(Đồ án hcmute) giám sát và điều khiển thiết bị sử dụng kit mydaq

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT MÁY TÍNH

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN
THIẾT BỊ SỬ DỤNG KIT MYDAQ

GVHD: ThS.NGUYỄN NGÔ LÂM
SVTH: ĐẶNG XUÂN VƯƠNG
MSSV: 11119206
SVTH: BÙI QUỐC TÍN
MSSV: 10119129

SKL 0 0 4 1 6 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016

do an


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG
KIT MYDAQ
SVTH : ĐẶNG XN VƯƠNG

MSSV: 11119206
BÙI QUỐC TÍN
MSSV: 10119129
Khóa : 2011 – 2015
Ngành : Cơng nghệ kỹ thuật máy tính
GVHD: ThS.NGUYỄN NGƠ LÂM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên : Đặng Xuân Vương

Ngành

MSSV: 11119206

Bùi Quốc Tín

MSSV: 10119129

: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính

Lớp

: 11119CL2

Tên đề tài: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG KIT MYDAQ
Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngô Lâm
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

2. Ưu điểm:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
i

do an


................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5. Đánh giá
loại:........................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ............... )

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2016

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

ii

do an


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên : Đặng Xn Vương
Bùi Quốc Tín

Ngành

: Cơng nghệ kỹ thuật máy tính

MSSV: 11119206
MSSV: 10119129
Lớp

: 11119CL2

Tên đề tài: GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG KIT MYDAQ
Họ và tên giáo viên phản biện: .......................................................................................
NHẬN XÉT
3. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

4. Ưu điểm:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

iii

do an


................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

3. Khuyết điểm:
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................
................................................................................................................................................

7. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
8. Đánh giá
loại:........................................................................................................
9. Điểm:……………….(Bằng chữ: ............... )

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2016

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

iv

do an


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập, được sự quan tâm và giúp đỡ tận tình của q
thầy (cơ), ban giám hiệu nhà trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
người thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành tới quý thầy cô ban giám hiệu,

quý thầy cô khoa Điện - Điện tử, khoa Chất Lượng Cao và đặc biệt là thầy cô bộ môn
Điện Tử Viễn thông, thầy cố vấn lớp đã dậy bảo tận tình và giúp đỡ người thực hiện đề
tài trong suốt quá trình học tập tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí
Minh.
Đặc Biệt nhóm sinh viên thực hiện đề tài xin được phép chân thành gửi lời cảm
ơn đến thầy hướng dẫn đồ án ThS.Nguyễn Ngô Lâm đã định hướng và trao đổi những
kinh nghiệm q báu để nhóm thực hiện đề tài hồn thành những nội dung trong đề tài
một cách hoàn chỉnh nhất, cũng như tạo những điều kiện thuận lợi nhất từ cơ sở vật
chất nghiên cứu và những góp ý quý báu cho nhóm để nhóm thực hiện đề tài có thể
thực hiện và hồn thành tốt đề tài này. Nhóm thực hiện đề tài cũng xin trân trọng cảm
ơn các thầy(cô) trong trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh nói chung
và thầy(cơ) khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã tận tình truyền đạt những kiến thức nền
tảng để từ đó nhóm thực hiện đề tài. Cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn
sinh viên trong lớp đã trao đổi, góp ý tạo điều kiện thuận lợi về mặt vật chất và tinh
thần để nhóm sinh viên thực hiện đề tài hồn thành một cách tốt đẹp nhất. Mặc dù đã
có nhiều cố gắng và nỗ lực thực hiện, nhưng do kiến thức cũng như khả năng bản thân
còn nhiều hạn chế nên trong q trình thực hiện đề tài khơng thể tránh khỏi những sai
phạm, thiếu sót… Rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn từ hội đồng bảo vệ, q thầy
cơ và các bạn sinh viên.
Nhóm thực hiện đề tài
Đặng Xuân Vương
Bùi Quốc Tín

vi

do an


TĨM TẮT
Trong thời kì cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước luôn phát triển không

ngừng, nền khoa học kĩ thuật của nước ta cần phải bắt kịp xu hướng chung của thế giới
nếu không muốn bị tụt hậu. Các thiết bị công nghệ điện tử luôn đổi mới và phát
triểnhiện nay đa số kit đều lập trình trên ngơn ngữ truyền thống là các “kí tự” như C,
Python… có thể kể tên một số kit sử dụng ngôn ngữ truyền thống đó là Arduino,
Raspberry Pi, Xbee… Và sau khi thảo luận, nhóm thực hiện đề tài đã quyết định thực
hiện nghiên cứu về kit myDAQ của hãng Nation Instruments, đây là kit khá mới và
chưa có nhiều đề tài thực hiện nghiên cứu về kit. Đề tài mà nhóm quyết định thực hiện
đó là: “Ứng dụng LabVIEW và kit myDAQ vào mô giám sát và điều khiển thiết
bị”.Tuy đề tài theo dõi và điều khiển thiết bị không phải là quá mới, đã được nhiều
nhóm đề tài thực hiện, nhưng với kit myDAQ thì khá mới và nhóm thực hiện đề tài hy
vọng sẽ là tiên phong trong việc sử dụng kit myDAQ để thực hiện đề tài này.
Một trong những điểm mới của đề tài này đó là lập trình bằng phần mềm
LabVIEW, khơng phải lập trình bằng ngơn ngữ truyền thống nữa mà lập trình bằng
ngơn ngữ “hình ảnh”, có tính tư duy, trừu tượng hơn.
Đề tài này được nhóm thực hiện đề tài dựa trên sự hướng dẫn tận tình của thầy
Nguyễn Ngơ Lâm, cũng như sự hỗ trợ về thiết bị của nhà trường, của cơng ty Nation
Instruments, qua tìm hiểu trên mạng, thơng tin datasheet của một số linh kiện điện tử
song do kiến thức có hạn, kinh nghiệm cịn hạn chế nên trong q trình thực hiện đề tài
cịn nhiều thiếu sót. Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được sự góp ý của hội đồng
bảo vệ, thầy cô, và các bạn sinh viên để có thể nâng cao chất lượng của đồ án.

