Thiết kế hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ dùng vi xử lý ứng dụng trong giảng dạy tại trường đại học sao đỏ

sau: khuếch đại, lọc, phối hợp trở kháng, điều chế và dải điều chế…Bộ khuyếch đại mức thấp và bộ lọc thông thấp là những bộ chuyển đổi chuẩn hoá thông thường nhất * Bộ khuếch đại thuật t

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS PHẠM THỊ NGỌC YẾN

HÀ NỘI - 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của riêng tôi, không sao chép của

ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn

Hà Nội ngày 25 tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Phương Huệ

MỤC LỤC

Mở đầu……… 5

Danh mục các hìnhvẽ……… 7

Danh mục các bảng……… 9

Chương I:Giới thiệu hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ……… 10

1.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển nhiệt độ……… 10

1.2 Mô hình tổng quát của các hệ thống đo nhiệt độ……… 10

1.2.1 Mô hình hệ thống điều khiển……… 10

1.2.2 Chức năng các khối trong hệ thống điều khiển……… 11

1.2.3 Các phần tử trong thiết bị đo……… 12

Chương II: Cảm biến đo nhiệt độ……… 15

2.1 Khái niệm cảm biến……… 15

2.2 Phân loại cảm biến nhiệt……… 15

Chương III: Các phương pháp đo nhiệt độ……… 21

3.1 Cơ sở chung……… 21

3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ……… 21

3.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc……… 21

3.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc……… 23

Chương IV: Thiết kế bài thí nghiệm lựa chọn cảm biến đo nhiệt độ… 25

4.1 Mục đích……… 25

4.2 Phân tích cấu trúc cơ sở dữ liệu của chương trình trợ giúp lựa chọn thiết bị đo………

25 4.3 Hệ thống các luật tìm kiếm……… 29

4.4 Hoạt động của chương trình……… 31

4.5 Các bước thiết kế và thực hành……… 35

4.5.1 Thiết kế……… 35

4.5.2 Thực hành……… 38

4.6 Giao diện của chương trình……… 38

Chương V: Thiết kế và xây dựng một số bài thí nghiệm ứng dụng hệ

thống đo lường và điều khiển nhiệt độ………

41 Phần I: Thiết kế hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ……… 41

5.1.Giới thiệu chung……… 41

5.2 Thiết kế mạch đo và điều khiển nhiệt độ……… 42

5.2.1 Hệ thống đo lường số……… 42

5.2.2 Chuyển đổi tương tự- số……… 44

5.3 Thiết kế phần cứng……… 54

5.3.1 Sơ đồ khối……… 54

5.3.2 Sơ lược chức năng các bộ phận……… 55

5.3.3 Sơ đồ chi tiết các khối……… 55

5.4 Thiết kế phần mềm 60

5.4.1 Lưu đồ giải thuật tổng quát……… 60

5.4.2 Giải thuật chương trình đọc ADC và chương trình đổi số nhị phân sang mã BCD ………

61 5.4.3 Giải thuật xuất LED……… 61

5.4.4 Giải thuật chương trình tăng giảm……… 63

5.4.5.Giải thuật chương trình so sánh và điều khiển ……… 64

Phần II: Xây dựng bài thí nghiệm ứng dụng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ………

65 Bài 1: Ghép nối cảm biến với mạch đo……… 65

1 Mục đích: ……… 65

2 Một số loại cảm biến nhiệt……… 65

3 Nguyên lý làm việc chung của cảm biến nhiệt……… 71

4 Thực hành……… 72

Bài 2: Thực hành ghép nối mạch đo với vi xử lý, hiển thị kết quả và phương pháp bù sai số………

74 1 Mục đích……… 74

2 Giao tiếp máy tính……… 74

3 Phần cứng……… 83

4 Các bước thực hành ……… 86

Kết luận……… 88

Tài liệu tham khảo……… 90

MỞ ĐẦU

Đất nước ta đang trong quá trình hội nhập và phát triển, sự cạnh tranh với các nước trên thế giới trên tất cả các lĩnh vực rất quyết liệt đòi hỏi các ngành, các cấp phải không ngừng đổi mới phương pháp quản lý, áp dụng công nghệ tiến tiến, hiện đại để nâng cao chất luợng và hiệu quả công việc

Đối với ngành giáo dục cũng vậy, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường lao động, cần phải nâng cao chất lượng đào tạo, khẳng định và giữ vững thương hiệu Vì vậy, đòi hỏi các cơ sở đào tạo, đặc biệt là các trường đại học, cao đẳng, ngoài yếu tố không ngừng nâng cao trình độ chuyên môn và chất lượng đội ngũ giáo viên, giảng viên, các trường nói chung và trường Đại học Sao Đỏ nói riêng cần phải chú trọng đến việc sử dụng, khai thác phương tiện, đồ dùng dạy học hiện đại, ứng dụng các phần mềm phục vụ quá trình giảng dạy, nâng cao chất lượng đào tạo… Ngày nay, việc ứng dụng máy tính vào trong kỹ thuật đo lường và điều khiển không còn xa lạ vì khi các thiết bị đo lường điều khiển được ghép nối với máy tính sẽ có thời gian thu thập và xử lý dữ liệu ngắn trong khi mức độ chính xác vẫn được đảm bảo, nhưng điều đáng quan tâm hơn cả là khả năng tự động hoá trong việc thu thập

và xử lý dữ liệu Một bước tiến quan trọng trong kỹ thuật vi xử lý là sự ra đời của các bộ vi xử lý kỹ thuật số Đây là một vi mạch điện tử có mật độ tích hợp cao bao gồm rất nhiều các mạch số có khả năng nhận, xử lý và xuất dữ liệu Đặc biệt là quá trình xử lý dữ liệu được thực hiện theo một chương trình là một tập hợp các lệnh từ bên ngoài mà người sử dụng có thể thay đổi dễ dàng tuỳ thuộc vào từng ứng dụng

Do đó một bộ vi xử lý có thể thực hiện được rất nhiều các yêu cầu điều khiển khác nhau phụ thuộc vào nhu cầu của người sử dụng Với những kiến thức có đuợc cùng

với sự quan không ngừng đầu tư trang thiết bị, phòng thí nghiệm phục vụ đào tạo

của nhà trường trong những năm qua Việc tận dụng, khai thác trang thiết bị, phòng thí nghiệm trong việc nâng cao hiệu quả đào tạo cộng với tính ưu việt của vi xử lý

đã thôi thúc em lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ dùng

vi xử lý ứng dụng trong giảng dạy tại trường Đại học Sao Đỏ” với mục đích xây

dựng phần mềm trợ giúp sinh viên trong các bài thí nghiệm đo và điều khiển nhiệt

độ, lựa chọn cảm biến từ đó giúp sinh viên tiếp cận với công nghệ thông tin vào trong quá trình học tập, nghiên cứu và tìm hiểu các ứng dụng của công nghệ hiện đại làm tiền đề cho các em khi ra trường có được những kiến thức thực tiễn

