Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu và xây dựng các module thí nghiệm Đo lường và Điều khiển qua mạng internet

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:75

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Nghiên cứu và xây dựng các module thí nghiệm Đo lường và Điều khiển qua mạng internet" nghiên cứu và xây dựng mô hình và các thành phần cấu thành phòng thí nghiệm quan trọng, tìm hiểu về các bộ cảm biến sử dụng trong đo lường, tìm hiểu và nghiên cứu sử dụng về card thu thập DAQ của hãng National Instruments cụ thể là loại card AT-MIO-16E-10,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu và xây dựng các module thí nghiệm Đo lường và Điều khiển qua mạng internet

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ----------------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÁC MODULE THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG HÀ VĂN PHƯƠNG LuËn V¨n Th¹c SÜ Khoa Häc CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hµ Néi - 2005
Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi ----------------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG CÁC MODULE THÍ NGHIỆM ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN QUA MẠNG HÀ VĂN PHƯƠNG LuËn V¨n Th¹c SÜ Khoa Häc CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS – TS. PHẠM THỊ NGỌC YẾN Hµ Néi - 2005
danh môc h×nh vÏ H×nh 2.1 M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng LAN ...........................................6 H×nh 2.2 M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng internet .......................................8 H×nh 2.3 CÊu h×nh mét hÖ thèng Field – Point ..................................................10 H×nh 2.4 S¬ ®å khèi AT-MIO-16E-10 ................................................................17 H×nh 2.5 Thø tù ch©n tÝn hiÖu cña card AT-MIO-16E-10 ...................................18 H×nh 2.6 B¶ng c«ng cô ®iÒu khiÓn ......................................................................22 H×nh 2.7 VÝ dô vÒ giao diÖn mÆt tr−íc mét thiÕt bÞ ¶o ........................................25 H×nh 2.7 B¶ng c¸c ®iÒu khiÓn cho mÆt m¸y ........................................................26 H×nh 2.8 Minh ho¹ mét block diagram ...............................................................27 H×nh 2.9 M« t¶ cÊu tróc Sequence .......................................................................29 H×nh 2.10 M« t¶ cÊu tróc Case ............................................................................30 H×nh 2.11 M« t¶ vÝ dô sö dông cÊu tróc While loop ...........................................31 H×nh 3.1 Quan hÖ ®Æc tÝnh cña nhiÖt ®iÖn trë theo nhiÖt ®é ................................35 H×nh 3.2 CÊu t¹o cña nhiÖt ®iÖn trë .....................................................................41 H×nh 3.3 Mét sè nhiÖt ®Þªn trë b¸n dÉn ...............................................................43 H×nh 3.4 HiÖu øng Seebeck .................................................................................44 H×nh 3.5 CÆp nhiÖt lo¹i J .....................................................................................46 Hinh 3.6 CÊu t¹o cÆp nhiÖt ®iÖn ..........................................................................46 H×nh 3.7 CÆp nhiÖt ®iÖn lo¹i J víirefT®−îc gi÷ ë 0 0C ........................................49 H×nh 3.8 Vïng chuÈn trong hÖ thèng ®o .............................................................50 H×nh 3.9 M¹ch bï sai sè nhiÖt ®é ........................................................................51 H×nh 3.10 Quan hÖ gi÷a ss® vµ nhiÖt ®é ..............................................................52 H×nh 3.11 S¬ ®å ho¶ kÕ quang häc ......................................................................56 H×nh 3.12 S¬ ®å ho¶ kÕ quang ®iÖn .....................................................................57 H×nh 3.13 Bé c¶m biÕn siªu ©m nhiÖt ®é .............................................................59