vii

do an


ABSTRACT

During the technology is always progressive, scientific and technological
background of our country also needs to catch up with the trend of the world pass

them. The circuit, electronic devices innovates, develops, now majority kit are
programming language is the "characters" like C, C ++, ... could name some kit uses
language TV That system is Arduino, Nexys ... And after discussion, to implement the
project team has decided to carry out research on its myDAQ kit Nation Instruments,
this is quite new kit and do not have many topics to conduct research on kit . The
theme that the team decided to do is: "Using LabVIEW and the model kit myDAQ
monitoring and control equipment." Still riding theme is not so new, many groups
have been the subject of implementation, but with myDAQ kit is pretty new and in the
new location of the subject that is programmed with the LabVIEW software, not the
programmer their traditional language programming language that "image", taking
their thinking, more abstract. Group to implement the project hopes to be a pioneer in
using myDAQ kit to perform the subject.
This topic is heading to implement the project based on the dedicated guidance
of Nguyen Ngo Lam, as well as the support of the school's facilities, corporate Nation
Instruments, through searching the internet, information datasheet some electronic
components, but due to limited knowledge, limited experience in the process to
implement the project was flawed. Group to implement the project hopes to receive
input from the defense committee, the teachers in order to improve the quality of
projects.

viii

do an


MỤC LỤC

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ...................................................... i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ....................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... vi

TÓM TẮT .......................................................................................................................... vii
ABSTRACT ...................................................................................................................... viii
MỤC LỤC ........................................................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... xii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................ xiii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ................................................................................................. 2
1.1

Tình hình nghiên cứu. ............................................................................................ 2

1.1.1.

Giới thiệu tình hình nghiên cứu ngồi nước hiện nay. .................................. 2

1.1.2.

Giới thiệu tình hình nghiên cứu trong nước hiện nay. .................................. 2

1.1.3.

Ứng dụng. ........................................................................................................ 3

1.2.

Tính cấp thiết của đề tài. ....................................................................................... 3

1.3.

Mục tiêu nghiên cứu. ............................................................................................. 3

1.4.

Nhiệm vụ nghiên cứu. ............................................................................................ 4

1.5.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. ........................................................................ 4

1.6.

Phương pháp nghiên cứu. ...................................................................................... 4

1.7.

Bố cục đồ án ........................................................................................................... 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................... 6
2.1.

Kit Nation Instruments myDAQ chuẩn USB........................................................ 6

2.1.1.

Giới thiệu......................................................................................................... 6

2.1.2.

Ưu điểm ........................................................................................................... 6

2.1.3.

Thông số kỹ thuật. .......................................................................................... 9

2.2.

Phần mềm LabVIEW. ......................................................................................... 12

2.2.1.

Giới thiệu....................................................................................................... 12

2.2.2.

ứng dụng của LabVIEW............................................................................... 12

2.2.3.

Môi trường phá triển LabVIEW. ................................................................. 13

2.2.4.

Các tín hiệu đo được với LabVIEW. ............................................................ 14

ix

do an


2.2.5.

Phân tích. ...................................................................................................... 14

2.2.6.

Hiển thị. ......................................................................................................... 14

2.2.7.

Điều khiển. .................................................................................................... 15

2.2.8.

Giao tiếp với thiết bị ngoại vi........................................................................ 15

2.2.9.

Những khái niệm cơ bản............................................................................... 16

2.2.10.
2.3.

Cách sử dụng phần mềm LabVIEW. ....................................................... 20

Các Module cảm biến. ......................................................................................... 25

2.3.1.

Module cảm biến nhiệt độ. ........................................................................... 25

2.3.2.

Module cảm biến ánh sáng. .......................................................................... 26

2.3.3.

Module cảm biến độ ẩm................................................................................ 28

2.3.4.

Cảm biến hồng ngoại. ................................................................................... 30

2.3.5.

Cảm biến khí gas........................................................................................... 31

2.3.6.

Module cảm ứng dòng điện. ......................................................................... 33

2.4.

Lựa chọn linh kiện điều khiển thiết bị và IC phân kênh tín hiệu....................... 35

2.4.1.

Mạch khuếch đại dòng điều khiển thiết bị. .................................................. 35

2.4.2.