Được sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của PGS-TS Phạm Thị Ngọc Yến cùng các thầy cô trong bộ môn Đo lường và điều khiển đã giúp em hoàn thành luận văn này Tuy nhiên do trình độ còn hạn chế nên luận văn này không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong được sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy cô để luận văn của em được hoàn thiện hơn qua đó giúp em có thể xây dựng những ứng dụng thực tiễn Em xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ khối trong hệ thống điều khiển

Hình 3.1 Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu

Hình 3.2 Mạch bù sai số nhiệt độ do nhiệt độ đầu tự do thay đổi trong nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu

Hình 4.1 Mô dun SQL trong Labview

Hình 4.2 Complete SQL Session

Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán trợ giúp lựa chọn cảm biến

Hình 4.4 Giao diện chính của chương trình

Hình 4.5 Thông báo yêu cầu nhập giá trị khoảng đo

Hình 4.6 Giao diện phần tra cứu

Hình 5.1 Cấu trúc cơ bản của hệ thống đo

Hình 5.2 Sơ đồ khối của một hệ thống đo lường

Hình 5.3 Sơ đồ khối của một hệ thống đo lường số

Hình 5.4 Cấu trúc vi điều khiển 89C51

Hình 5.5 Cấu trúc bộ nhớ chương trình

Hình 5.6 Địa chỉ các ngắt trên bộ nhớ chương trình

Hình 5.6 Cấu trúc bộ nhớ dữ liệu

Hình 5.8 Cấu trúc bộ nhớ trong

Hình 5.9 Cấu trúc 128 byte thấp của bộ nhớ dữ liệu trong

Hình 1.10 128 byte cao của bộ nhớ dữ liệu

Hình 5.11 Sơ đồ khối

Hình 5.12: Các phím nhấn

Hình 5.13: Khối mạch cảm biến nhiệt

Hình 5.14: Lưu đồ giải thuật tổng quát

Hình 5.15: Giải thuật chương trình đọc ADC và chương trình đổi số nhị phân sang

mã BCD

Hình 5.16 Giải thuật xuất LED

Hình 5.17 Giải thuật chương trình tăng giảm

Hình 5.18 Giải thuật chương trình so sánh và điều khiển

Hình 5.19 Cấu tạo của Thermocouple

Hình 5.26a IC cảm biến nhiệt LM35

Hình 5.26b Cảm biến nhiệt dạng Diode

Hình 5.27a IC cảm biến nhiệt DS18B20

Hình 5.37 Sơ đồ khối của hệ thống sử dụng DQA

Hình 5.38 Sơ đồ khối của hệ thống sử dụng RS-232

Hình 5.39 Sơ đồ chân của LM35

Hình 5.40 Sơ đồ nguyên lý mô phỏng trên Proteus

Hình 5.41 Giao diện thiết lập thông số cho ADC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Các loại cảm biến thụ động

Bảng 1.2 Hiện tượng – biến đổi

Bảng 1.3 Kích thích - đặc tính

Bảng 1.4 Tóm tắt cấu trúc dữ liệu và nguồn tra cứu của cảm biến nhiệt độ

Bảng 1.5 Quan hệ giữa loại cảm biến và môi trường sử dụng

Bảng 1.6 Quan hệ giữa vị trí đặt cảm biến và hình dạng cảm biến

Bảng 1.7 Các phép toán số học

Bảng 1.8 Các phép toán logic

Bảng 1.9 Mẫu phiếu điều tra

Bảng 2.1 Các bit địa chỉ T2CON S ER

Bảng 2.2 Ký hiệu các chân 8052

Bảng 2.3 Quy định các chân của cổng Com 9 chân mặc định)

Bảng 2.4 Quy định các chân cổng Com 25 chân (mặc định)

Bảng 2.5 Thông số nhiệt độ chính xác

Bảng 2.6 Hệ số đặc tính kỹ thuật

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

1.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển nhiệt độ

Nhiệt độ là đại lượng vật lý hiện diện khắp mọi nơi và trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong công nghiệp vì mỗi sản phẩm, thiết bị hay điều kiện làm việc cần có những nhiệt độ khác nhau Muốn có nhiệt độ phù hợp cần phải có một hệ thống điều khiển Tuỳ theo tính chất, yêu cầu của quá trình mà nó đò hỏi các phương pháp điều khiển thích hợp

Hệ thống điều khiển nhiệt độ có thể phân thành 2 loại: Hệ thống điều khiển hồi tiếp(feedback control system) và hệ thống điều khiển tuần tự (sequence control system)

- Điều khiển hồi tiếp được xác định và giám sát kết quả điều khiển, so sánh với yêu cầu thực thi và tự động điều chỉnh đúng

- Điều khiển tuần tự thực hiện từng bước điều khiển tuỳ theo hoạt động điều khiển trước khi xác định tuần tự

1.2 Mô hình tổng quát của các hệ thống đo nhiệt độ:

1.2.1 Mô hình hệ thống điều khiển:

Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ là một dạng của hệ thống thu thập dữ liệu Nhìn chung một hệ thống thu thập dữ liệu đầy đủ có những thành phần sau:

+ Phần thu thập dữ liệu từ đối tượng bên ngoài vào hệ thống vi xử lý-máy tính Phần này gồm các cảm biến, (ADC) và các thiết bị ngoại vi khác mạch gia công tín hiệu đo, bộ chuyển đổi tín hiệu tương đồng sang tín hiệu số như nguồn, đường dây truyền dữ liệu…

+ Phần điều khiển bao gồm: hệ vi xử lý, máy tính và hệ thống tác động vào đối tượng

+ Phần mềm: là chương tình cho kit xử lý tại chỗ và chương trình cho máy tính nhằm thu nhận dữ liệu và điều khiển nhiệt độ cũng như giao tiếp với người sử dụng Các thành phần trên liên quan chặt chẽ với nhau, tạo thành một hệ thống hợp nhất

Từ phân tích trên một hệ thống thu thập dữ liệu (ADS) sẽ có những thành phần cấu trúc sau:

Hình 1.1: Sơ đồ khối trong hệ thống điều khiển

1.2.2 Chức năng các khối trong hệ thống điều khiển

a Kít chủ vi xử lý :

Kít sử dụng một chip vi xử lý, là đơn vị master nhận yêu cầu từ người sử dụng

và truyền dữ liệu cho các slave khác, ở đây sử dụng kỹ thật truyền thông đa xử lý để giao tiếp kit chủ và các kit vi xử lý slave, giữa kit chủ và máy tính, chỉ có thể giao tiếp khi tác động phím từ kit

Kit chủ có thiết kế phần cứng như các kít slave, duy chỉ có thêm phần cứng mạng truyền và phần chương trình quản lý các thông số của các đơn vị slave

tự

KIT LƯU TRỮ

VÀ KIỂM TRA

Bộ phân kênh

Máy tính chủ

Mạch đối tượng

n

Mạch gia công 1

b Các kit xử lý tạm thời (Slave) :

