Nghiên cứu thiết kế hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM



ĐOÀN NGUYÊN MỸ


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG
CHAI BỊ LỖI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BEER



LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60 52 02 02







TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 05 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

ĐOÀN NGUYÊN MỸ


NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG
CHAI BỊ LỖI TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BEER



LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60 52 02 02


HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Võ Hoàng Duy




TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2013





CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :TS. VÕ HOÀNG DUY
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)





Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM
ngày 10 tháng 05 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

1.TS. Ngô Cao Cường Chủ tịch hội đồng
2.TS. Nguyễn Thanh Phương Phản biện 1
3.TS Nguyễn Hùng Phản biện 2
4. PGS.TS. Trần Thu Hà Ủy viên
5.TS Đinh Hoàng Bách Ủy viên – thư ký


Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được

sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TS. Ngô Cao Cường

TRƯ
ỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM


PHÒNG QLKH - ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


TP. HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2012


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐOÀN NGUYÊN MỸ Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 27/05/1978 Nơi sinh: TP.Hồ Chí Minh
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:
1181031038


I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG CHAI BỊ LỖI TRONG DÂY
CHUYỀN SẢN XUẤT BEER

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu về hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất
- Nghiên cứu về lập trình LabVIEW xử lý ảnh cho dây chuyền sản xuất

- Xây dựng mô hình hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer bằng
xử lý ảnh lập trình LabVIEW
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/03/2013
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. VÕ HOÀNG DUY

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)



Võ Hoàng Duy
i

LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn



Đoàn Nguyên Mỹ

ii

LỜI CÁM ƠN


Trong quá trình thực hiện luận văn, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng nhờ sự hướng
dẫn tận tình của TS. Võ Hoàng Duy, tôi đã hoàn thành luận văn đúng thời gian quy
định. Để hoàn thành cuốn luận văn này, tôi xin bày tỏa lòng biết ơn sâu sắc đối với
TS. Võ Hoàng Duy, thầy là người tận tâm hết lòng vì học viên, hướng dẫn nhiệt tình
và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong thời gian thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn tập thể thầy cô giáo trường đại học Kỹ Thuật Công Nghệ
TP. Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi, giúp tôi học tập và
nghiện cứu trong quá trình học cao học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại
học trường đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ cho tôi trong
quá trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Kỹ thuật điện” đã
đóng góp ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2013
Người Thực hiện

Đoàn Nguyên Mỹ





iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Môi trường LabVIEW mở tương thích với mọi phần cứng với các trợ giúp
tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp dữ
liệu dễ dàng. Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết bị). Trong
phạm vi của luận văn, tôi chủ yếu nghiên cứu về cách thức sử dụng phần mềm
LabVIEW cơ bản như: cách tạo giao diện, xử lý ảnh, ứng dụng của LabVIEW trong
điều khiển tự động . Nghiên cứu xử lý ảnh từ đó kết hợp với phần mềm LabVIEW
để tạo ra một ứng dụng cụ thể trong điều khiển tự động ‘Nghiên cứu thiết kế hệ
thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer’
Đối tượng nghiên cứu chung của luận văn là: phần mềm LabVIEW , card
giao tiếp PC HDL USB 9090 và kết hợp phần xử lý ảnh. Tôi tập trung nghiên cứu
được một ứng dụng quen thuộc của LabVIEW và card giao tiếp PC HDL USB 9090
. Đó là thu thập tín hiệu từ thiết bị bên ngoài (camera), xử lý ảnh, giao tiếp với PC
thông qua card giao tiếp HDL USB 9090 từ đó mô phỏng và xử lý tín hiệu trong
một quá trình sản xuất.
Trong đó, giao diện màn hình điều khiển thiết bị từ máy tính được thiết kế với
hình ảnh 3D theo thiết bị thực tế. Do đó, làm cho người vận hành dễ giám sát và điều
khiển thiết bị.
Luận văn chủ yếu tập trung xây dựng mô hình hệ thống hệ thống nhận dạng
chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer điều khiển bằng phần mềm LabVIEW

được thu gọn lại với đầu đủ các chi tiết như là một hệ thống trong thực tế .
Thông qua luận văn này, tôi cũng hy vọng sẽ cung cấp một mô hình và kiến
thức hữu ích cho các kỹ sư, sinh viên .v.v… đang học tập và nghiên cứu về xử lý ảnh
điều khiển thiết bị bằng phần mềm LabVIEW.




iv

ABSTRACT
Open LabVIEW environment is compatible with all hardwares with
interactive assistance, making source code and the ability to connect to thousands of
devices that make data collection easy. Because LabVIEW provides connections to
most devices. In the scope of this thesis, my research mainly is on how to use the
basic LabVIEW software such as: how to create the interface and process image,
some applications of LabVIEW in automatic control. Research the image
processing then combine with LabVIEW software to create a specific application in
automatic control “Research and design the recognition system of faulty bottle in
the beer production chain”
Study objects of the thesis are LabVIEW software, PC HDL USB 9090
contact card and a combination of image processing. I focus on a familiar
application of LabVIEW and PC HDL USB 9090 contact card. That is collecting
signals from external device (camera), image processing, communicating with the
PC HDL USB 9090 contact card, then simulating and processing signals in a
manufacturing process.
In the design, the device control display interface from computer is designed
with 3D images to comply with the actual device. Therefore, it is easier for the
operator to monitor and control the equipment.
The thesis mainly focused on developing a model of the recognition system

of faulty bottle in the beer production line controlled by LabVIEW software, which
its whole elements are fully miniaturized like a system in practice.
Through this thesis, I hope to provide a useful model and knowledge for engineers
and students etc. who are studying and doing research on image processing,
controlling device using LabVIEW software.




