về ñể chọn thangño thíchhợp (ñiều khiển việc thayñổi hệ số khuếchñại)

ðọc lại kết quả ño ở thangño mới

Tự chuẩn ñộ trong một cảm biến thông minh

Tự chuẩn ñộ trên một bo cảm biến: tự ñộng phụ thêm hoặc chỉnh . Chặt các giá trị ñặt trước

Trạng thái cân bằng ñể tăng tính tuyến tính


Tự chuẩn ñộ trong cảm nhậy yếu: kết hợp với cơ cấu chấp hành ñể sinh ra một giá tín hiệu chuẩn ñộ

Tự chuẩn ñộ trên phương pháp chính xác là rất linh hoạt: chuẩn ñộ tín hiệu không phải theo một chuẩn

Self-calibrating sensactor

On-chip cơ cấu chấp hành dùng ñể tạo ra tín hiệu chuẩn, ñược dùng ñể hiệu chỉnh hàm truyền:


Ví dụ về tự chuẩn ñộ: Hall sensor (1)

Nguyên tắc: từ trường bên ngoài BEXT sinh ra sức ñiện ñộng Hall VH trên tấm với dòng ñiện ñi qua là IBIAS


Vấn ñề : Không ban ñầu Sai lệch của ñộ nhạy (do nhiệt ñộ)

Self-calibration example: Hall sensor (2)

Tự chuẩn ñộ của ñộ nhạy sử dụng cuộn dây tích hợp:


Dòng ñiện IREF qua cuộn dây sinh ra từ trường BREF

Phát xung hoặc ñiều chế phân bố BEXT

Self-calibration example: Hall sensor (3)

photo testchip


HiÖu chØnh lçi

VD: R= X- Xd

R - KÕt qu¶ khi ®· gia c«ng

X - KÕt qu¶ ®o ®−îc

Xd - thÓ hiÖn tinh céng tÝnh

VD: Sensor nhiÖt ®é AD 590 (Analog Devices) dßng ®iÖn ra tØ lÖ 1µA/K, ®iÖn thÕ


Devices) dßng ®iÖn ra tØ lÖ 1µA/K, ®iÖn thÕra VT ®−a ra nh− h×nh vÏ ë nhiÖt ®é 250C (298.2K) , cã dßng b×nh th−êng 298.2µA .

R¬i trªn ®iÖn trë R=1000Ω, nã ®−a ranhiÖt ®é tuyÖt ®èi: T(K) =1000 x (1 µA).

TÝnh ra nhiÖt ®é C:

T(0C) =T(K)-273,2


Nh©n víi mét h»ng sè

Mét m¹ch cÇu ®o biÕn d¹ng,

§iện thÕ ra X ®−îc tÝnh nh− sau:

sai lÖch ®iÖn trë trªn c¶m biÕn

Gi¶ sö r»ng Es = 1 V, σ theo luËt Hook e ®−îc tÝnh

R

REX S

∆=

R

R∆


®−îc tÝnh

E lµ modul ®µn håi cña kim lo¹i, K hÖ sè co gi·n

Th«ng th−êng ®èi víi mét sè thÐp th×E=200 000N/mm2. NÕu K b»ng 2 th× ta cã

XK

E

R

R

K

E =∆=σ

XX 1000002

200000 ==σ


Tính toán bậc biểu thức


C¶m biÕn ®o nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®iÖn trë Nikel: Trongkho¶ng -600C< T< +700C, ®iÖn trë thay ®æi theo nhiÖt®é theo c«ng thøc:

R(T) = R0(1+AT+BT2)

∑=

=8

0i

ii TaV


Gia c«ng sè liÖu thèng kª

Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt phom¸t , s¶n phÈm ®−îc x¸c ®Þnh theo träng l−îng, sailÖch cña träng l−îng trªn mét gãi cña N tóm lµ kh¸ lín ®Ó ®iÒu khiÓn. KÕt qu¶®−îc tÝnh to¸n bëi µP.