Các kit xử lý tạm thời có nhiệm vụ thu nhận các giá trị từ ADC và có khả năng điều khiển nhiệt độ theo các phương pháp khác nhau Chức năng của các thông số

từ cổng nối tiếp

c Mạng truyền :

Dùng để giao tiếp giữa các kit, giữa các kit với máy tính Mạng truyền sử dụng ở đây là theo khuyến cáo của nhà sản xuất chip giao tiếp mã 485 Chuẩn truyền 458 được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điều khiển vi tính đơn giản trong kết nối phần cứng cũng như giao thức truyền, đây là mạng Half Duplex Trong một thời gian

sử dụng nhất định chỉ có thể nhiều nhất hai đối tượng liên lạc với nhau Các cách thức giao tiếp là một vi xử lý chủ và các kit vi xử lý tớ, các kit vi xử lý tớ không thể liên lạc với nhau mà chỉ có thể liên lạc thông qua vi xử lý chủ

1.2 3 Các phần tử trong thiết bị đo

1.2.3.1 Các phần tử trong một hệ thống đo lường

1.2.3.2 Cảm biến

Là phần tử cảm nhận đầu tiên và tiếp cận gần nhất với quá trình đo Cảm biến chịu tác động của các đại lượng cần được điều khiển, giám sát của một hệ thống và gửi tín hiệu điện thu được tương ứng chưa được chuẩn hoá tới bộ chuyển đổi chuẩn hoá

1.2.3.3 Thiết bị chuyển đổi chuẩn hoá

Tín hiệu điện đầu ra của cảm biến thường hoặc là quá yếu hoặc bị nhiễu hoặc chứa cả các thành phần không mong muốn, ngoài ra các tín hiệu này có thể không tương thích với những đòi hỏi của hệ thống thu thập số liệu nên những tín hiệu này thường phải được làm phù hợp trước khi đưa vào các thiết bị khác như xử lý kết quả, điều khiển Các thiết bị chuyển đổi chuẩn hoá thực hiện việc biến đổi các tín hiệu đầu vào là các tín hiệu không chuẩn hoá ở đầu ra của cảm biến thành dạng dạng tín hiệu thích hợp để hiển thị, hoặc lưu giữ hoặc phù hợp với các yêu cầu của các thiết bị tiếp theo Chúng thường gồm các mạch điện thực hiện các chức năng

sau: khuếch đại, lọc, phối hợp trở kháng, điều chế và dải điều chế…Bộ khuyếch đại mức thấp và bộ lọc thông thấp là những bộ chuyển đổi chuẩn hoá thông thường nhất

* Bộ khuếch đại thuật toán:

Trong các hệ thống đo lường ngày nay phần lớn các tín hiệu ra tương tự của cảm biến đều được biến đổi thành tín hiệu số để tiện dùng cho việc lưu giữ hoặc điều khiển do đó các tín hiệu này cần phải được đưa qua bộ ADC (bộ biến đổi tương tự – số) tuy nhiên dải tín hiệu đầu ra của cảm biến thường rất nhỏ cỡ mili V hoặc lại rất lớn không phù hợp với dải đầu vào của ADC hoặc các hệ thống thu thập

số liệu (DAQ system) do đó có thể sử dụng bộ khuếch đại thuật toán để cung cấp các chức năng chuyển đổi chuẩn hóa tín hiệu sau:

· Làm tăng, giảm biên độ của tín hiệu

· Lọc tín hiệu

· Làm giảm trở kháng của tín hiệu ra hoặc

· Cung cấp hệ số khuếch đại có thể thay đổi được

* Bộ lấy và giữa mẫu (Sample and Hold):

Mục đích của bộ lấy và giữ mẫu là để bắt tín hiệu ở đầu ra của cảm biến và giữ lại giá trị đó không đổi trong một khoảng thời gian nhất định vì mỗi bộ ADC đều cần tín hiệu được giữ ổn định trong một khoảng thời gian nhất định để thực hiện việc chuyển đổi một cách chính xác Mặt khác phụ thuộc vào tốc độ biến đổi của tín hiệu ra của cảm biến mà chọn bộ lấy và giữ mẫu có tốc độ thích hợp, nếu tín hiệu ra của cảm biến có tốc độ biến thiên lớn thì cần bộ lấy và giữ mẫu cũng phải có tốc độ lớn thích hợp để kịp bắt được các giá trị biến đổi của đầu ra của cảm biến và ngược lại

* Bộ chuyển đổi tương tự – số (A-D Converter)

Tín hiệu số cho phép lưu giữ dễ dàng, phục vụ cho điều khiển thuận lợi hơn, truyền đi xa ít bị nhiễu, mà tín hiệu đầu ra của cảm biến thường là tín hiệu tương tự nên nó thường được biến đổi thành tín hiệu số trước khi đưa đi xử lý tiếp do đó cần phải sử dụng một bộ chuyển đổi tương tự – số (ADC) Bộ ADC có trở kháng đầu vào nhỏ và chúng đòi hỏi tín hiệu đưa vào đầu vào của chúng là tín hiệu một chiều

hoặc thay đổi chậm và có biên độ không vuợt quá một dải xác định Một trong những thông số kỹ thuật quan trọng của bộ chuyển đổi tương tự số là độ phân giải,

nó là số bít để mã hoá tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ở đầu ra của ADC Việc lựa chọn độ phân giải này rất quan trọng vì nó sẽ ảnh hưởng tới quá trình biến đổi

và lưu giữ số liệu đo được, nó tác động tới việc nhận biết sự biến đổi của tín hiệu, thể hiện sự biến đổi của tín hiệu Tuỳ thuộc vào độ nhạy của cảm biến và độ chính xác yêu cầu của hệ thống đo mà chọn ADC có độ phân giải thích hợp

* Bộ lọc

Cho phép chọn tín hiệu có tần số thích hợp Một ứng dụng điển hình của bộ lọc

là trong hệ thống âm thanh để loại bỏ đi các tín hiệu tạp âm, chỉ lấy các tín hiệu âm nằm trong một dải tần số nhất định phù hợp với tai người nghe

* Hiển thị và lưu giữ

Việc hiển thị kết quả đo có thể dưới dạng tương tự hoặc dưới dạng số Bộ hiển thị có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu đo thu được dưới dạng các tín hiệu điện thành giá trị đo thực tế để hiển thị Việc lưu giữ kết quả đo có thể thực hiện trên băng từ, bộ nhớ hoặc trên giấy

CHƯƠNG II CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ

Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của

cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó Như thế một

yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm

nhận của cảm biến” Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạn trông thấy nó

đều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng

kim….) do đó việc đo có chính xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ

môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu (1trong những yếu tố quyết

định giá cảm biến nhiệt )