H×nh 3.14 S¬ ®å khèi qu¸ tr×nh ®o vµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é qua m¹ng .................62 H×nh 3.15 Hép tuú chän lo¹i c¶m biÕn ................................................................64 H×nh 3.16 C«ng t¾c chän lo¹i nhiÖt ®é hiÓn thÞ ...................................................64 H×nh 3.17 PhÇn hiÓn thÞ nhiÖt ®é .........................................................................65 H×nh 3.18 B¸o ®éng vÒ sù v−ît kho¶ng nhiÖt ®é ®Æt ...........................................65 H×nh 3.19 MÆt tr−íc m¸y ®o nhiÖt ®é .................................................................66 H×nh 3.20 LËp tr×nh theo ng«n ng÷ LabVIEW cho thiÕt bÞ ®o nhiÖt ®é ..............67 H×nh 3.21 MÆt tr−íc oscilloscope ¶o ...................................................................70 H×nh 3.22 PhÇn lËp tr×nh cho oscilloscope ¶o .....................................................71 H×nh 3.23 MÆt tr−íc thiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn tèc ®é ..........................................73 H×nh 4.1 M« h×nh hÖ thèng thÝ nghiÖm qua m¹ng ..............................................75 H×nh 4.2 Giao diÖn trang chñ thÝ nghiÖm ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn .......................77 H×nh 4.3 S¬ ®å m· ch−¬ng tr×nh trang Web thÝ nghiÖm ......................................79 H×nh 4.4 Giao diÖn Web client ............................................................................82 H×nh 5.1 S¬ ®å khèi hÖ thèng vËn hµnh thö ........................................................83 H×nh 5.2 Trang Web cña MICA ..........................................................................84 H×nh 5.3 Trang giíi thiÖu chung .........................................................................85 H×nh 5.4 Trang Web thÝ nghiÖm ®o nhiÖt ®é qua m¹ng .....................................86 H×nh 5.5 Trang Web thÝ nghiÖm ®o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p b»ng Oscilloscope. ...........87 H×nh 5.6 Trang Web thÝ nghiÖm ®o tèc ®é .........................................................88 H×nh 5.7 Trang Web thÝ nghiÖm ph©n tÝch tÝn hiÖu .............................................89
danh môc c¸c b¶ng B¶ng 2.1 Th«ng sè khuÕch ®¹i vµ ®é chÝnh x¸c ..................................................13 B¶ng 3.1 Quan hÖ gi÷a ®iÖn trë vµ nhiÖt ®é(Pt100) ............................................37 B¶ng 3.2 Søc ®Þªn ®éng cña cÆp nhiÖt ngÉu so víi thuû ng©n ............................47 B¶ng 3.3 Giíi h¹n nhiÖt ®é vµ c¸c èng b¶o vÖ ....................................................47 B¶ng 3.4 Quan hÖ gi÷a thiÕt bÞ ®o vµ nhiÖt ®é ®o víi sai sè ................................60 B¶ng 3.5 B¶ng tãm t¾t ph¹m vi ho¹t ®éng cña c¸c bé c¶m biÕn nhiÖt ................61 B¶ng 4.1 C¸ch lËp danh s¸ch vµ quyÒn truy nhËp cña c¸c Web client ................80
Môc lôc Ch−¬ng 1: VÊn ®Ò thùc tr¹ng vµ h−íng nghiªn cøu...............................................1 1.1 VÊn ®Ò thùc tr¹ng hiÖn nay ...........................................................................1 1.2 H−íng nghiªn cøu vµ nhiÖm vô cña ®Ò tµi ....................................................2 Ch−¬ng 2: C¬ së x©y dùng phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng ......................................4 2.1 M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng LAN ................................................4 2.2 M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng internet ............................................6 2.3 C¬ së x©y dùng phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng ..............................................8 2.3.1 C¶m biÕn ®o l−êng ...............................................................................8 2.3.2 HÖ thèng thu thËp vµ xö lý tÝn hiÖu ............................................. ......10 2.3.2.1 HÖ thèng m¹ng Field-Point .................................................. ......10 2.3.2.2 Card thu thËp sè liÖu NI_DAQ ............................................. ......11 2.3.3 Giíi thiÖu vµ t×m hiÓu phÇn mÒm LabVIEW .............................. .....19 2.3.3.1 Kh¸i niÖm vÒ LabVIEW ..................................................... .......19 2.3.3.2 Cµi ®Æt LabVIEW ................................................................ ......19 2.3.3.3 C¸c ®Æc tr−ng cña LabVIEW .............................................. ......20 2.3.3.4 GhÐp nèi víi thiÕt bÞ ngo¹i vi .............................................. ......22 2.3.3.5 Mét sè ®iÒu cÇn biÕt khi sö dông LabVIEW ....................... ......22 2.3.3.6 C¸ch thiÕt kÕ mét thiÕt bÞ ¶o b»ng LabVIEW ..................... ......24 Ch−¬ng 3: X©y dùng module thÝ nghiÖm qua m¹ng ..................................... .....33 3.1 X©y dùng module ®o vµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é qua m¹ng ..................... ......33 3.1.1 Giíi thiÖu chung vÒ c¸c ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é ..................... .......33 3.1.2 Mét sè ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é c¬ b¶n ..................................... ......34 3.1.2.1 §o nhiÖt ®é b»ng nhiÖt ®iÖn trë ........................................ .........34 3.1.2.2 §o nhiÖt ®é b»ng cÆp nhiÖt ngÉu ..................................... ..........44 3.1.2.3 C¶m biÕn quang ®o nhiÖt ®é ................................. .....................53
3.1.2.4 C¶m biÕn siªu ©m nhiÖt ®é ......................................... ...............58 3.1.3 X©y dùng module ®o vµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é ......................................62 3.1.3.1 Ph©n tÝch nhiÖm vô vµ tÝnh n¨ng module ....................................62 3.1.3.2 X©y dùng giao diÖn vµ lËp tr×nh ..................................................64 3.2 Mét sè module ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn kh¸c ............................................67 3.2.1 X©y dùng module ®o tÝn hiÖu hiÖn sãng .............................................67 3.2.2 X©y dùng module ®o vµ ®iÒu khiÓn tèc ®é .........................................71 Ch−¬ng 4: X©y dùng Web server ........................................................................74 4.1 Ph©n tÝch nhiÖm vô hÖ thèng ....................................................................74 4.2 X©y dùng Web server ...........................................................................75 4.2.1 NhiÖm vô vµ giao diÖn web server .....................................................76 4.2.2 Thùc hiÖn lËp tr×nh cho Web server ..................................................78 4.3 X©y dùng Web client .................................................................................80 Ch−¬ng 5: Thö nghiÖm hÖ thèng vµ kÕt qu¶ .......................................................83 5.1 L¾p ®Æt hÖ thèng thö nghiÖm .....................................................................83 5.2 KÕt qu¶ vËn hµnh thö nghiÖm hÖ thèng .....................................................84 5.3 C¸c vÊn ®Ò ch−a gi¶i quyÕt ........................................................................90 5.3.1 Qu¶n lý truy cËp .................................................................................90 5.3.2 VÊn ®Ò b¶o mËt vµ an ninh m¹ng .......................................................90 5.4 H−íng ph¸t triÓn cña ®Ò tµi .......................................................................91 4.1.1