-N sè lÇn ®o

Träng l−îng trung b×nh XN

XP

N

l

l == ∑=1


Sai lÖch

Sai lÖch b×nh qu©n ph−¬ng:

Nl=1

( )∑=

−=N

l

l

N

XX

1

2

var

( )∑=

−=σ

N

l

l

N

XX

1

2


Bù sai số thiết bị bằng phương pháp lặp (hồi quy)

Sơ ñồ của phép hiệu chỉnhsai số bằng phương pháplặp ñược nghiên cứu tại

trường ðại học Bách KhoaKIEV cho phép loại trừ mọi

sai số của thiết bị màkhông cần biết nguyên

nhân


nhân


Bù sai số thiết bị bằng phương pháp lặp (tiếp)


ðại lượng X qua bộ biến ñổi thuận và mã hoá A/Dthành N'X1 (có các loại sai số). N'X1 ñược ñưa vào mộtbộ ghim giữ R1 sau ñó ñổi nối chuyển sang vị trí 2. N'X1ñược ñưa về qua bộ D/A biến thành X'K


qK = lượng tử của mạch D/A. qx = lượng tử của mạch A/D Số hiệu chỉnh sẽ là: (ở sau bộ trừ số).

X'K ñược ñưa vào A/D của thiếtbị

1K X KX' N q′=

ñầu ra của bộA/D.

1

K

X K aX

x x

N q (1 ) X (1 )N

q q′

′ + γ ∆ +γ′ = +

1 Khc X XN N N ′′ ′∆ = −


Số hiệu chỉnh sẽ là: (ở sau bộ trừ số).

∆Nhc: ñược ñưa vào bù sai số cho (nhờ bộ cộng). Sai số sau khi hiệu chỉnh sẽ là: γC = γ2.

γC: Sai số sau một lần hiệu chỉnh. γ: Sai số trước khi hiệu chỉnh.

Nếu γ << 1 (vô cùng nhỏ). γ2 → 0 (càng nhỏ hơn nhiều). ðể sai số ngày càng nhỏ ta có thể lặp lại phép bù sai số nhiều lần

cho ñến khi ñạt yêu cầu.

1 Khc X XN N N ′′ ′∆ = −

ðiều kiện hội tụ γD/A < γA/D.


Sơ ñồ dùng với vi xử lý

Nguyên lý trên trở nên hiệu quả khi sử dụngvới vi xử lý

A/D

1NX1'


D/A

MCU2

X'K

DK

N’X’K

N’X1


Ví dụ - Chuẩn ñộ, phát triển và thành công

Các thiết bị chuẩn ñộngày càng trở nên chínhxác và ngày càng tốt hơn.

Precision DMM

Bridge

Scope Meter


Mass Balance

V


Chuẩn ñộ, phát triển và thành công

Cần nhiều thiết bị chuẩn ñộ hơnHoặc Các thiết bị chuẩn ñộ cần sai số nhỏ hơn và nhiều

chức năng hơn

60’s Single Function Calibrators (0.05% - 0.01%)


60’s Single Function Calibrators (0.05% - 0.01%) 70’s Multifunction Calibrators (0.005%) 80’s Programmable High Accuracy Multifunction Calibrators

(4-10 ppm) 90’s Programmable Multi Product Calibrators

(50ppm-20ppm) 2002 New Calibrators Calibrating “new” -Parameters.


Chuẩn ñộ, phát triển và thành công

Nhu cầu về chuẩn và mẫu tăng lên Tăng nhu cầu về trình ñộ của người sử dụng Thiết bị bền


Nhưng ñồng thời…….

Ít người có kỹ năng tốt Kinh phí có hạn


Giải pháp (1)

Thiết bị chuẩn ñộ Với việc nhúng vào mạng các hệ thống hiệu chuẩn

(Artifact Cal, Self Cal, Auto Cal) Cần ít các thiết bị hỗ trợ và/hoặc cần ít chuẩn s Cần ít các thao tác can thiệp

vào


vào


10 V Ref. 1 ΩΩΩΩ Ref. 10 k ΩΩΩΩ Ref.ExternalExternal External

Giải pháp (1)

Artifact Cal®

3 Standards (10V, 1Ω, 10kΩ) used for calibrating the Fluke 57X0 Series Multifunction Calibrators

Uses internal embedded traditional

ratio, bridge, comparison and transfer techniques to relate all functions and ranges to the 3 references.