Một nguyên tắc đặt ra là: Tăng cường trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường

cần đo

2.1 Khái niệm cảm biến:

Các đại lượng vật lý là đối tượng đo lường như nhiệt độ, áp suất được gọi là

đại lượng cần đo m Sau khi tiến hành các công đoạn thực nghiệm để đo m (dùng

các phương tiện điện tử để xử lý tín hiệu) ta nhận được đại lượng điện tương ứng ở

đầu ra Đại lượng điện này cùng với sự biến đổi của nó chứa đựng tất cả các thông

tin cần thiết để nhận biết m Việc đo đạc m thực hiện được là nhờ sử dụng một thiết

bị gọi là cảm biến

Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có tính

chất điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp, dòng

điện hoặc trở kháng) ký hiệu là s Đặc trưng điện s là hàm của đại lượng cần đo m:

s = F(m) trong đó s là đại lượng đầu ra hoặc đáp ứng của cảm biến và m là đại lượng đầu

vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo) Việc đo đạc s cho phép nhận

biết giá trị của m

2.2 Phân loại cảm biến nhiệt

Có rất nhiều loại cảm biến khác nhau ứng với các đại lượng vật lý khác nhau, tuy

nhiên có thể phân loại cảm biến theo một số tiêu chí như sau:

* Theo nguồn điện cung cấp: Cảm biến được phân loại thành cảm biến tích cực và

cảm biến thụ động

- Cảm biến tích cực: Hoạt động như một máy phát, về mặt nguyên lý cảm biến tích cực thường dựa trên hiệu ứng vật lý biến đổi một dạng năng lượng nào đó (nhiệt, cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng điện ví dụ như các hiệu ứng nhiệt điện, hoả điện, áp điện, quang điện, cảm ứng điện từ Ví dụ như dựa trên hiệu ứng nhiệt điện: giữa các đầu ra của hai dây dẫn có bản chất hóa học khác nhau được hàn lại với nhau

- Cảm biến thụ động: Thường được chế tạo từ những trở kháng có một trong các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo Một mặt giá trị của trở kháng phụ thuộc vào kích thước hình học của mẫu nhưng mặt khác nó còn phụ thuộc vào tính chất điện của vật liệu như điện trở suất ρ, từ thẩm µ, hằng số điện môi ε Vì vậy giá trị của trở kháng thay đổi dưới tác dụng của đại lượng đo ảnh hưởng riêng biệt đến kích thước hình học, tính chất điện hoặc ảnh hưởng đồng thời đến kích thước hình học và tính chất điện của vật liệu Trong bảng 1.1 giới thiệu các đại lượng cần đo có khả năng làm thay đổi các tính chất điện của vật liệu sử dụng để chế tạo cảm biến thụ động

Bảng 1.1 Các loại cảm biến thụ động

Mức chất lưu Hằng số điện môi, ε Chất lưu cách điện

* Theo tín hiệu đầu ra: Cảm biến được phân loại thành cảm biến tương tự và cảm

* Theo chế độ hoạt động: Cảm biến được phân loại thành cảm biến so lệch và cảm

biến cân bằng

Cảm biến so lệch: Trong cảm biến so lệch các đại lượng đo tạo nên một hiệu ứng vật lý, hiệu ứng này tạo ra trong một số bộ phận của dụng cụ đo hiệu ứng tương tự nhưng có chiều ngược lại Ví dụ: lực kế để đo lực là một cảm biến mà khi lực cần đo tác động làm lệch lò xo tới một điểm thì nó tạo ra một lực tỉ lệ với sự biến dạng của lò xo để cân bằng với lực tác động

Cảm biến cân bằng: Cảm biến cân bằng hoạt động trên nguyên tắc ngăn sự lệch khỏi trạng thái cân bằng bằng cách tạo ra một hiệu ứng ngược lại với hiệu ứng được tạo ra bởi đại lượng đo Ví dụ trong đo trọng lượng, vị trí của tải đặt lên đòn cân tạo nên một sự lệch khỏi vị trí cân bằng, điều này được nhận biết bởi vị trí của kim chỉ Người sử dụng phải đặt một tải trọng lên phía khác của cân để tạo nên sự cân bằng cho đến khi vị trí của kim chỉ về điểm không Đo bằng phương pháp cân bằng thường chính xác hơn vì có thể được chuẩn độ lại theo chuẩn chính xác cao hơn hoặc theo một đại lượng chuẩn tham chiếu

* Theo mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra: Cảm biến được phân loại thành cảm

biến thứ tự không, một, hai và cao hơn Thứ tự này liên quan tới số phần tử chứa năng lượng trong cảm biến và ảnh hưởng tới độ chính xác và tốc độ của cảm biến

Cách phân loại này quan trọng khi cảm biến nằm trong một khâu của một hệ thống điều khiển khép kín

* Theo đại lượng đo: Thông thường, phân loại cảm biến theo đại lượng vật lý mà nó

đo, do đó ta có cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ, cảm biến áp suất để đo áp suất, cảm biến độ ẩm, cảm biến vị trí và dịch chuyển, cảm biến vận tốc, lưu lượng và mức chất lưu, cảm biến lực, cảm biến biến dạng, cảm biến gia tốc và rung, cảm biến

độ ẩm

* Theo đại lượng biến đổi: Dưói góc độ kỹ sư điện thường có xu hướng phân loại

cảm biến theo một số đại lưọng biến đổi: điện trở, dung kháng, cảm kháng

* Theo hiện tượng biến đổi:

Bảng 1.2 Hiện tượng – biến đổi

Điện từ

Từ điện Nhiệt từ Hoá học Biến đổi hoá học Biến đổi vật lý

áp suất

Mô men Tốc độ Nhiệt Nhiệt độ

* Theo đặc tính kỹ thuật của các bộ cảm biến:

vi của cảm biến trong điều kiện đo thay đổi theo thời gian Do đó trong những phép

đo mà chúng ta thu được theo thời gian, chúng ta sẽ cần phải quan tâm đến các đặc tính động hơn là các đặc tính tĩnh

CHƯƠNG III CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 3.1 Cơ sở chung

Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến đặc tính của vật chất nên trong các quá trình kỹ thuật cũng như trong đời sống hằng ngày rất hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ Ngày nay hầu hết các quá trình sản xuất công nghiệp, các nhà máy đều có yêu cầu đo nhiệt độ

Tùy theo nhiệt độ đo có thể dùng các phương pháp khác nhau, thường phân loại các phương pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo.Thôngthường nhiệt độ đo được chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao

Ở nhiệt độ trung bình và thấp: phương pháp thường đo là phương pháp tiếp xúc

nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo

Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài

môi trường đo

3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ

3.2.1 Phương pháp đo tiếp xúc

Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường được sử dụng là các nhiệt

kế tiếp xúc Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc, gồm:

- Nhiệt kế nhiệt điện trở (Resistance Thermomr)

Nhiệt kế nhiệt điện trở có thể tạo thành dây platin, đồng, niken, bán dẫn quấn trên một lõi cách điện đặt trong vỏ kim loại có đầu được nối ra ngoài