4.2 3.1.2.2 3.1.2.3
-1- Ch−¬ng 1: thùc tr¹ng vµ h−íng nghiªn cøu 1.1. Thùc tr¹ng hiÖn nay Sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ kh«ng ngõng víi nh÷ng thµnh tùu to lín trong lÜnh vùc th«ng tin tin häc ®Æc biÖt lµ m¹ng th«ng tin, ®ã lµ sù héi nhËp gi÷a m¸y tÝnh vµ kü thuËt truyÒn tin. Sù bïng næ vÒ m¹ng th«ng tin ®· cã ¶nh h−ëng s©u s¾c ®Õn h−íng nghiªn cøu vµ ph¸t triÓn cña c¸c nhµ khoa häc còng nh− c¸c h·ng s¶n xuÊt. HiÖn nay xu thÕ øng dông m¹ng th«ng tin trong viÖc gi¸m s¸t, ®iÒu khiÓn vµ truyÒn th«ng ®Æc biÖt lµ øng dông m¹ng internet ®Ó gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn c¸c hÖ thèng tõ xa.ViÖc sö dông m¹ng internet trong gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn hÖ thèng tõ xa lµ bµi to¸n cã rÊt nhiÒu øng dông thùc tÕ ®¹t hiÖu qu¶ cao. Phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng internet lµ mét trong nh÷ng hÖ qu¶ ®ang ®−îc quan t©m. Theo c¸ch truyÒn thèng thùc hiÖn mét bµi thÝ nghiÖm cÇn ph¶i cã nh÷ng phßng thÝ nghiÖm víi c¸c trang thiÕt bÞ vµ viÖc qu¶n lý trë nªn phøc t¹p. MÆt kh¸c ng−êi lµm thÝ nghiÖm ph¶i ®Õn tËn n¬i cã phßng thÝ nghiÖm thùc hiÖn c¸c thao t¸c vµ ghi chÐp c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm theo mét lÞch tr×nh ®· ®Þnh tr−íc dÉn ®Õn nh÷ng l·ng phÝ vÒ thêi gian vµ c¸c chÝ phÝ chuÈn bÞ cho bµi thÝ nghiÖm còng nh− c¸c bÊt tiÖn kh¸c cña viÖc ®i l¹i kh«ng cÇn thiÕt... Víi phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng cã c¸c thiÕt bÞ ®o vµ thu thËp sè liÖu t¹i hiÖn tr−êng vµ m¸y chñ phôc vô viÖc l−u tr÷ sè liÖu vµ chuyÓn th«ng tin, ng−êi lµm thÝ nghiÖm cã thÓ thùc hiÖn ®−îc bµi thÝ nghiÖm mµ kh«ng cÇn ph¶i ®Õn tËn hiÖn tr−êng mµ chØ cÇn ngåi t¹i nhµ vµo bÊt cø lóc nµo còng cã thÓ thùc hiÖn ®−îc bµi thÝ nghiÖm ngay trªn m¸y tÝnh c¸ nh©n nèi m¹ng vµ c¸c kÕt qu¶ ®−îc ghi vµo mét file nµo ®ã trong bé nhí cña m¸y tÝnh tuú ý. Nh− vËy sÏ tiÕt kiÖm ®−îc thêi gian, c¸c chi phÝ kh«ng cÇn thiÕt nh− trong c¸ch truyÒn thèng vµ thùc sù ph¸t huy tÝnh tÝch cùc trong ®µo t¹o tõ xa. Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-2- 1.2. H−íng nghiªn cøu vµ nhiÖm vô cña ®Ò tµi §Ó ®¸p øng phÇn nµo nhu cÇu thiÕt thùc trªn t«i ®· chän ®Ò tµi “ Nghiªn cøu vµ x©y dùng c¸c module thÝ nghiÖm §o l−êng vµ §iÒu khiÓn qua m¹ng internet”. §©y lµ mét trong nh÷ng vÊn ®Ò c¬ b¶n cña phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng. Phßng thÝ nghiÖm yªu cÇu tèi thiÓu cÇn cã lµ mét hiÖn tr−êng phßng thÝ nghiÖm ë ®ã cã c¸c bé c¶m biÕn ®o c¸c ®¹i l−îng, hÖ thèng thu thËp sè liÖu ®o, Web servers l−u tr÷ sè liÖu cïng c¸c module Web thÝ nghiÖm t−¬ng øng vµ chuyÓn chóng ®Ó tr¶ lêi cho c¸c yªu cÇu tõ Web client. ViÖc x©y dùng c¸c module thÝ nghiÖm qua m¹ng kh«ng nh÷ng ®¸p øng yªu cÇu cña lý thuyÕt vµ môc ®Ých thÝ nghiÖm mµ cßn ®¶m b¶o tÝnh trùc quan cña thÝ nghiÖm. V× vËy trªn mçi thiÕt bÞ cña c¸c module thÝ nghiÖm ph¶i cã h×nh ¶nh, c¸c ®iÒu khiÓn, hiÓn thÞ ... còng nh− c¸ch sö dông gièng víi thiÕt bÞ ®¬n lÎ cã trong thùc tÕ. §iÒu ®ã ®ång nghÜa víi viÖc yªu cÇu mét ng«n ng÷ lËp tr×nh chuyªn dông ®Ó t¹o c¸c giao diÖn trang Web thÝ nghiÖm trªn. HiÖn nay, cã nhiÒu ng«n ng÷ lËp tr×nh cña c¸c h·ng phÇn mÒm hç trî chóng ta t¹o ra giao diÖn mét c¸ch dÔ dµng nh−: LabVIEW, Visual Basic, Visual_Basic.Net ... Nh−ng trong tr−êng hîp ®Ó t¹o ra c¸c giao diÖn cho c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn th× ng«n ng÷ thÝch hîp h¬n c¶ lµ LabVIEW cña h·ng National Instruments v× th− viÖn cña ng«n ng÷ nµy ®· cã s½n c¸c nót, ®iÒu khiÓn, c¸c hiÓn thÞ... gièng víi c¸c chi tiÕt cña thiÕt bÞ thËt. H¬n n÷a ng«n ng÷ lËp tr×nh ®å ho¹ rÊt thuËn tiÖn, trùc quan vµ giao diÖn th©n thiÖn víi ng−êi sö dông. Sù hç trî c¶ vÒ phÇn cøng vµ phÇn mÒm cña h·ng ®· t¹o nªn nh÷ng s¶n phÈm chuyªn dông trong lÜnh vùc ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn nh−: c¸c card thu thËp, module thu thËp ®−îc kÕt nèi víi m¸y tÝnh cïng phÇn mÒn ®−îc t¹o ra bëi ng«n ng÷ LabVIEW. Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-3- SuÊt ph¸t tõ yªu cÇu cña ®Ò tµi vµ h−íng nghiªn cøu, nhiÖm vô ®Æt ra nh− sau: - Nghiªn cøu vµ x©y dùng m« h×nh vµ c¸c thµnh phÇn cÊu thµnh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng. - T×m hiÒu vÒ c¸c bé c¶m biÕn sö dông trong ®o l−êng. - T×m hiÓu vµ nghiªn cøu sö dông vÒ card thu thËp DAQ cña h·ng National Instruments cô thÓ lµ lo¹i card AT-MIO-16E-10. - T×m hiÓu vµ nghiªn cøu ng«n ng÷ lËp tr×nh LabVIEW cña h·ng National Instruments. - Nghiªn cøu mét sè ph−¬ng ph¸p ®o nhiÖt ®é c¬ b¶n. - X©y dùng module thÝ nghiÖm qua m¹ng ®Ó thùc hiÖn c¸c bµi thÝ nghiÖm nh− ®o nhiÖt ®é, ®o tÝn hiÖu ®iÖn ¸p vµ më réng cho mét sè module kh¸c dïng ng«n ng÷ LabVIEW. - X©y dùng Web server cho c¸c bµi thÝ nghiÖm dïng ng«n ng÷ LabVIEW. Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-4- Ch−¬ng 2: C¬ së x©y dùng phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng 2.1 M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng LAN Khi m¸y tÝnh ®−îc øng dông trong c¸c c«ng viÖc ®· ®¸nh dÊu sù ra ®êi cña m¹ng LAN. M¹ng LAN gåm c¸c m¸y tÝnh, c¸c card m¹ng, m«i tr−êng nèi m¹ng, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t¶i, vµ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi. V× m¹ng LAN cã thÓ kÕt nèi tÊt c¶ c¸c tr¹m c«ng t¸c, c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi, c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi vµ c¸c thiÕt bÞ kh¸c trong mét ph¹m vi hÑp cña mét toµ nhµ hay c«ng së. M¹ng LAN gióp c¸c nhµ qu¶n lý thùc hiÖn viÖc chia sÎ mét c¸ch hiÖu qu¶ c¸c tËp tin d÷ liÖu hoÆc c¸c m¸y in, ngoµi ra m¹ng LAN cßn cã kh¶ n¨ng cung cÊp th«ng tin liªn l¹c nh− email, héi nhËp d÷ liÖu vµ truyÒn th«ng tin. M¹ng LAN ®−îc thiÕt kÕ ®Ó thùc hiÖn c¸c ho¹t ®éng trong miÒn ®Þa lý giíi h¹n, cho phÐp ®a truy xuÊt vµo m«i tr−êng tèc ®é cao, cung cÊp kh¶ n¨ng kÕt nèi liªn tôc vµo c¸c dÞch vô côc bé, t¹o ra kÕt nèi vËt lý gi÷a c¸c thiÕt bÞ kÒ nhau vµ cho phÐp ng−êi qu¶n lý ®iÒu khiÓn m¹ng côc bé mét c¸ch ®éc lËp. Víi nh÷ng kh¶ n¨ng trªn nªn hiÖn nay m¹ng LAN th−êng ®−îc sö dông trong c¸c khu c«ng nghiÖp, c¸c c«ng së, trong c¸c toµ nhµ hay trong c¸c tr−êng häc. Vµ nã kh«ng chØ dõng víi nh÷ng hiÖu qu¶ trong viÖc qu¶n lý chia sÎ th«ng tin mµ h¬n thÕ n÷a LAN ®· ®−îc sö dông trong c¸c hÖ thèng §o l−êng vµ §iÒu khiÓn tõ xa, hay c¸c phßng thÝ nghiÖm §o l−êng vµ §iÒu khiÓn tõ xa trong c¸c tr−êng häc, c¸c viÖn nghiªn cøu. Theo truyÒn thèng, trong c¸c tr−êng häc, c¸c viÖn nghiÖn cøu khi muèn lµm mét thÝ nghiÖm hay ®o mét ®¹i l−îng hoÆc mét th«ng sè th× ng−êi ta ph¶i ®Õn tËn n¬i phßng thÝ nghiÖm n¬i cã c¸c thiÕt bÞ ®o, thiÕt bÞ thÝ nghiÖm vµ thao t¸c theo mét lÞch tr×nh ®Þnh tr−íc. Nh− vËy ph¶i tèn kÐm vÒ kinh tÕ x©y dùng nhiÒu phßng thÝ nghiÖm còng nh− thêi gian chi phÝ thùc hiÖn thÝ nghiÖm. MÆt kh¸c, khi cã nhiÒu ng−êi cÇn lµm thÝ nghiÖm trong cïng thêi ®iÓm th× l¹i ®ßi hái Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-5- cã nh−ng trang bÞ lín h¬n cho phßng thÝ nghiÖm ch¼ng h¹n nh− vÒ kh«ng gian phßng thÝ nghiÖm, trang thiÕt bÞ vµ sù qu¶n lý... Khi m¹ng LAN ®−îc øng dông trong ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn tõ xa viÖc thÝ nghiÖm ®−îc c¶i thiÖn h¬n. Víi c¸c c¶m biÕn, card thu thËp sè liÖu vµ m¸y tÝnh ®ãng vai trß m¸y chñ ®−îc ®Æt t¹i