IC dồn kênh và phân kênh. .......................................................................... 36

2.4.3.

Tìm hiểu về IC phân kênh và dồn kênh 4052. ............................................. 37

2.5. Tổng quan về mạng LAN , xây dựng hệ thống mạng LAN giám sát và điều
khiển thiết bị trên mạng LAN, mạng không dây wifi. .................................................. 38
2.5.1.

giới thiệu. ....................................................................................................... 38

2.5.2.

Họ giao thức TCP/IP..................................................................................... 40

2.5.3.

Kiến trúc TCP/IP .......................................................................................... 42

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG. ................................................. 44
3.1.

Yêu cầu hệ thống. ................................................................................................. 44

3.2.

Thiết kế phần cứng. ............................................................................................. 45

3.2.1.

Yêu cầu phần cứng của hệ thống.................................................................. 45

3.2.2.

Sơ đồ khối của phần cứng, chức năng và hoạt động phân cứng. ................ 45

3.2.3.

Thiết kế từng khối của hệ thống phần cứng................................................. 47

3.2.4.

Sơ đồ mạch chi tiết của phần cứng của hệ thống. ........................................ 56

3.3.

Thiết kế giao diện trên máy tính. ........................................................................ 58

3.3.1.

Yêu cầu giao diện trên máy tính................................................................... 58

3.3.2.

Các phương án lựa chọn và cơng cụ thực hiện. ........................................... 60

3.3.3.

Lưu đồ hoạt động. ......................................................................................... 61

x

do an


CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT.......................................................................... 65
4.1.

Kết quả. ................................................................................................................ 65

4.1.1.

Phần cứng...................................................................................................... 65

4.1.2.

Phần mềm...................................................................................................... 67

4.1.3.

Kết quả thực nghiệm..................................................................................... 67

4.1.4.

Chế độ bằng tay. ........................................................................................... 67

4.1.5.

Chế độ tự động. ............................................................................................. 67

4.1.6.

Phân tích kết quả. ......................................................................................... 67

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG .............................. 67
5.1.

Kết luận. ............................................................................................................... 67

5.2.

Đánh giá. .............................................................................................................. 68

5.2.1.

Ưu điểm. ........................................................................................................ 68

5.2.2.

Hạn chế.......................................................................................................... 69

5.3.

Hướng phát triển. ................................................................................................ 69

PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 69
Phụ lục A: Code chương trình. ...................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 79

xi

do an


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ

cái Cụm từ tiếng Anh

Từ tiếng Việt

viết tắt
ADC

Analog Digital Convert

đổi

Chuyển

tín

hiệu

Analog Digital
PIR

Passive InfraRed

Hồng ngoại thụ động

AI

Analog Input

Ngõ vào tín hiệu Analog

DIO

Digital Input Output

Ngõ

vào ra tín hiệu

Digital
AC

Alternating Current

Dòng điện xoay chiều

DC

Direct curent

Dòng điện một chiều

IC

Integrated Circuit

Vi mạch

LED

Light Emitting Diode

Diode phát sáng

LabVIEW Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Ngơn

ngữ

lập

trình

Workbench

LabVIEW

PWM

Pulse Width Modulation

Điều chế xung

TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol

Kiểm soát truyền dẫn/
giao thức internet

VI

Thiết bị ảo

Virtual Instrumentation

xii

do an


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2. 1: Bản thông số đo dịng điện. ................................................................................. 10
Bảng 2. 2: Bảng thơng đo thơng số điện áp........................................................................... 11
Bảng 2. 3: Bảng thông số đo trở kháng. ................................................................................ 11
Bảng 2. 4: Bảng trạng thái khi IC 4052 sử dụng làm bộ dồn kênh......................................... 38
Bảng 2. 5: Bảng trạng thái khi IC 4052 sử dụng làm bộ dồn kênh......................................... 38

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2. 1: Module NI myDAQ ............................................................................................... 9
Hình 2. 2: Khả năng hiển thị của phần mềm labVIEW. ........................................................ 14
Hình 2. 3: Khả năng giao thức với thiết bị ngoại vi............................................................... 15
Hình 2. 4: Front Panel của chương trình labVIEW. .............................................................. 17