Nhiệt kế nhiệt điện trở có thể dùng mạch đo bất kỳ để đo điện trở nhưng thông thường được dùng mạch cầu không cân bằng, chỉ thị là lôgômmét từ điện hoặc cầu tự động cân bằng, trong đó một nhánh là nhiệt điện trở

a) Bù sai số do sự thay đổi điện trở của đường dây khi nhiệt độ môi trường thay đổi: nếu nhiệt điện trở được mắc vào mạch cầu bằng hai dây dẫn Rd1 và Rd2 (cầu

hai dây), dụng cụ sẽ có sai số do sự thay đổi điện trở của đường dây khi nhiệt

độ của môi trường xung quanh thay đổi

- Nhiệt kế nhiệt ngẫu (Thermocouples)

Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu như hình 3.1:

Hình 3.1 Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt

Hình 3.2 Mạch bù sai số nhiệt độ do nhiệt độ đầu tự do thay đổi

trong nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu

Cặp nhiệt ngẫu mắc nối tiếp vào đường chéo cầu một chiều tại điểm A -

B, trong đó Rt - nhiệt điện trở tạo thành nhánh cầu Điện trở Rt được mắc

toán sao cho khi nhiệt độ t0 = 00C thì điện áp ra trên đường chéo cầu ∆U = 0

Khi nhiệt độ đầu tự do thay đổi đến t'0 ≠ t0 thì điện áp ra của cầu ∆U ≠ 0

bù vào sức điện động mất đi do nhiệt độ thay đổi Với phương pháp bù này sai số giảm xuống đến 0,04% trên 100C Nhược điểm của phương pháp này là phải dùng nguồn phụ và sai số do nguồn phụ gây ra

- Nhiệt điện trở bán dẫn

Ngoài ra đối với các ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -550C ÷ 2000C hiện nay người ta thường ứng dụng các IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt của các điốt, tranzito để đo nhiệt độ

Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi trường đo:

- Đối với môi trường khí và nước: chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy

- Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang chuyển đổi và dễ gây tổn hao vật, nhất là với vật dẫn nhiệt kém Do vậy diện tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt

- Khi đo nhiệt độ của các chất ở dạng hạt (cát, đất ): cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo và thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài

3.2.2 Phương pháp đo không tiếp xúc:

Quá trình trao đổi nhiệt giữa các vật có thể diễn ra dưới hình thức bức xạ nhiệt, không cần các vật đó trực tiếp tiếp xúc với nhau Bức xạ nhiệt chính là sự truyền nội năng của vật bức xạ đi bằng sóng điện từ Khi một vật khác hấp thụ sóng điện từ của

vật bức xạ thì sóng điện từ đó lại được chuyển thành nhiệt năng Bất kỳ một vật nào

sau khi nhận nhiệt thì cũng có một phần nhiệt năng chuyển đổi thành năng lượng bức xạ, số lượng được chuyển đổi đó có quan hệ với nhiệt độ Vậy từ năng lượng

bức xạ người ta sẽ biết được nhiệt độ của vật Dụng cụ dựa vào tác dụng bức xạ nhiệt để đo nhiệt độ của vật gọi là hỏa kế bức xạ, chúng thường được dùng để đo

+ Hoả quang kế màu sắc (Khoảng đo từ 1400 ÷ 2800°C)

- Nhiệt kế dùng Lazer

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ BÀI THÍ NGHIỆM LỰA CHỌN CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ 4.1 Mục đích:

Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất cảm biến khác nhau với rất nhiều loại thương phẩm khác nhau, điều này vừa cho phép người dùng có nhiều cơ hội để chọn lựa sản phẩm nhưng đồng thời cũng mang lại cho người dùng những khó khăn khi cân nhắc chọn lựa sản phẩm nào phù hợp với yêu cầu hệ thống của mình một cách hợp lý nhất

Mục tiêu của bài thí nghiệm này nhằm trợ giúp sinh viên Khoa Điện trường Đại học Sao Đỏ lựa chọn được loại thiết bị đo có các thông số kỹ thuật thỏa mãn tối ưu các yêu cầu của người dùng được đặt ra trên cơ sở phân tích các yêu cầu của người dùng

để mô tả được các yếu tố cần thiết Không những thế bài thí nghiệm sẽ trợ giúp thêm các thông tin khác để sinh viên có thể dễ dàng khai thác các ưu điểm của từng loại cảm biến

4.2 Phân tích cấu trúc cơ sở dữ liệu của chương trình trợ giúp lựa chọn thiết

bị đo

Cơ sở dữ liệu cho chương trình trợ giúp lựa chọn thiết bị đo chứa các thông tin

về các thông số kỹ thuật của các loại thiết bị đo của các hãng sản xuất khác nhau nhằm làm cơ sở để người dùng có thể lấy thông tin lựa chọn thiết bị

* Mỗi khâu (thiết bị đo) trong hệ thống đo có các đặc tính kỹ thuật riêng, do đó thông tin của mỗi khâu đó được thể hiện thành các bảng

* Các bảng này có các trường là các đặc tính kỹ thuật của từng khâu, các trường có các kiểu dữ liệu khác nhau như Text: dùng với trường tên thương phẩm của các khâu; Number: dùng với trường là các thông số của đặc tính kỹ thuật

* Mối liên hệ giữa khâu trong hệ thống đo được thể hiện thành mối quan hệ giữ các bảng con

* Phụ thuộc vào từng bảng mà đặt khoá chính cho các bảng đó Vì các hãng sản xuất thường có cách đặt tên sản phẩm khác nhau nên tên thương phẩm của các hãng khác nhau là riêng biệt và duy nhất do đó có thể chọn khoá chính của cơ sở dữ liệu

là tên thương phẩm của thiết bị đo Như đã phân tích ở chương I, trong một hệ thống đo có rất nhiều khâu khác nhau và ngay trong từng khâu thì cũng đã được chia ra thành nhiều loại khác nhau ứng với các tiêu chí khác nhau như ta có thể xem trong ví dụ khi phân tích cảm biến và cảm biến nhiệt độ, do đó khối lượng thông tin, cấu trúc cơ sở dữ liệu về các khâu trong một hệ thống đo hoàn chỉnh là rất lớn và phức tạp

Tuy nhiên do thời gian có hạn trong bản luận văn này chỉ đi sâu vào cấu trúc cơ

sở dữ liệu cho một loại cảm biến là cảm biến nhiệt độ Để lập cơ sở dư liệu cho cảm biến nhiệt độ một cách hiệu quả thì phải phân tích được những yếu tố kỹ thuật quan trọng khi lựa chọn cảm biến, những yếu tố này sẽ được sử dụng để thiết kế cơ sở dữ liệu

* Khi lựa chọn cảm biến để đo nhiệt độ điều đầu tiên cần quan tâm là dải nhiệt độ cảm biến có thể đo được, như chương I đã phân tích, mỗi loại cảm biến nhiệt độ phụ thuộc vào vật liệu chế tạo khác nhau thì lại có khả năng làm việc trong một dải nhiệt