hiÖn tr−êng. C¸c th«ng tin vÒ ®èi t−îng ®−îc ®−a vÒ m¸y chñ vµ chuyÓn tíi c¸c m¸y tÝnh kh¸c trong m¹ng khi cã yªu cÇu. Trªn client mét giao diÖn ®−îc thiÕt lËp cã h×nh ¶nh vµ c¸c tÝnh n¨ng gièng nh− c¸c thiÕt bÞ ®¬n lÎ trong thùc tÕ hay cßn gäi lµ thiÕt bÞ ¶o. Th«ng qua kÕt nèi m¹ng LAN mäi ng−êi trong ph¹m vÞ c¬ quan ®ã cã thÓ tõ c¸c m¸y tÝnh c¸ nh©n truy cËp tíi thiÕt bÞ ¶o ®Ó quan s¸t, ®iÒu khiÓn hay lµm c¸c thÝ nghiÖm víi c¸c ®¹i l−îng hoÆc th«ng sè t¹i hiÖn tr−êng. Nh− vËy ng−êi thùc hiÖn viÖc quan s¸t, ®o, ®iÒu khiÓn hoÆc lµm thÝ nghiÖm kh«ng cÇn mÊt nhiÒu thêi gian ®i l¹i vµ h¹n chÕ ®−îc ®¸ng kÓ kinh phÝ x©y dùng c¬ së h¹ tÇng nãi chung vµ trang bÞ phßng thÝ nghiÖm nãi riªng ®ång thêi c¸c d÷ liÖu cÇn thiÕt cña c¸c th«ng sè trªn hiÖn tr−êng còng ®−îc ghi l¹i trªn m¸y tÝnh mét c¸ch dÔ dµng vµ thuËn tiÖn. Phßng thÝ nghiÖm ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn qua m¹ng LAN cã thÓ ®−îc m« t¶ nh− h×nh_2.1 d−íi ®©y: Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-6- H×nh 2.1_M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng LAN Mét hÖ thèng ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn tõ xa theo ph−¬ng ph¸p truyÒn thèng viÖc ®iÒu khiÓn truyÒn d÷ liÖu rÊt phøc t¹p, c¸c ®−êng truyÒn ®−îc thiÕt lËp theo mét giao thøc sö dông m¹ng LAN thùc sù mang l¹i nh÷ng lîi Ých rÊt lín. Tuy nhiªn, víi yªu cÇu ngµy cµng cao vµ sù ®ßi hái nèi liÒn mäi kho¶ng c¸ch còng nh− c¸c yªu cÇu héi nhËp ngµy cµng t¨ng nªn m« h×nh m¹ng LAN kh«ng thÓ ®¸p øng ®−îc mµ chóng ta cÇn ®Õn mét m¹ng réng h¬n ®ã lµ m¹ng internet. 2.2 M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng internet Khi sè l−îng m¸y tÝnh sö dông trong c¸c ho¹t ®éng kinh tÕ, nghiªn cøu khoa häc, c«ng nghiÖp vµ x· héi t¨ng vät, c¸c m¹ng cô bé sÏ kh«ng thÓ ®¸p øng ®−îc nhu cÇu sö dông. Víi mét hÖ thèng m¹ng cô bé th× mçi c«ng ty lµ mét èc ®¶o ®iÖn tö. Sù cÇn thiÕt trao ®æi th«ng tin hiÖu qu¶ vµ nhanh chãng gi÷a c¸c c«ng ty hay c¸c doanh nghiÖp cã sù c¸ch trë vÒ vËt lý trªn diÖn réng toµn cÇu lµ tiÒn ®Ò ®Ó m¹ng internet ra ®êi. M¹ng internet nèi liÒn tÊt c¶ c¸c m¸y tÝnh trªn Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-7- toµn thÕ giíi nhê giao thøc internet. Nh− vËy th«ng tin kh«ng chØ ®−îc chia sÎ trong mét ph¹m vi cô bé mµ nã cã thÓ ®−îc trao ®æi, chia sÎ trªn toµn cÇu. Víi xu thÕ øng dông m¹ng internet trong qu¶n lý, nghiªn cøu khoa häc, x· héi, hiÖn nay nh÷ng vÊn ®Ò nghiªn cøu vµ ®µo t¹o tõ xa, th−¬ng m¹i ®iÖn tö, chÝnh phñ ®iÖn tö ®· vµ ®ang ®−îc quan t©m ph¸t triÓn. HiÖn nay, vÊn ®Ò sö dông m¹ng internet vµo viÖc nghiªn cøu vµ ®µo t¹o tõ xa ®ang ®−îc thÕ giíi nãi chung vµ ViÖt Nam nãi riªng quan t©m khai th¸c. §©y lµ mét ®Ò tµi kh¶ thi vµ mang l¹i nhiÒu lîi Ých, ý nghÜa khoa häc. Trong viÖc ®µo t¹o tõ xa c¬ b¶n cÇn gi¶i quyÕt hai vÊn ®Ò c¸ch trao ®æi th«ng tin vµ ph−¬ng c¸ch thùc hiÖn thÝ nghiÖm. ViÖc trao ®æi th«ng tin hiÖn ®−îc thùc hiÖn nhê m¹ng internet, vÊn ®Ò c¬ b¶n thø hai cña ®µo t¹o tõ xa thùc chÊt lµ x©y dùng phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng ienternet hay nãi c¸ch kh¸c x©y dùng phßng thÝ nghiÖm ¶o qua m¹ng. Phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng internet thùc chÊt lµ mét hÖ thèng bao gåm c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn, c¸c card thu thËp sè liÖu t¹i hiÖn tr−êng sau ®ã ®−îc ®−a tíi m¸y tÝnh chñ còng ®−îc ®Æt t¹i hiÖn tr−êng chuyÓn c¸c th«ng tin tíi c¸c m¸y tÝnh client khi cã yªu cÇu d−íi d¹ng trang Web, ë trang Web nµy chøa c¸c bµi thÝ nghiÖm vµ c¸c thiÕt bÞ thÝ nghiÖm t−¬ng øng víi c¸c ®¹i l−îng ®o. C¸c client cã thÓ truy cËp ®Ó quan s¸t, ®iÒu khiÓn hay lµm c¸c thÝ nghiÖm víi c¸c ®¹i l−îng hay víi c¸c ®èi t−îng trªn hiÖn tr−êng mµ kh«ng cÇn ph¶i ®Õn hiÖn tr−êng vµ kh«ng cÇn ph¶i quan