Hình 2. 5: Block Diagram của chương trình LabVIEW. ....................................................... 17
Hình 2. 6: Controls Palette ................................................................................................... 19
Hình 2. 7: Icon labVIEW 2014 ............................................................................................. 20
Hình 2. 8: Cửa sổ giao diện LabVIEW khi mới khởi động ................................................... 20
Hình 2. 9: Front Panel và Block Diagram ............................................................................. 21
Hình 2. 10: Control và Indicator trên Front Panel ................................................................. 21
Hình 2. 11: Click Run để chạy chương trình. .......................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 12: lưu file ............................................................................................................... 22
Hình 2. 13: Các lựa chọn khi lưu file bằng Save As.............................................................. 23
Hình 2. 14: Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ LM35 .................................................................. 26
Hình 2. 15: sơ đồ nguyên lý Module cảm biến ánh sáng. ...................................................... 27
Hình 2. 16: Sơ đồ chân IC LM393 ....................................................................................... 27
Hình 2. 17: Sơ đồ nguyên lý Module cảm biến độ ẩm. ......................................................... 29
Hình 2. 18: Datasheet IC NE555. ......................................................................................... 29
Hình 2. 19: Module cảm biến hồng ngoại. ............................................................................ 31
Hình 2. 20: sơ đồ chân cảm biến khí gas MQ2. .................................................................... 32
Hình 2. 21: Module cảm biến khí gas. .................................................................................. 33
Hình 2. 22: Module cảm biến dịng. ..................................................................................... 33
Hình 2. 23: Datasheet IC ACS712. ....................................................................................... 34
Hình 2. 24: Mạch khuếch đại dịng. ...................................................................................... 35
Hình 2. 25: Mạch dồn kênh 4 sang 1 và bảng hoạt động. ...................................................... 36
Hình 2. 26: Mạch tách kênh 1 sang 4 và bảng hoạt động. ..................................................... 37
Hình 2. 27: Sơ đồ chân IC 4052. .......................................................................................... 37
Hình 2. 28: Mơ hình tổng qt cấu trúc mạng nội bộ LAN. .................................................. 39

xiii

do an

Hình 2. 29: Vai trị của giao thức mạng. ............................................................................... 40
Hình 2. 30: lớp Internet. ....................................................................................................... 44
Hình 2. 31: chức năng của lớp ứng dụng. ............................................................................. 44
Hình 3. 1: Sơ đồ khối của hệ thống ...................................................................................... 45
Hình 3. 2: Sơ đồ khối phần cứng hệ thống ............................................................................ 46
Hình 3. 3: Cảm biến nhiệt RTD hoặc PT100 ........................................................................ 47
Hình 3. 4: Cảm biến độ ẩm DHT11 ...................................................................................... 49
Hình 3. 5: Cảm biến độ ẩm HS1101 ..................................................................................... 49
Hình 3. 6: Module cảm biến ánh sáng dùng Transistor ......................................................... 50
Hình 3. 7: Module cảm biến ánh sáng dùng IC LM393 ........................................................ 51
Hình 3. 8: Cảm biến hồng ngoại dùng PIR ........................................................................... 52
Hình 3. 9: Module cảm biến hồng ngoại dùng 2 LED thu phát. ............................................ 52
Hình 3. 10: Module cảm biến khí gas dùng A1015 ............................................................... 53
Hình 3. 11: Module cảm biến khí gas. .................................................................................. 54
Hình 3. 12: Cảm ứng dịng điện............................................................................................ 55
Hình 3. 13: Module cảm ứng dịng điện ............................................................................... 55
Hình 3. 14: Sơ đồ nguyên lý chi tiết kit myDAQ1 với các khối cảm biến ............................. 57
Hình 3. 15: Sơ đồ hệ thống kit myDAQ2 với các Module cảm biến...................................... 58
Hình 3. 16: Giao diện Server trên LabVIEW ........................................................................ 59
Hình 3. 17: Giao diện ClientOne trên LabVIEW .................................................................. 59
Hình 3. 18: Giao diện ClientTwo trên LabVIEW.................................................................. 60
Hình 3. 19: Tab Contro ........................................................................................................ 60
Hình 3. 20: Numeric ............................................................................................................ 60
Hình 3. 21: Mơ phỏng dạng sóng bằng cơng cụ Graph ........................................................ 61
Hình 3. 22: Lưu đồ hoạt động phía Server. ........................................................................... 62
Hình 3. 23: Lưu đồ hoạt động phía Client............................................................................. 63
Hình 4. 1: Mơ hình theo dõi và điều khiển thiết bị trên Client1............................................. 66
Hình 4. 2: Mơ hình theo dõi và điều khiển thiết bị trên Client2............................................. 66
Hình A. 1: Server mở kết nối giữa Server với Client 1.......................................................... 69
Hình A. 2: Server truyền chế độ cài đặt nhiệt độ đến Client1 ................................................ 70

Hình A. 3: Server truyền chế Setup cường độ ánh sáng xuống Client1 ................................. 70
Hình A. 4: Sever cập nhập vật cản từ Client1 ....................................................................... 71
Hình A. 5: Server truyền chế độ cài đặt xuống Client1 ......................................................... 71
Hình A. 6: Server truyền chế độ setup cường độ dòng điện xuống Client1 ........................... 72
Hình A. 7: Server mở port và chờ kết nối từ Client2 ............................................................. 72
Hình A. 8: Server truyền chế độ cài đặt nhiệt độ xuống Client2............................................ 73
Hình A. 9: Server truyền chế độ cài đặt và cập nhập độ ẩm từ Client2 .................................. 73
Hình A. 10: Client1 kết nối đến Server. ................................................................................ 74
Hình A. 11: Client1 tính toán nhiệt độ, điều khiển thiết bị cập nhập nhiệt độ lên server ........ 74