độ khác nhau, do đó tuỳ thuộc vào dải đo của ứng dụng mà người dùng sẽ phải chọn loại cảm biến nhiệt độ có dải đo thích hợp, nếu dải đo thấp hơn dải đo của ứng dụng thì sẽ không thể hiện được hết giá trị đo, nếu dải đo lớn hơn nhiều so với dải đo của ứng dụng thì lại gây sai số lớn và lãng phí Do đó đây sẽ là thông tin đầu tiên cần được đưa vào cơ sở dữ liệu cho người dùng chọn lựa Thông tin này có thể được lấy

từ bản thông số kỹ thuật của cảm biến do nhà sản xuất cung cấp thông qua trang Web của hãng

* Tín hiệu ra của cảm biến: Hầu hết các thương phẩm hiện nay trên thị trường đều

đã được tích hợp sẵn mạch chuyển đổi để tín hiệu ra của cảm biến là hai loại tín hiệu điện hoặc áp do đó tuỳ người dùng có thể lựa chọn để làm căn cứ chọn các mạch xử lý tín hiệu tiếp theo tương ứng Thông tin này thường được lấy từ bản thông số kỹ thuật của cảm biến do nhà sản xuất cung cấp

* Sai số: phụ thuộc vào yêu cầu về sai số của hệ thống đo mà người dùng sẽ chọn cảm biến có sai số yêu cầu nên thông tin về sai số của cảm biến cũng được đưa vào

cơ sở dữ liệu Thông tin này có thể do nhà sản xuất cung cấp hoặc được tra cứu theo các tiêu chuẩn quốc tế như IEC, ANSI của Mỹ…

* Độ nhạy: Mỗi loại cảm biến khác nhau có độ nhạy khác nhau, vì độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm biến nhận biết được sự thay đổi của nhiệt độ nên tuỳ vào ứng dụng của mình người sử dụng sẽ chọn cảm biến có độ nhạy thích hợp, với ứng dụng có sự thay đổi nhiệt độ lớn thì có thể chọn cảm biến có độ nhạy bình thường, những ứng dụng cần nhận biết sự thay đổi nhiệt độ nhỏ thì lại cần cảm biến có độ nhạy cao, do đó thông tin về độ nhạy của cảm biến nhiệt độ cũng rất cần thiết cho người dùng Thông tin này được tra cứu từ tài liệu kỹ thuật của cảm biến

* Thời gian đáp ứng: Khi chọn loại cảm biến nhiệt độ cần quan tâm đến thời gian đáp ứng của cảm biến để xác định được thời gian đọc giá trị chuẩn nhất Thông tin

có thể do nhà sản xuất cung cấp

* Khả năng lặp lại: Người sử dụng cũng quan tâm đến thông tin này để biết sự sự ổng định và đơn trị của cảm biến, cho phép so sánh giữa các loại cảm biến để tìm cảm biến có khả năng lặp lại thích hợp Thông tin này được tra cứu từ tài liệu kỹ thuật của cảm biến

* Nguyên tắc hoạt động của cảm biến bao gồm các thông tin về chuyển đổi sơ cấp,

về các phần tử kết cấu và về mạch thống nhất hoá được sử dụng trong đó Các thông tin này thường chỉ giúp người sử dụng tham khảo và nhiều khi rất khó tìm kiếm trong các thiết bị thương phẩm hiện nay

* Điều kiện môi trường: Điều kiện môi trường được xây dựng bao gồm thông tin về cấu tạo hình học của cảm biến và yêu cầu về bảo vệ cảm biến trong các môi trường

đặc biệt Tuỳ thuộc vào vị trí đặt cảm biến mà chọn cảm biến có hình dạng thích

hợp Ví dụ gắn cảm biến để đo nhiệt độ trên mặt phẳng thì phải chọn cảm biến bề mặt , ngoài ra, mỗi ứng dụng khác nhau thường có những yêu cầu khác nhau về kích thước giới hạn của cảm biến Yêu cầu này liên quan đến việc phải chọn các cảm biến có kích thước phù hợp Thông tin này thường do nhà sản xuất cung cấp

khi giới thiệu sản phẩm của họ

Những tính chất đặc biệt của môi trường sẽ đòi hỏi cảm biến phải có những bảo

vệ tương ứng để chúng không làm ảnh hưởng tới hoạt động bình thường của cảm biến và không làm ảnh hưởng tới kết quả đo

* Giá thành: Thông tin cuối cùng nhưng rất quan trọng đó là giá thành, khi các yếu

tố kỹ thuật đã đảm bảo có thể chọn nhiều loại thì yếu tố thu hút người dùng là tính kinh tế, tuỳ thuộc vào chất lượng của cảm biến, tuỳ thuộc vào các hãng sản xuất khác nhau mà mỗi loại cảm biến có giá thành khác nhau, có thể không nhất thiết phải chọn loại cảm biến thật tốt mà chỉ cần chọn loại cảm biến đủ đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật với giá cả hợp lý Tuy nhiên vì giá thành là yếu tố thay đổi nên thông tin ở đây chỉ mang tính chất tham khảo

Bảng 1.4 Tóm tắt cấu trúc dữ liệu và nguồn tra cứu của cảm biến nhiệt độ

Trang Web tra cứu

Tra cứu trên mạng quan các Web site của các hãng sản xuất

Do chuyên gia cung cấp

Các thông số đầu vào Thang đo

Dải đầu vào

Tài liệu kỹ thuật của cảm biến do các hãng sản xuất cung cấp

Các thông số đầu ra Dòng áp thống nhất hoá

Tài liệu kỹ thuật của cảm biến do các hãng sản xuất cung cấp

Đặc tính quan hệ Khả năng phân ly Tính tuyến tính Tính phi tuyến

Tài liệu tra cứu về cảm biến theo các chuẩn quốc

tế như IEC, ANSI…

Các sai số Nguyên tắc hoạt động CĐSC

KĐ BĐTNH Giao diện (ADC)

Tài liệu kỹ thuật về cảm biến do chuyên gia cung cấp

biến theo chuẩn quốc tế hoặc do hãng sản xuất cung cấp

biến do hãng sản xuất cung cấp

Kích thước hình học Hình dạng

Kích thước giới hạn

Tài liệu kỹ thuật của cảm biến do hãng sản xuất cung cấp

Tất cả các nguồn tra cứu đều được cung cấp sẵn trong cơ sở dữ liệu của chương trình

trường đo là không thể thiếu Ngoài ra cơ sở dữ liệu cũng có thể lưu trữ thêm thông tin về giá cả, tuy nhiên do thông tin này thường thay đổi liên tục nên chỉ được sử dụng để tham khảo

* Một thông số bắt buộc người dùng phải cho chương trình biết là dải nhiệt độ cần