t©m hiÖn tr−êng ë ®©u vµ c¸ch bao xa. MÆc dï vËy mäi th«ng sè, gi¸ trÞ c¸c ®¹i l−îng ®o ®−îc ®Òu lµ c¸c gi¸ trÞ thùc tÕ vµ biÕn ®æi trªn hiÖn tr−êng. Cã thÓ m« t¶ phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng theo h×nh 2_2 d−íi ®©y: Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-8- H×nh 2.2_M« h×nh phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng internet ë ®©y phÇn thu thËp sè liÖu trªn hiÖn tr−êng cã thÓ cã nhiÒu c¸ch kh¸c nhau, mçi c¸ch ®Òu cã nh÷ng khã kh¨n vµ thuËn lîi. Mét trong nh÷ng c¸ch ®ã lµ sö dông m¹ng field_piont hoÆc card thu thËp d÷ liÖu DAQ cña National Instruments (NI), cßn giao diÖn ®−îc x©y dùng nhê ng«n ng÷ LabVIEW còng cña NI. 2.3 C¬ së x©y dùng phßng thÝ nghiÖm qua m¹ng §Ó x©y dùng mét phßng thÝ nghiÖm ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn qua m¹ng cÇn ph¶i nghiªn cøu c¸c vÊn ®Ò c¬ b¶n sau: - Bè trÝ hiÖn tr−êng c¸c ®¹i l−îng ®o cho tõng bµi thÝ nghiÖm cô thÓ. - C¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn vµ m¹ch ®o. - HÖ thèng thu thËp vµ xö lý sè liÖu. Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
-9- - Ng«n ng÷ lËp tr×nh LabVIEW trong x©y dùng c¸c module thÝ nghiÖm qua m¹ng. 2.3.1 Bè trÝ hiÖn tr−êng c¸c ®¹i l−îng ®o vµ c¸c c¶m biÕn Tr−íc hÕt ph¶i cã hiÖn tr−êng c¸c ®¹i l−îng cÇn ®o t−¬ng øng víi tõng bµi thÝ nghiÖm nh−: nhiÖt ®é, ®é Èm, tèc ®é, l−u l−îng, nång ®é, lùc, dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p ... c¸c ®¹i l−îng nµy cã thÓ lÊy t¹i m«i tr−êng tù nhiªn hoÆc tù t¹o ra. §èi víi mçi ®¹i l−îng ®o cã thÓ bè trÝ nhiÒu lo¹i c¶m biÕn kh¸c nhau ®Ó khi thùc hiÖn bµi thÝ nghiÖm ta cã thÓ chän c¶m biÕn kh¸c nhau lµm cho bµi thÝ nghiÖm phong phó vµ qua ®ã t×m hiÓu ®−îc nhiÒu lo¹i c¶m biÕn kh¸c nhau còng nh− viÖc so s¸nh c¸c ®Æc tÝnh, ®é chÝnh x¸c, −u ®iÓm vµ nh−îc ®iÓm gi÷c c¸c lo¹i c¶m biÕn. Khi sö dông mçi c¶m biÕn l¹i cã mét m¹ch ®o riªng, nh− vËy mçi bµi thÝ nghiÖm ph¶i thiÕt kÕ nhiÒu m¹ch ®o kh¸c nhau cho tõng tr−êng hîp sö dông c¶m biÕn. HiÖn nay, trong lÜnh vùc ®o l−êng vµ ®iÒu khiÓn tù ®éng cã rÊt nhiÒu hä c¶m biÕn kh¸c nhau, mçi hä l¹i cã nhiÒu lo¹i kh¸c nhau ®−îc sö dông cô thÓ trong nh÷ng tr−êng hîp kh¸c nhau, trong thùc tÕ hiÖn cã nh÷ng lo¹i c¶m biÕn c¬ b¶n sau: - C¶m biÕn quang häc - C¶m biÕn nhiÖt ®é - C¶m biÕn vÞ trÝ vµ di chuyÓn - C¶m biÕn vËn tèc vµ gia tèc - C¶m biÕn ®o biÕn d¹ng - C¶m biÕn lùc vµ øng suÊt - C¶m biÕn ®o l−u l−îng vµ thÓ tÝch chÊt láng, khÝ vµ h¬i - C¶m biÕn ¸p suÊt l−u chÊt - C¶m biÕn ®o ch©n kh«ng - C¶m biÕn ph¸t hiÖn vµ ®o ®é Èm Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
- 10 - - C¶m biÕn ®iÖn ho¸ vµ y sinh - C¶m biÕn bøc x¹ h¹t nh©n - C¶m biÕn ®iÖn tõ Ngoµi ra chóng ta cßn cã c¸c c¶m biÕn th«ng minh kh¸c n÷a. Tuy nhiªn, c¸c bé c¶m biÕn ®o l−êng ®Òu cã c¸c ®Æc tr−ng c¬ b¶n sau: Hµm truyÒn lµ quan hÖ gi÷a ®¸p øng vµ kÝch thÝch cña bé c¶m biÕn cã thÓ cho d−íi d¹ng b¶ng gi¸ trÞ, ®å thÞ hoÆc biÓu thøc to¸n häc. Gäi x lµ kÝch thÝch, y lµ tÝn hiÖu ®iÖn ®¸p øng, th× hµm truyÒn cho ta quan hÖ gi÷a ®¸p øng vµ kÝch thÝch. Hµm truyÒn cã thÓ ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng tuyÕn tÝnh, phi tuyÕn, hµm luü thõa, hµm logarit hoÆc hµm mò. §é lín cña tÝn hiÖu vµo lµ gi¸ trÞ lín nhÊt cña tÝn hiÖu ®−a vµo bé c¶m biÕn mµ sai sè kh«ng v−ît qu¸ ng−ìng cho phÐp. §èi víi c¸c bé c¶m biÕn cã ®¸p øng phi tuyÕn ng−ìng ®éng cña kÝch thÝch th−êng ®−îc biÓu diÔn dexibel, b»ng logarit cña tû sè c«ng suÊt hoÆc ®iÖn ¸p cña tÝn hiÖu ra hoÆc tÝn hiÖu vµo: P2 U 1dB = 10 lg = 20 lg 2 P1 U1 Sai sè vµ ®é chÝnh x¸c cña c¸c bé c¶m biÕn còng nh− c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng kh¸c, ngoµi ®¹i l−îng cÇn ®o cßn chÞu ¶nh h−ëng cña c¸c yÕu tè ngo¹i c¶nh cña m«i tr−êng nªn sai sè gi÷a gi¸ trÞ ®o ®−îc vµ gi¸ trÞ thùc tøc m¾c ph¶i sai sè tuyÖt ®èi, sai sè t−¬ng ®èi. 2.3.2 HÖ thèng thu thËp vµ xö lý sè liÖu HÖ thèng thu thËp vµ xö lý sè liÖu lµ phÇn kÕt nèi gi÷a c¸c c¶m biÕn, m¹ch ®o víi c¸c m¸y tÝnh vµ c¸c phÇn mÒm øng dông ®Ó hoµn tÊt qu¸ tr×nh thu thËp vµ l−u tr÷ th«ng tin s½n sµng chuyÓn tíi c¸c client cã yªu cÇu. H·ng National Instruments ®−a ra hai gi¶i ph¸p thu thËp sè liÖu: sö dông card thu thËp sè liÖu DAQ hoÆc hÖ thèng m¹ng Field-Point. 2.3.2.1 HÖ thèng m¹ng Field-Point Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