xiv

do an


Hình A. 12: Client1 tính tốn cường độ sáng và cập nhập cường độ sáng lên server. ............ 75
Hình A. 13: Client1thu thập mức logic từ cảm biến và cập nhập trạng thái lên Server. ......... 76
Hình A. 14: Client1 tính tốn nồng độ gas và cập nhập nồng độ gas lên Server .................... 76
Hình A. 15: Client1 tính tốn cường độ dòng điện của tải cập nhập giá trị dịng điện lên
Server .................................................................................................................................. 77
Hình A. 16: Client2 kết nối đến Server ................................................................................. 77
Hình A. 17: Client2 tính tốn nhiệt độ và gửi về Server........................................................ 78
Hình A. 18: Client2 tính tốn độ ẩm và gửi về Server........................................................... 78
Hình A. 19: Client2 điều khiển tốc độ động cơ và gửi tín hiệu mô phỏng lên Server............. 78

xv

do an

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
Chương này sẽ trình bày tổng quát về đồ án bao gồm việc lựa chọn đề tài, đưa ra
các hướng giải quyết, mục tiêu nhiệm vụ và giới hạn nghiên cứu, liên hệ ý nghĩa thực
tiễn và bố cục trong báo cáo.
1.1 Tình hình nghiên cứu.
1.1.1. Giới thiệu tình hình nghiên cứu ngồi nước hiện nay.
Trong những năm gần đây, các ngành kỹ thuật của các nước trong khu vực
cũng như thế giới đã có những chuyển biến đột phá vô cùng mạnh. Khoa học công
nghệ của thế giới thay đổi từng ngày từng giờ và tạo ra những sản phẩm ứng dụng đột
phá đáp ứng nhu cầu sử dụng cho con người là vô cùng bất ngờ như:Trí tuệ nhân tạo,
lưu trữ dữ liệu Big Data, Robot thay thế con người, công nghệ nano và vật liệu khoa
học, Pin và công sạc không dâynghệvà độc đáo nhất và được nhân loại trong chờ nhiều
nhất đó là tìm ra vật liệu giúp điện thoại khơng cần xạc pin.
1.1.2. Giới thiệu tình hình nghiên cứu trong nước hiện nay.
Trong những năm gần đây, các ngành kỹ thuật của các nước ta đã thay đổi rõ và
đang bước vào giai đoạn “phát truyển non trẻ”cùng với đó thì mức sống của con người
đã nâng cao nên nhu cầu sử dụng những thiết bị thơng minh và giám sát có tính chính
xác cao để phục vụ cho cơng việc cá nhân hoặc tập thể công ty lớn nhưng chúng ta vẫn
cịn đang phụ thuộc rất nhiều vào cơng nghệ hiện đại ngồi nước nên nhóm thực hiện
đề tài đã quyết định lựa chọn đề tài “Giám sát và điều khiển thiết bị ” dựa trên phần
mềm labVIEW và kit MyDAQ để nghiên cứu lựa chọn những phương pháp tối ưu
nhất, hạn chế những yếu điểm để hoàn thành đề tài một cách tốt nhất từ đó ứng dụng
vào thực tế một cách linh hoạt.
Như chúng ta đã biết việc quản lý dữ liệu và giám sát thiết bị là rất quan trọng
trong đời sống. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều cơng cụ để làm việc đó với giá
thành tương đối và kết quả thu được cũng rất đáng được chú ý, ở đề tài này nội dung
được đưa ra là không mới với việc sử dụng các cảm biến sensor để giám sát thiết bị và
dựa vào những thiết bị giám sát để điều khiển thiết bị theo từng mục đích của người sử
dụng.
2

do an


1.1.3. Ứng dụng.
Ứng dụng việc theo dõi các thiết bị vào ngơi nhà thơng minh, có thể điều khiển
cơng tắc bóng đèn từ xa hoặc là điều khiển bóng đèn, quạt hay bất cứ một thiết bị nào
trong ngôi nhà theo chế độ setup.
Ứng dụng từ việc theo dõi nhiệt độ ẩm vào nơng nghiệp, vào cơ khí, vào ngân
hàng và các giao dịch kinh tế như bất động sản, chứng khốn, bán hàng,...nói tóm lại
ứng dụng của khoa học cơng nghệ là rất rộng có thể coi là ngành đi đầu trong lĩnh vực
hiện đại hóa tồn cầu.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài.
Nghiên cứu khoa học được xác định là một trong những nội dung quan trọng, cơ
bản, đóng góp một tầm quan trọng để giúp đất nước phát triển, đòi hỏi khả năng tư duy
và sáng tạo nên phải có q trình rèn luyện và nâng cấp dần để từ từ đạt được những
kết quả được công nhận từ cấp độ thấp đến cao, và đề tài mà nhóm thực hiện là một
trong những kiến thức nền tảng đó, tuy nội dung, tính thực tiễn của đề tài đã có nhiều
người triển khai nhưng với việc sử dụng kit myDAQ và ngơn ngữ lập trình hồn tồn
mới bằng phần mềm LabVIEW nên nhóm gặp khơng ít khó khăn trong q trình thực
hiện, đã có lúc tưởng như khơng thể hồn thành kịp tiến độ đồ án.

1.3. Mục tiêu nghiên cứu.
Với đề tài: “Ứng dụng LabVIEW và kit myDAQ vào mơ hình giám sát và điều
khiển thiết bị”, đây là đề tài bước đầu tạo cơ sở nền tảng kiến thức cơ bản để từ đó tìm
tịi phát triển ứng dụng khác trong đời sống hằng ngày. Sau khi hồn thành đồ án
nhóm cần đạt các mục tiêu:
 Biết cách lập trình phần mềm LabVIEW cho kit myDAQ, nguyên lý hoạt động
và cách sử dụng module mạch cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, cảm biến khí
gas, cảm biến hồng ngoại, cảm biến độ ẩm, cảm biến dòng.