đo, chương trình sẽ căn cứ vào đó để tìm ra loại cảm biến có dải đo phù hợp theo quy tắc sau:

- Nếu người dùng không có yêu cầu về sai số:

Xmin > = Xmin của cảm biến trong CSDL Xmax <= Xmax của cảm biến trong CSDL

- Nếu người dùng có yêu cầu về sai số:

max) (min/

yc cb

* Nếu người sử dụng có yêu cầu về môi trường làm việc thì căn cứ vào môi trường làm việc của cảm biến mà tìm ra được loại cảm biến phù hợp với môi trường đó theo bảng 1.5

Bảng 1.5 Quan hệ giữa loại cảm biến và môi trường sử dụng

Đông lạnh Cặp nhiệt điện loại T

* Nếu người sử dụng có yêu cầu về vị trí đặt cảm biến thì tìm loại cảm biến theo luật như trong bảng 1.6

Bảng 1.6 Quan hệ giữa vị trí đặt cảm biến và hình dạng cảm biến

Đo nhiệt độ dưới nước Drop

Đo nhiệt độ bên trong đường ống Angled

Đo nhiệt độ bề mặt Surface

Đo bằng cách gắn vào bề mặt cần đo nhiệt

Đo nhiệt độ cắm thẳng Straight

* Nếu người sử dụng có yêu cầu về kích thước cần đặt cảm biến ở vị trí có kích thước xác định thì căn cứ vào đó để chọn cảm biến có kích thước phù hợp theo luật sau:

Kích thước cảm biến ≤ Kích thước yêu cầu

* Ngoài ra người sử dụng có thể có những yêu cầu khác như về loại tín hiệu chuẩn hoá sau cảm biến, các thông số kỹ thuật khác như thời gian đáp ứng… thì chương trình tìm kiếm cảm biến theo luật tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu nếu cảm biến nào có thông số thoả mãn thì đó là loại cảm biến phù hợp

4.4 Hoạt động của chương trình

Để điều khiển chương trình, kết nối các luật với cơ sở dữ liệu sử dụng phần mềm Labview Labview là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ sử dụng các biểu tượng thay cho các dòng lệnh để tạo ra các ứng dụng Trong Labview, giao diện người dùng được xây dựng bằng một bộ các công cụ và đối tượng, sau đó phải thêm

mã lệnh sử dụng các biểu diễn đồ hoạ của các hàm để điều khiển các đối tượng của mặt máy Labview có các thư viện đầy đủ dùng cho thu thập, phân tích, hiển thị và lưu trữ dữ liêu…, có thể tạm dừng, chạy mô phỏng chương trình và chạy từng bước

cả chương trình để đơn giản hoá việc gỡ rối và viết chương trình Có thể chia ứng

dụng theo từng dãy các nhiệm vụ con đơn giản (modun) Xây dựng các VI thực hiện từng nhiệm vụ con đó 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 bao gồm một tập hợp của các VI con đại diện cho các chức năng của trình ứng dụng, do đó việc dò và kiểm soát lỗi dễ dàng hơn nhiều so với các phương pháp lập trình thông thường

Hoạt động: Người sử dụng phải khai báo các thông số để đặc tả yêu cầu của

mình, chương trình kiểm tra đã điền đủ các thông số bắt buộc Nếu người sử dụng chưa khai báo thông số bắt buộc này thì chương trình sẽ đưa ra thông báo yêu cầu người dùng phải nhập thông số Người sử dụng có thể lựa chọn cảm biến theo nhiều tiêu chí khác nhau như theo loại cảm biến nhiệt độ, theo hãng sản xuất, theo sai số, theo độ tác động nhanh nhưng trong chương trình này chọn tiêu chí lựa chọn cảm biến nhiệt độ là theo dải nhiệt độ yêu cầu, đây là thông số bắt buộc người dùng phải khai báo để chương trình căn cứ vào luật đã lập tìm ra loại cảm biến tương ứng, chương trình cũng kết hợp với các yêu cầu khác để tìm ra loại cảm biến phù hợp nhất Nếu chương trình không tìm được loại cảm biến thoả mãn được tất cả các yêu cầu ứng dụng của người dùng thì có thể hạ thấp chỉ tiêu về thông số đầu vào và đưa

ra một số lựa chọn khác cho người dùng theo tiêu chí tiêu chí giảm dần thông số yêu cầu theo nguyên tắc ưu tiên sau:

Ngoài ra chương trình còn đưa ra một số tiện ích trợ giúp người dùng bằng cách vào phần tra cứu như: Tra cứu theo tên cảm biến, tra cứu theo loại cảm biến, tra cứu theo hãng sản xuất

* Để kết nối cơ sở dữ liệu đã xây dựng trong Microsoft Access dùng các khối chức năng SQL Toolkit VIs Đây là khối chức năng được Labview thiết kế sẵn để hỗ trợ cho người dùng thao tác trên cơ sở dữ liệu

Hình 4.1 Mô dun SQL trong Labview

SQL Toolkit có Complete SQL Session.VI, đây là một mô dun hoàn chỉnh được

sử dụng để giao tiếp với cơ sở dữ liệu VI này nối với cơ sở dữ liệu, thực hiện lệnh truy vấn (phần điều kiện của luật) để tìm các cảm biến thoả mãn yêu cầu (trả kết quả)

ETE SQL SESSIO

* Để giao tiếp với cơ sở dữ liệu phải xác định tên nguồn cơ sở dữ liệu sẽ giao tiếp

Sử dụng chương trình ODBC Administrator (Open Database Connectivity) để kết nối ứng dụng trong Labview với cơ sở dữ liệu đã xây dựng trong Microsoft Access

* Lệnh truy vấn SQL: Lệnh truy vấn SQL chính là thể hiện phần điều kiện của các luật Khi xây dựng các biểu thức điều kiện ta có thể sử dụng các phép toán sau:

- Các phép toán so sánh: Phép toán này dùng với các trường kiểu số để so sánh tìm

ra loại thoả mãn ví dụ như so sánh giá trị khoảng nhiệt độ yêu cầu và khoảng nhiệt

độ của cảm biến, so sánh kích thước cần thiết với kích thước của cảm biến, bảng 1.7

- Câu lệnh truy vấn SQL có dạng: SELECT FROM WHERE

Trong đó:

⋅ SELECT: Dùng để xác định các thuộc tính, các trường lấy ra từ cơ sở dữ liệu

⋅ FROM: Xác định bảng dữ liệu mà mình sẽ thao tác trên đó

⋅ WHERE: Xác định điều kiện được đưa vào mỗi hàng của bảng để tìm ra hàng thoả mãn