Internal10 V Ref. 1 Ref. 10 k ΩΩΩΩ Ref.

Int. AC/DCXfer Std.

Int. Prec.Divider

Int. NullDetector

Internal InternalΩΩΩΩ

and ranges to the 3 references.

Provides CalCheck® internal calibration data for increased calibrator confidence.

Brings back the calibrator within its 24Hrs specifications.


Giải pháp (2)

Truyền chuẩn ña chức năng Calibrated at the workloads (=calibrator) critical

calibration/verification points Supporting major installed Calibrators and their

Functionality and Ranges. Guided/Controlled by Computer based


Guided/Controlled by Computer based Procedures

Requiring Less Operator Interference


Giải pháp (3)

“Chuẩn ñộ sử dụng Internet:Use of the Internet in calibration applications

Truy cập trực tiếp ñến số liệu Results & analysis Online asset management information


Online asset management information

ðo tự ñộng Sharing programs Online instrument control

Truy cập ñến chuyên gia Online knowledge transfer


Ứng dụng của việc chuẩn ñộ: Traceability Importation

Traditional and alternative approaches for disseminating DC Voltage & Resistance Traceability

Software embodiesexpertise of high level lab

National Laboratory

Low uncertaintymeasurement


Textual and visual usersetup and connection

instructions.

Measurement processautomation.

Multifunction Transfer Standard

Internet Link

GPIB

ΩΩΩΩV

UserLaboratory

ΩΩΩΩV

UserLaboratory

ΩΩΩΩV

Traditional Standards


Another UK Internet Cal project

NPL & BAE Systems: Network Analyser Calibration

PIMMS = NPL Primary IMpedance Measurement System

Precision verification artefacts used as transfer standard from NPL


Photo courtesy of NPL Management Ltd

standard from NPL

ANA driven by external computer overriding firmware calibration procedure

Calibration, measurement, & uncertainty algorithms implemented via internet link from NPL host computer


Kết luận sơ bộ:

Artifact Cal, Self Cal, AutoCal, Internet Cal Improve consistency through automation and

elimination of “human creativity” Reduce downtimes dramatically Reduce the necessary support package


Reduce the necessary support package Reduce the calibrator’s cost of ownership Simplifies logistics issues


Chương 2. Hệ thống ño thông minh

Mạng cảm biến


Hệ thống mạng cảm biến thông minh - Smart sensors (1)

Sensor + giao diện ñiện tử trên một chip


Chuẩn hoá ñầu ra phù hợp vớixử lý tín hiệu số Kết nối với giao diện bus


Chuẩn về hệ thống mạng cảm biến-IEEE1451


NCAP – Network-capable application processor TII – Transducer-independent interface STIM – Smart transducer interface model TEDS – Transducer electronic data sheet


Khác gì với ñịnh nghĩa ….?

One definition is found in IEEE 1451.2-1997:A Smart Transducer is “A transducer that provides

functions beyond those necessary for generating a correct representation of a sensed or controlled quantity. This functionality typically simplifies the integration of the transducer into applications in a


integration of the transducer into applications in a networked environment.”

A Smart Sensor is “A sensor version of a smart transducer.”

Key concept: A smart sensor adds value to the data to enable or support distributed processing and decision making


Phân loại nội dung của cảm biến TEDS


Sơ ñồ khối


Kiến trúc




Smart sensors (2)

Thách thức: Cảm biến trên IC phù hợp với quá trình Sai số của giao diện ñiện tử

Khả năng:


Khả năng: Xử lý (nhạy) những tín hiệu cảm biến nhỏ ðọc mới mà không bị ảnh hưởng bởi tính chất hình học Tự kiểm tra và tự chuẩn ñộ


Ví dụ


NCAP – Network-capable application processorSTIM – Smart transducer interface model


Thiết b ị và hệ thống ño ảo

Khái ni m và gi i thi u các công c

Khái niệm này ra ñời cùng sự phát triển của máy tính cánhân

ðN: Lớp của phần cứng hoặc phần mềm thêm vào chomáy tính ñể làm cho người dùng có thể tác dụng qua lại


máy tính ñể làm cho người dùng có thể tác dụng qua lạivới máy tính như một một thiết bị ñiện tử cổ ñiển.