3

do an


 Xây dựng mơ hình mạng LAN, thực hiện được giao tiếp giữa thiết bị và máy
tính qua mạng Wifi. Giám sát thiết bị và điều khiển thiết bị, điều khiển tốc độ động cơ
nhanh chậm bằng việc sử dụng phương pháp điều chế xung PWM.
 Rèn luyện kĩ năng nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu.
 Thiết kế giao diện phần mềm giúp người sử dụng điều khiển mạch phần cứng.
1.4.

Nhiệm vụ nghiên cứu.

 Nghiên cứu tài liệu hướng dẫn sử dụng kit myDAQ về cấu tạo, đặc tính kỹ
thuật.
 Tìm hiểu về phần mềm lập trình LabVIEW và cách lập trình cho kit.
 Các module đi kèm với kit: cảm biến hồng ngoại, cảm biến ánh sáng, cảm biến
khí gas, cảm biến lưu lượng dòng chảy, cảm biến nhiệt độ.
 Xây dựng thuật toán và viết code cho ứng dụng dựa theo mục tiêu đã đề ra.
1.5.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu: Kit myDAQ, phần mềm LabVIEW, cảm biến hồng

ngoại, cảm biến ánh sáng, cảm biến khí gas, cảm biến lưu lượng dịng chảy, cảm biến
nhiệt độ…
Phạm vi nghiên cứu: Với đề tài mà nhóm thực hiện, phạm vi nghiên cứu đề tài
ngoài những kiến thức đã học, nhóm phải tìm hiểu nghiên cứu thêm về một loại ngôn

ngữ mới, ngôn ngữ của phần mềm LabVIEW, một loại kit mới, kit myMyDAQ của tập
đoàn Nation Instruments, để từ đó lập trình được một ứng dụng đơn giản làm nền tảng
để phát triển các ứng dụng khác sau này.
1.6.

Phương pháp nghiên cứu.
Phương pháp thu thập thông tin, tự nghiên cứu kết hợp với làm việc nhóm,

phân chia cơng việc cho nhau, sau đó tổng hợp và thảo luận cùng đưa ra phương án
thực hiện đề tài.
 Ý tưởng: Thu thập thông số như nhiệt độ, ánh sáng, khí gas, lưu lượng dịng
chảy, hồng ngoại, độ ẩm. Từ đó điều khiển tốc độ, mức điện áp cho thiết bị như quạt
khi nhiệt độ cao, điều khiển cường độ sáng của bóng đèn ứng với từng mức thơng số
thu thập được. Điều khiển thiết bị ON/OFF cho các thơng số thu thập bằng tín hiệu
Digital
4

do an


Chế độ điều khiển bằng tay: sễ có các nút nhấn điều khiển từng thiết bị theo ý
muốn. Chế độ điều khiển tự động: khi thiết bị thu thập thông số thì sử dụng các thuật
tốn để điều khiển thiết theo tốc độ ứng với từng thông số thu thập được, cịn đối với
tính hiệu Digital thì chỉ điều khiển ON/OFF.
1.7.

Bố cục đồ án
Đồ án “Ứng dụng LabVIEW và kit myDAQ vào mơ hình thu thập thơng số và

điều khiển thiết bị ” gồm 6 chương:

Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu hiện nay, mục đích, nhiệm vụ, đối
tượng phạm vi tìm hiểu,…
Chương 2: Giới thiệu về phần mềm lập trình.
Chương 3: Giới thiệu kit và các module liên quan.
Chương 4: Thiết kế hệ thống.
Chương 5: Kết quả và nhận xét.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

5

do an


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương này nhóm thực hiện đề tài sẽ trình bày những vấn đề cơ sở lý thuyết liên
quan như: giới thiệu về ngôn ngữ lập trình LabVIEW, giới thiệu và tìm hiệu về đặc
tính kỹ thuật về kit myDAQ và Module cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng,...tìm
hiều đặc tính và ngun lý hoạt động của các IC liên quan, tìm hiểu và giải thích bộ
chia và ghép kênh và cuối cùng là tìm hiểu về mơ hình mạng LAN và cách thức
truyền TCP/IP trên mạng LAN.
2.1.

Kit Nation Instruments myDAQ chuẩn USB.