- Thu thập kiến thức: Trong chương trình trợ giúp lựa chọn thiết bị đo thì đây là bước quan trọng nhất và cần nhiều công sức nhất vì để có thể có được một lựa chọn tốt thì cần phải có được một lượng thông tin đủ lớn, mặt khác các hãng sản xuất ngày càng phát triển với rất nhiều dòng sản phẩm khác nhau, điều đó cho phép có thể có được nhiều lựa chọn cho người dùng Ngày nay mạng Internet rất phát triển

và phổ biến nên phần lớn các hãng sản xuất đều xây dựng những trang web để quảng cáo, giới thiệu sản phẩm của mình do đó để thu thập được các thông tin về các loại sản phẩm này ta có thể sử dụng công cụ Google để tìm kiếm các loại sản

phẩm bằng các từ khoá thích hợp Các từ khoá được sử dụng sẽ quyết định rất lớn tới hiệu quả của việc thu thập dữ liệu, các từ khoá này có thể là loại thiết bị đo ví dụ như để tìm kiếm cảm biến nhiệt độ thì có thể dùng từ khoá về các loại cảm biến nhiệt độ khác nhau như cảm biến nhiệt điện trở: RTDs, cặp nhiệt điện là Thermocouple… hoặc tìm kiếm bộ biến đổi tương tự số thì có thể dùng từ khoá

“ADC”… , với phương pháp này thì dựa vào các kết quả mà Google đưa lại ta có thể từ sản phẩm tìm ngược lại các trang web của các hãng sản xuất và vào các trang web này để thu thập các thông tin về các loại sản phẩm của các hãng, các hãng sản xuất thường có những khuyến cáo gợi ý người sử dụng lựa chọn sản phẩm của mình

ví dụ như dòng sản phẩm dùng cho lĩnh vực công nghiệp, dòng sản phẩm dùng cho công nghiệp đông lạnh, Hoặc có thể tìm sản phẩm bằng cách tìm theo tên các hãng sản xuất nổi tiếng như OMÊGA, OMRON… với điều kiện đã phải biết trước tên các hãng sản xuất Một nguồn thu thập dữ liệu khác là sử dụng các phiếu điều tra gửi cho các chuyên gia trong lĩnh vực đó, dựa vào kinh nghiệm làm việc các chuyên gia có thể đưa ra những lời khuyên bổ ích về loại thiết bị thích hợp ứng với từng ứng dụng khác nhau Dưới đây là ví dụ một mẫu phiếu điều tra có thể gửi đi tới các nhà máy để điều tra, lấy ý kiến:

Bảng 1.9 Mẫu phiếu điều tra

Phiếu điều tra

ứng dụng:

Dải đo thông thường:

Sai số cho phép:

Vị trí đặt cảm biến:

Dạng tín hiệu đầu ra:

Môi trường làm việc:

Những đặc điểm khác:

Ngoài ra dựa trên việc phân tích tài liệu kỹ thuật của các sản phẩm ta cũng có thể đưa ra những kết luận về khả năng ứng dụng của sản phẩm đó trong những ứng dụng khác nhau

Mô hình hoá kiến thức: Dựa trên các thông tin đã thu thập được trong quá trình trên, thực hiện việc mô hình hoá các thông tin này, phân loại các thông tin, làm chuẩn

hoá các thông tin và thể hiện thành hệ thống cơ sở dữ liệu như đã trình bày ở chương II Cơ sở dữ liệu này chính là thể hiện của các kiến thức đã thu thập được

để chương trình có thể sử dụng trong quá trình lựa chọn loại thiết bị thích hợp Cơ

sở dữ liệu chính là tập các tình huống hay các luật IF – THEN khác nhau, bằng cách sử dụng câu lệnh truy vấn cơ sở dữ liệu ta sẽ tìm được các sản phẩm thoả mãn một số tiêu chí đầu vào Xét ví dụ là chương trình trợ giúp lựa chọn cảm biến nhiệt

độ Từ góc độ của người sử dụng khi cần chọn một loại cảm biến nhiệt độ thì chương trình sẽ trợ giúp sinh viên tìm được loại cảm biến có dải đo phù hợp, thích hợp với môi trường sử dụng và có sai số chấp nhận được, nên nhiệm vụ của chương trình là đưa ra các câu hỏi để nhằm khai thác tối đa những yêu cầu của sinh viên về

hệ thống, căn cứ vào các yêu cầu này mà có các luật tương ứng hay có các câu truy vấn tương ứng vào cơ sở dữ

Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán trợ giúp lựa chọn cảm biến

Lùa chän c¶m biÕn theo møc

T×m ®−îc CB tho¶ m∙n

Th«ng b¸o kÕt qu¶

Th«ng b¸o yªu cÇu

Th«ng b¸o kh«ng

cã kÕt qu¶: §−a ra mét lùa chän gÇn nhÊt tho¶ m∙n 1 −u

Tra cøu theo

tõng lo¹i c¶m

B¾t

KÕt

4.5.2 Thực hành:

+ Chạy chương trình Labview

+ Mở C:\Thinghiem\Optomux chạy và kiểm tra chương trình

+ Sinh viên nhập các thông số đầu vào:

- dải nhiệt độ theo yêu cầu của bài thí nghiệm

- Đơn vị

- Dòng, áp thống nhất hoá

- Sai số(nếu có)

+ Sinh viên nhập các điều kiện kỹ thuật yêu cầu:

- Môi trường làm việc

- Vị trí đặt cảm biến

- Kích thước đầu đo + Sau đó ấn vào nút tra cứu

4.6 Giao diện của chương trình

* Giao diện chính của chương trình, hình 4.9

Hình 4.4 Giao diện chính của chương trình

Tại giao diện chính, người sử dụng có thể đặc tả yêu cầu kỹ thuật của loại cảm biến mình muốn bằng cách vào các thông số theo yêu cầu Tuỳ theo yêu cầu mà người sử dụng có thể không cần phải mô tả hết các thông số nhưng thông số dải đo của cảm biến thì bắt buộc phải vào

* Nếu người dùng chưa đặt khoảng đo thì chương trình đưa ra thông báo, hình 4.10

Hình 4.5 Thông báo yêu cầu nhập giá trị khoảng đo

Khi người dùng chấp nhận yêu cầu này bằng cách ấn nút YES thì có thể quay trở lại giao diện chính của chương trình để nhập giá trị dải nhiệt độ yêu cầu

* Giao diện phần tra cứu: Trong quá trình chạy chương trình ta có thể tra cứu thêm

ví dụ như tên cảm biến để biết thêm các thông số kỹ thuật chi tiết của cảm biến như vào các file pdf, hoặc tra cứu theo loại cảm biến, tra cứu theo hãng sản xuất để lấy thông tin về trang Web của hãng để có thể tìm hiểu thêm… Khi muốn tra cứu người

sử dụng có thể nhấp vào nút Tra cứu để vào giao diện tra cứu, hình 4.11

Hình 4.6 Giao diện phần tra cứu

* Kết quả trả về khi tra theo tên cảm biến: Nếu cảm biến đó có trong cơ sở dữ liệu thì kết quả trả về là file pdf chứa các thông số kỹ thuật của cảm biến (nếu có) hoặc

là bảng thông số kỹ thuật đầy đủ của cảm biến