Khái niệm này ñược National Instrument ñưa ra vàokhoảng những năm 1986.

Công cụ LabVIEW ( Laboratory Virtual Instrument Workbench)

Thiết bị và hệ thống ño ảo

Mục ñích của National Instruments

Thiết bị ảo Làm một máy PC thành công cụ dùng cho các ứng

dụng khoa học, kỹ thuật và công nghiệp Làm một máy PC thành một hệ thống thiết bị ño ảo


Một môdun siêu thiết bị có khả năng ñáp ứng ñược tất cả các yêu cầu cho việc

kiểm tra, ño và tự ñộng ñiều khiển công nghiệp Không biết các tiền yêu cầu

của một ngôn ngữ lập trình phức tạp ñáp ứng ñược ý muốn của người sử dụng

Thiết bị và hệ thống ño ảo

Thiết b ị ảo

Thiết bị dựa trên PC

Virtualinstrument

What is Virtual Instrument?


Thiết bị ñộc lập

Người bán hàng tự xác ñịnh Người dùng tự xác ñịnh

[LabView Basics I Course]

instrument

Các phần tử cơ bản cuả thiết b ị ño

HiệnHiện th ịth ịThu Thu th ậpthập PhânPhân tíchtích


Tín hiệu

làm tròn

và chuẩn

hoá

INSTRUMENT

DAQ Boards

IEEE488 (GPIB)

VXI

RS-232

ðiều khiển trạng thái

ðịnh dạng

Tính toán

User Interface

Hard Copy

File I/O

Interprocess Communication

Networking


Thiết b ị ảo

Industry-standard components

Flexible

Scalable

Connectivity

Compatibility

Increased productivity


Increased productivity

Reduced cost


Mô hình Chuẩn của thiết bị ño SAMI

SAMI (Standard Architecture for Measurement for Instrumentation)

Thu th ậpThu th ập Phân tíchPhân tích

Tín hiệu

làm tròn

INSTRUMENT

DAQ Boards

IEEE488 (GPIB) Tính toán

User Interface

Hard Copy


làm tròn

và chuẩn

hoá

VXI

RS-232

ðiều khiển trạng thái

ðịnh dạng

File I/O

Interprocess Communication

Networking

Thành phần chính của thiết bị ảo

Phần cứng: Các vi thu thập số liệu và phầnchuẩn hoá tín hiệu

Phần mềm: Các phần mềm khác nhau phụcvụ cho việc xử lý tín hiệu và trình bày số liệu


SCXI1140

SCXI1140

SCXI

1140

SCXI1140

SCXI-1001

MAIN FR AME

SCX I

SCXI1100

Control Panel

Flow

Pressure Alarm Conditions

STOP

Temperature

Tích hợp hệ thống của bạn

Phần mềmLabVIEWPhân tíchvà hiện th ị

Phần cứng & ph ần mềm ñiều khi ểnThu th ập và ñiều khi ển

PC orWorkstation


NAT IONAL

INSTRUMENT S®

bus

GPIB Instruments

Serial Instruments

DAQ Products

Unit Under Test

Process

VXI Instruments

Other networked computers


Vỉ thu th ập số liệu và truy ền tin


• DAQ library supports all DAQ boards

• LabVIEW uses the NI-DAQ driver-level software

• DAQ boards for – Analog I/O– Digital I/O

Tổng quan


– Digital I/O– Counter/timer I/O

• DAQ system components


Bàn làm vi ệc của N.I

Un ordinateur PC/Windows Pentium II recommandé (486 mini) 32 M de mémoire recommandé (8 mini) 1,6 G de disque dur (500 M mini) lecteur de CDRom écran 17 ’ ’ Windows 3.1, 95, 98 ou NT