2.1.1. Giới thiệu.
NI myDAQ là nền tảng thiết bị thu thập dữ liệu (DAQ) cơ động giá thành thấp,
cung cấp cho sinh viên khả năng đo lường và phân tích các tín hiệu trực tiếp trên
máy tính. Thiết bị này đã và đang được sử dụng tại hơn 1000 trường Đại học, cao
đẳng trên khắp thế giới. NI myDAQ tích hợp nhiều loại thiết bị ảo, chạy trên nền
tảng LabVIEW như: máy phát hàm, máy hiện sóng, đồng hồ đo vạn năng (DMM),

bộ phân tích biểu đồ Bode, máy phát xung tùy ý ARB … Cùng với phần mềm lập
trình đồ họa LabVIEW, sinh viên có thể mở rộng chức năng của thiết bị với hàng
ngàn ví dụ mẫu từ thư viện online như điều khiển PID, bộ đếm tần số, bộ hiệu chỉnh
âm thanh… Ngồi ra, NI myDAQ cịn có 2 ngõ vào tương tự, 2 ngõ ra tương tự, 8
ngõ vào/ra số, khả năng cấp nguồn +5, +15 và -15V DC. Ngoài ra, khi kết hợp với
LabVIEW, NI myDAQ tạo ra một giải pháp học tập thực hành cho các khái niệm
cốt lõi trong chương trình giảng dạy kỹ thuật, bao gồm các mơn về mạch điện tương
tự, cảm biến, tín hiệu và hệ thống. Có thể thu thập 2 dạng dữ liệu là Analog và
Digital.

2.1.2. Ưu điểm
Các thiết bị thu thập dữ liệu của National Instruments cung cấp cho người
dùng những I/O hiệu năng cao, những công nghệ tiên tiến, và những lợi ích về năng
suất do phần mềm mang lại. Với các công nghệ phần cứng và phần mềm đã được
cấp bằng sáng chế, National Instruments cung cấp một loạt các giải pháp đo lường
và điều khiển trên nền tảng máy tính PC, đáp ứng yêu cầu về sự linh hoạt cũng như
6

do an


hiệu năng cho các ứng dụng. Trong hơn 25 năm qua, National Instruments không
chỉ được xem là nhà cung cấp thiết bị mà cịn là người cố vấn có uy tín cho các kỹ
sư và các nhà khoa học trên tồn thế giới.
2.1.2.1.

I/O hiệu năng cao.

Độ chính xác là một trong những yêu cầu quan trọng nhất trong các ứng
dụng về đo lường. Quan trọng không kém là tốc độ lấy mẫu của I/O, tốc độ truyền

dữ liệu và độ trễ. Đối với hầu hết các kỹ sư và nhà khoa học, hy sinh độ chính xác
cho tốc độ truyền dữ liệu hay hy sinh tốc độ lấy mẫu cho độ phân giải không phải là
một lựa chọn mà họ có thể chấp nhận được. Những thiết bị thu thập dữ liệu đa dạng
trên nền PC của National Instruments đã tạo ra một chuẩn cơng nghiệp về độ chính
xác, hiệu năng và độ dễ sử dụng, từ PCI đến PXI, từ USB đến không dây.
“National Instruments là một công ty nổi tiếng cung cấp các hệ thống thu thập dữ
liệu, và … điều quan trọng là chúng tôi làm việc với các cơng ty có lịch sử tốt và sẽ
tồn tại trong nhiều năm tới nữa”.
Các thiết kế với độ chính xác cao
Nhiều kỹ sư và nhà khoa học nhầm lẫn trong việc đánh giá độ chính xác của
thiết bị thu thập dữ liệu bằng cách chỉ xem xét độ phân giải của nó. Trên thực tế, sai
số do độ phân giải, gọi là sai số lượng tử hóa, có thể chỉ đóng một phần rất nhỏ
trong tổng sai số của kết quả đo lường. Các sai số khác, như trôi nhiệt độ, độ lệch,
khuyếch đại và độ phi tuyến tính có thể thay đổi rất nhiều do thiết kế phần cứng.
Với nhiều năm kinh nghiệm, NI đã phát triển một số các công nghệ trọng điểm cho
phép giảm thiểu những sai số này và tăng độ chính xác tuyệt đối của hệ thống đo
lường.
kết nối nối sensor dễ dàng với bộ điều hịa tín hiệu được tích hợp sẵn
Thơng thường, các sensors cần một bộ điều hịa tín hiệu riêng trước khi kết
nối vào hệ thống thu thập dữ liệu. Công nghệ mới cùng với việc các thiết bị điện tử
ngày càng thu nhỏ cho phép tích hợp bộ điều hịa tín hiệu của sensor cùng với bộ
7

do an


chuyển đổi từ tương tự sang số (ADC) lên cùng một thiết bị. Các thiết thị thu thập
dữ liệu của NI với bộ điều hịa tín hiệu tích hợp giúp cho việc đo lường chính xác
hơn nhờ việc loại bỏ cáp và các đầu nối dữ liệu, giảm các thành phần của hệ t hống
đo lường. NI cũng đã hợp tác với hàng loạt các công ty sản xuất cảm biến (sensor)

hàng đầu thế giới để tạo ra các chuẩn đầu nối cảm biến dễ dàng, và tự động cấu hình
cảm biến với cơng nghệ cảm biến thơng minh TEDS.
I/O cho tất cả các loại cảm biến, tất cả các chuẩn truyền thơng.
Khơng có nhà sản xuất nào cung cấp các thiết bị thu thập dữ liệu trên nền
tảng PC đa dạng như NI. Các thiết bị NI DAQ có thể được dùng với hàng loạt các
chuẩn truyền thông PC khác nhau, trong đó có USB, PCI, PCI Express, PXI, PXI
Express, Wi-Fi (IEEE 802.11), và Ethernet, dùng cho hàng loạt loại đo lường khác
nhau. Nền tảng phần cứng dạng mô-đun của NI giúp thỏa mãn các yêu cầu cụ thể
của từng ứng dụng và cho phép mở rộng ứng dụng trong tương lai.
2.1.2.2.