- 11 - H·ng National Instruments ®· ph¸t triÓn mét hÖ thèng m¹ng thùc hiÖn thu thËp sè liÖu ®o, gi¸m s¸t vµ ®iÒu khiÓn th«ng sè qu¸ tr×nh ®ã lµ m¹ng Field-point. HÖ thèng m¹ng Field-point cña NI cã hai lo¹i Field-point vµ Compact Field-point. Víi Field-point c¸c thiÕt bÞ ®−îc ghÐp nèi víi nhau thÓ hiÖn trªn kÕt nèi vËt lý vµ c¸c giao thøc truyÒn th«ng t−¬ng tù nh− c¸c hÖ thèng m¹ng kh¸c, vµ c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña m¹ng gåm module thu thËp, module tÝn hiÖu, phÇn ®iÒu khiÓn thùc hiÖn truyÒn th«ng qua c¸c cæng RS-232, RS-485, c¸c tr¹m cã thÓ kÕt nèi víi nhau qua m¹ng truyÒn th«ng nèi tiÕp hay m¹ng ethernet. H×nh 2.3_CÊu h×nh mét hÖ thèng Field - Point HÖ thèng Field-point gåm c¸c module ph©n t¸n ®Æt d−íi hiÖn tr−êng kÕt nèi víi c¶m biÕn, thiÕt bÞ chÊp hµnh, trong ®ã c¸c module ®−îc kÕt nèi víi nhau vµ nèi víi c¶ hÖ thèng m¹ng. Do ®−îc module ho¸ nªn m¹ng Field-point ®¬n gi¶n, dÔ l¾p ®Æt, tham sè ho¸. Sù ®¬n gi¶n kh«ng chØ thÓ hiÖn ë viÖc cµi ®Æt hÖ thèng, thiÕt lËp cÊu h×nh mµ cßn thÓ hiÖn trong c¶ lËp tr×nh vµ triÓn khai c¶ hÖ thèng. C¸c vÊn ®Ò liªn quan ®Õn hÖ thèng thu thËp sè liÖu qua m¹ng gåm giao thøc m¹ng, hÖ thèng thiÕt bÞ phÇn cøng vµ phÇn mÒm, lËp tr×nh t¹o giao diÖn, thu thËp giam s¸t ®iÒu khiÓn vµ l−u tr÷ sè liÖu. Tuy nhiªn trong luËn v¨n t«i kh«ng ®i s©u nghiªn cøu m¹ng Field-Point, t«i theo h−íng sö dông card DAQ. 2.3.2.2 Card thu thËp sè liÖu NI_DAQ H·ng NI ®· ®−a ra c¸c lo¹i card thu thËp d÷ liÖu chuyªn dông DAQ, card thu thËp nµy cho phÐp chóng ta liªn kÕt gi÷a tÝn hiÖu bªn ngoµi vµ thiÕt bÞ ¶o Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn
- 12 - ®Ó thùc hiÖn ®o vµ hiÖn kÕt qu¶. ë ®©y chóng ta t×m hiÓu card thu thËp lo¹i ATE. §©y lµ lo¹i card c¾m thÝch øng nhiÒu chøc n¨ng analog, digital, timing I/O cho m¸y tÝnh PC AT vµ thÝch øng víi nhiÒu m¸y tÝnh kh¸c. §Æc ®iÓm næi bËt cña hä card thu thËp nµy lµ: - Cã 16 vµ 64 ®−êng tÝn hiÖu vµo t−¬ng tù, c¸c ®Çu vµo biÕn ®æi ADC 12 vµ 16 bÝt. - §Çu ra ®iÖn ¸p tõ bé DAC cã ®é ph©n gi¶i 12 hoÆc 16 bÝt. - Cã 8 vµ 32 ®−êng tÝn hiÖu vµo/ra sè t−¬ng thÝch tÝn hiÖu TTL. - §Þnh thêi tÝn hiÖu vµo/ra bëi 2 bé ®Õm/®Þnh thêi 24 bÝt. - CARD thu thËp ATE cã mét ®Æc ®iÓm n÷a lµ rÊt dÔ cÊu h×nh vµ sö dông phÇn mÒm ®o l−êng . Ta cã thÓ sö dông NI-DAQ-PnP bus phèi ghÐp card ATE tíi bus AT I/O. DAQ-PnP thùc hiÖn c¾m vµ ho¹t ®éng víi bus ISA ®Ó trao ®æi trùc tiÕp d÷ liÖu víi bé nhí (DMA) hay dïng c¸c ng¾t, ®Þa chØ vµo ra c¬ së hoµn toµn do phÇn mÒm ®Þnh d¹ng, nã cho phÐp ta dÔ dµng thay ®æi cÊu h×nh card ATE mµ kh«ng cÇn ph¶i th¸o card khái m¸y tÝnh. CARD thu thËp ATE sö dông NI-DAQ-STC < system time control > ®Ó ®iÒu khiÓn thêi gian hÖ thèng. DAQ-STC chøa 3 nhãm timing ®Ó ®iÒu khiÓn vµo/ra t−¬ng tù vµ tÊt c¶ c¸c chøc n¨ng counter/timer. C¸c nhãm nµy chøa 7 counter 24 bit vµ 3 counter 16 bit. CARD thu thËp ATE cã thÓ phèi ghÐp tíi hÖ thèng SCXI nªn ta cã thÓ thu thËp ®−îc h¬n 3000 tÝn hiÖu t−¬ng tù tõ c¸c m¸y ®o nhiÖt ®é, RTDs , c¸c nguån ©m thanh, ®iÖn ¸p, dßng ®iÖn vµ còng cã thÓ t¹o ra tÝn hiÖu sè cho viÖc truyÒn th«ng vµ ®iÒu khiÓn. SCXI lµ thiÕt bÞ ®Çu cuèi cña hä DAQ nãi chung vµ cña card ATE nãi riªng. Hµ V¨n Ph−¬ng_§o l−êng vµ HÖ thèng ®iÒu khiÓn