Une carte d’acquisitionmultivoies National Instruments


+ 1 ou 2 appareils classiques+ 1 ou 2 appareils classiques

multivoies National Instruments sonore type SoundBlaster

Une carte de contrôle de bus GPIB/IEEE488 National Instruments VXI

Accessoires pour l ’éducation DAQ Signal Accessory NI Instrument Simulator

Giới thiệu về LabVIEW

Ngôn ngữ lập trình ñồ hoạ Có Dataflow , nhìn trực quan về mặt xử lý và phân

tích Có ñầy ñủ chức năng lập trình cho Windows, tận

dụng mô hình OLE (Objects Lingking &Embedding)Thiết lập mạng truyền thông chuyên dụng cho việc


Thiết lập mạng truyền thông chuyên dụng cho việcnhận và truyền dữ liệu. tạo VI Server cho khả năngquan sát và ñiều khiển từ xa

Ví dụ

Máy tính PC


Thiết bị ño(optionnels)

cảm biến

Hệ thốngnghiên cứu

Cấu trúc của LabVIEW

Gồm 3 phần chính: Mặt máy : Front panel Sơ ñồ khối: Block Diagram Biểu tượng / bộ kết nối: Icon/Connector


Mặt máy - Front panel

Run®Ó ch¹y ch−¬ng

Icon/ConnectorBiÓu t−îng liªn

kÕt cña VI


®Ó ch¹y ch−¬ng tr×nh

Run continuousch¹y ch−¬ng tr×nh liªn

tôcStop

Ng¾t møc cao nhÊt

PauseT¹m dõng

C¸c chÕ ®é chänFont

S¾p xÕp nhãm theo ®−êng th¼ng

S¾p xÕp nhãm theo kho¶ng c¸ch

ChuyÓn ®æi vÞ trÝ

Nhãm s¾p xÕp bè côc cña Front Panel

Nhãm lÖnh thùc thi ch−¬ng tr×nh

Cấu trúc - Block Diagram (1)

Thanh Menuchøa tÊt c¶ çc

lÖnh thùc thi cÇnthiÕt

Çc nót thõa hµnhtrùc tiÕp


trùc tiÕp

Th©n chÝnh cñaBlock Diagram

gåm çc khèi chøcn¨ng

Block Diagram (2)

Step out


Debug executionsö dông nót nµy ®Ó ch¹y

debug t×m n¬i ph¸t sinh lçi

Start single stepCh¹y debug tíi terminal kÕ

tiÕp ®Ó xö lÝ

Start single stepCh¹y debug qua terminal

®ang xö lÝ

Step outCh¹y debug qua vßng lÆp, hoÆc qua mét nhãm thiÕt bÞ

hay mét subVI

Icon/Connector

Çc ®Çu vµo ra cña subVIPhÝa tr¸i lµ Input

PhÝa ph¶i lµ Output


ThiÕt kÕ icon riªng cho subVI cña m×nh

Tool palette

Operating tool - C«ng cô hµnh ®éng§Æt çc khèi vµ ra lÖnh thùc thi ch−¬ng

tr×nh trong Front Panel vµ Block Diagram

Position tool - C«ng cô chän lùaDi chuyÓn, ®Þnh vÞ vµ thay ®æi kÝch th−íc hay xo¸ khèi trong Front Panel vµ Block Diagram