Nâng cao năng suất qua phần mềm.

Một trong những lợi ích lớn nhất trong việc sử dụng các thiết bị thu thập dữ
liệu trên nền PC là bạn có thể dùng phần mềm để tùy chỉnh các tính năng và hiển thị
kết quả theo yêu cầu của ứng dụng. Khi xem xét giá thành của việc xây dựng hệ
thống thu thập dữ liệu, phát triển phần mềm thường chiếm khoản 25% của cả hệ
thống. Có được một driver dễ sử dụng cùng với phần mềm lập trình ứng dụng trực
giác cho phép chúng ta hoàn thành dự án đúng tiếng độ với giá thành thấp. National
Instruments cung cấp một loạt các công cụ phần mềm giúp bạn đạt năng suất cao
hơn trong việc hồn thành các cơng việc đo lường và tự động hóa.
Phần mềm Driver NI-DAQmx
Phần mềm driver NI-DAQmx giúp tăng năng suất và hiệu suất. Đây là một trong
những lý do vì sao National Instruments vẫn tiếp tục là công ty đi đầu trong lĩnh
vực thiết bị ảo và đo lường dựa trên PC.

8

do an

 Một giao tiếp nhiều ngơn ngữ lập trình: NI-DAQmx cung cấp cùng một giao
tiếp cho nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau, trong đó có NI LabVIEW, các
ngơn ngữ Visual Studio.NET, C, C++. Các hàm và đặc tính cũng như thứ tự sử
dụng các hàm là như nhau trên tất cả các ngơn ngữ lập trình
 Một giao diện, hàng trăm các thiết bị thu thập dữ liệu khác nhau: Không cần biết
bạn đang phát triển ứng dụng trên thiết bị thu thập dữ liệu qua chuẩn PCI, PCI
Express, PXI, PXI Express, USB, Ethernet hay không dây, mã cơ bản của NIDAQmx là như nhau trên tất cả các thiết bị. Với một giao tiếp lập trình duy nhất,
bạn có thể nâng cấp hoặc thay đổi thiết bị thu thập dữ liệu mà khơng cần thay
đổi mã chương trình.

Hình 2. 1: Module NI myDAQ
2.1.3. Thông số kỹ thuật.
NI myDAQ sử dụng nguồn USB 5V – 100mA. Ni myDAQ cung cấp 2 ngõ
đầu vào Analog (AI), 2 ngõ đầu ra Analog (AO), 8 ngõ đầu vào/ đầu ra Digital số
và đầu ra (DIO), âm thanh, nguồn điện +5V +15V -15V, và vạn năng kỹ thuật số
(DMM) chức năng trong một thiết bị USB nhỏ gọn.

2.1.3.1.

Ngõ vào Analog.

2kênh diffential hay 1 ngõ vào strereo audio với độ phân giải ADC 16 bits.
Phạm vi đo ngõ vào Analog ± 10V, ± 2V, DC-coupled và phạm vi đo đối với ngõ
9

do an


vào Audio ±2V, AC-coupled. Ngõ vào Analog DC và Audio hoạt động với băng

thông 400kHz. Dạng kết nối ngõ vào Analog chân cắm còn ngõ vào Audio jack 3.5
mm strereo.
2.1.3.2.

Ngõ ra Analog.

2 kênh ground-referenced hay 1 ngõ ra strereo audio với độ phân giải DAC
16 bits Phạm vi đo 10V, ± 2V, DC-coupled. Trở kháng ngõ ra 1Ω và 120 Ω, dạng
kết nối chân cắm và jack 3.5 mm strereo.
2.1.3.3.

Digital I/O.

Số chân 8; DIO<0..7>, hướng điều khiển dựa vào lập trình xác định ngõ vào
hay ngõ ra. Pull-down resistor 75 KΩ với mức logic

5V ngõ vào; 3.3V ngõ ra

VIHmin 2.0V, VILmax 0.8V, dòng ngõ ra cực đại 4mA.
2.1.3.4.

Số liệu thống kê về đo dòng điện – điện áp – trở kháng.

a. Đo dòng điện.
Phạm vi DC : 20mA, 200mA, 1A.
Phạm vi AC: 20mArms, 200mArms, 1Arms.
Bảng 2. 1:Bản thông số đo dịng điện.
Chức năng

Phạm vi

Độ phân

Tính chính xác

giải
Giá trị đọc được + sai số %
DC Amps

20mA

0.01mA

0.03mA + 0.5%

DC Amps

200mA

0.1mA

0.3mA + 0.5%

DC Amps

1A

0.001mA

3A + 0.5%

40 đến 400Hz

400 đến 2000Hz

AC Amps

20mA

0.01mA

0.06mA + 1.4%

0.06mA + 5%

AC Amps

200mA

0.1mA

0.8mA + 1.5%

0.8mA + 5%

AC Amps

1A

0.001A

6mA + 1.6%

6mA + 5%

10

do an