Labeling tool - C«ng côd¸n nh·n

Scroll tool - C«ng cô cuénDÞch chuyÓn cöa sæ tÇm nh×n

Wiring tool - C«ng cô ®i d©yNèi çc khèi víi nhau, chÝnh lµ

®−êng truyÒn d÷ liÖu, chØ sö dôngtrong Block Diagram

Breakpoint tool - C«ng cô t¹o


Breakpoint tool - C«ng cô t¹o ®iÓm ng¾t

Sö dông ®Ó debug trong Block Diagram

Object popup tool C«ng côthùc ®¬n

LÊy Control Palette

Probe tool - C«ng cô th¨m dßSö dông trong debug vµ th¨m dß d÷

liÖu truyÒn trªn ®−êng d©y

Color copy tool - C«ng cô b¾t mµuLÊy mµu cña mét ®èi t−îng ®Ó sö

dông vµo ®èi t−îng kh¸c

Color tool - C«ng cô vÏSö dông ®Ó vÏ mµu cho çc ®èi t−îng trong c¶ Front

Panel vµ Block Diagram

Control PaletteNumeric

Chøa çc hiÓn thÞ vµ ®iÒu khiÓn d¹ng sè

BooleanChøa çc nót bÊm tr¶ gi¸

trÞ ë d¹ng to¸n tö T / F

String & Path§èi t−îng hiÓn thÞ vµ ®iÒu

khiÓn chuçi hoÆc ®−êng dÉn

GraphÇc d¹ng ®å thÞ hiÓn thÞ

I / OChøa çc khai b¸o giao tiÕp nèi

ghÐp víi çc thiÕt bÞ vµo ra

Array & ClusterM¶ng hoÆc chuçi d÷ liÖu

List & TableT¹o çc danh s¸ch hay çc

b¶ng tra

Ring & EnumT¹o çc menu popup ®Ó chän lùa Classic control

Çc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn trong


RefnumT¹o ®−êng truyÒn dÉn d÷ liÖu

Dialog controlT¹o hép ®èi tho¹i, chän lùa cho

ng−êi dïng

DecorationsTrang trÝ cho Front Panel

Internet toolkitÇc øng dông cho internet

SPC§Ó hiÓn thÞ viÖc xö lÝ tÝn hiÖu

Çc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn trongLabVIEW 5x

ActiveXÇc modul chøc n¨ng cã

thÓ sö dông

User controlÇc hµm do ng−êi dïng t¹o ra

Select a controlChän ®èi t−îng ®· ®−îc x©y

dùng s½n


Function Palette

+ Các hàm số học Numeric+ Các hàm trạng thái Boolean+ Các hàm chuỗi kí tự String+ Các hàm mảng Array+ Các hàm Cluster+ Các hàm so sánh Comparison+ Các hàm thời gian Time và Dialog+ Các hàm vào ra file I/O+ Các hàm thu tập dữ liệu DAQ+ Các hàm dạng sóng Waveform+ Cáchàm phân tích Analyze


+ Cáchàm phân tích Analyze+ Các hàm thiết bị vào ra I/O+ Các hàm Motion và Vision+ Các hàm toán học Mathematics+ Các hàm truyền Communication+ Các hàm ñiều khiển ứng dụng+ Các hàm ñồ thị và âm thanh+ Các hàm hớng dẫn Tutorial+ Các hàm tạo Report+ Các hàm cấp cao Advanced+ Các hàm Select VI+ Các hàm th viện ngời dụng


Ví dụ

Truyền thông trong mạng cảm biến không dây Ưu ñiểm của truyền thông không dây

Không yêu cầu phải nhìn thấy ñược Cho phép liên kết theo mọi hướng

Nhược ñiểm của truyền thông không dây (trên góc ñộ thiết bị nhỏ gọn) Anten – cm (tăng tần số -> hiệu suất thấp và bị tiêu hao nhiều)

Hiệu suất truyền tin kém khuếch ñại công suất GMSK hiệu


Hiệu suất truyền tin kém khuếch ñại công suất GMSK hiệu suất 50%, CDMA 10%

Công suất nhận ñược thay ñổi theo khoảng cách, tỉ lệ với 1/d2

ñến 1/d7

Ví dụ: Bluetooth: 100nJ/b ở 10m IEE 802.15.4: 0dBm truyền (25nJ/b ở 100m), nhận -92dBm,

40kbps @902-928MHz

Truyền thông quang

Nhỏ: 0.03um3

Hiệu suất cao Công suất nhận ñược tỉ lệ với 1/d


thi - mientayvn.commientayvn.com/dien tu/tai_lieu/dien_dan/do_luong/bg_thiet_bi_do_thong... · thi...

Documents