v

MỤC LỤC

Tên đề mục Trang
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Tóm tắt luận văn iii
Abstract iv
Mục lục v
Danh mục các từ viết tắt viii
Danh mục các bảng biểu ix
Danh mục các sơ đồ, hình ảnh x
Chương 1: Mở đầu 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài 1
1.3. Mục tiêu đề tài 2
1.4. Nội dung nghiên cứu 2
1.5. Phương pháp luận 2
1.6. Phương pháp nghiên cứu 3
1.7. Nội dung luận văn 3

Chương 2: Tổng quan LabVIEW 4
2.1. LabVIEW là gì? 4
2.2. Các ứng dụng của LabVIEW 5
2.3. Các phép toán trong LabVIEW 8
2.3.1. Phép cộng hai số x,y 8
2.3.2. Cấu trúc một bài LabVIEW 13
2.3.3. Các phép toán thông thường 14
2.4. Các loại Control và Indicator 15
2.4.1. Các Control thường dùng 15
2.4.2. Các dạng Indicator thường dùng 16
vi

2.4.3. Kiểu dữ liệu trong LabVIEW 18
2.5. Vòng lặp while, vòng lặp for 19
2.5.1. Vòng lặp while 19
2.5.2. Vòng lặp for 21
2.5.3. Ứng dụng vòng lặp vẽ đồ thị 22
2.6. Cấu trúc Case 24
2.6.1. Cấu trúc trường hợp 24
2.6.2. Ứng dụng của cấu trúc Case 25
Chương 3: Các ứng dụng card HDL USB 9090 28
3.1. Giới thiệu HDL USB 9090 28
3.2. Cách kết nối thiết bị HDL USB 9090 vào máy tính 30
3.3. Các ứng dụng card HDL USB 9090 35
3.3.1. Đọc tín hiệu từ encoder 36
3.3.2. Phát xung PWM điều khiển động cơ 38
3.4. Lý thuyết điều khiển PID 41
3.4.1. Bản chất toán học thuật toán PID 43
3.4.2. Điều khiển PID cho động cơ DC 47
Chương 4: Xử lý ảnh trong LabVIEW 50

4.1. Điều khiển hình ảnh trong LabVIEW 50
4.1.1 Tổng quan về mô phỏng 50
4.1.2 Giới thiệu 3D trong LabVIEW 50
4.1.2.1 Công cụ cần thiết gồm 50
4.1.2.2 3D trong LabVIEW 50
4.1.2.3 Một số demo mẫu 51
4.1.3 Thao tác mô phỏng 3D trong LabVIEW 52
4.1.3.1 Tạo các khối hình học cơ bản 52
4.1.3.2 Tạo nhiều vật thể và gán buộc cho vật thể 60
4.1.3.3 Tạo chuyển động cho các vật 62
4.1.3.4 Tạo chuyển động cho vật 66
vii

4.2. Xử lý ảnh LabVIEW 68
4.2.1 Tổng quan về xử lý ảnh 68
4.2.2 Xử lý ảnh LabVIEW 69
4.2.2.1 Thu nhận ảnh 72
4.2.2.2 Xử lý ảnh 76
4.2.2.3 Xuất tín hiệu 80
Chương 5: Xây dựng mô hình hệ thống nhận dạng chai bị lỗi 82
5.1. Thiết kế băng tải 82
5.1.1. Mô tả cơ khí 82
5.1.2. Sơ đồ mạch điện 83
5.1.3. Mô hình thực tế 84
5.2. Kết quả lập trình 88
5.3. Nhận xét 92
Chương 6: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển 93
Phụ lục
viii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT


LabVIEW Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbend
NI National Instruments
BD Block Diagram
FD Front Panel






















ix

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Trang

Bảng 2.1 Các control thường dùng
15
Bảng 2.2 Các Indicator thường dùng
17
Bảng 2.3 Kiểu dữ liệu Trong LabVIEW…………………………………………….
.18
Bảng 3.1 Mô tả cụ thể các chân tín hiệu của card HDL 9001
29

x

DANH MỤC CÁC LƯU ĐỒ, HÌNH ẢNH

Trang

Hình 2.1: Mã nguồn viết bằng LabVIEW

4

Hình 2.2 : Phân tích tổng của x và y
9

Hình 2.3 Cửa sổ giao diện LabVIEW khi mới khởi động 10

Hình 2.4 Front panel và Block digram 11

Hình 2.5 Lấy numeric control trên FP 11

Hình 2.6 Lấy numeric indicator trên FP 12

Hình 2.7 : Các nút bên trái và bên phải của hàm cộng 12

Hình 2.8: Phép tính căn và chia lấy dư 14

Hình 2.9 : Phép trị tuyệt đối và nhân với 15

Hình 2.10: Ví dụ về các control và Indicator 16

Hình 2.11: Cách lấy indicator 18

Hình 2.12 Lấy while loop tại BD 19

Hình 2.13:Tính tổng while loop 20

Hình 2.14: Sử dụng shift register 21

Hình 2.15 : For loop 22

Hình 2.16: Đồ thị hàm số y=2x vẽ bằng LabVIEW hàm while loop 23

Hình 2.17 Cấu trúc Case 24

Hình 2.18 : FP và BD của cấu trúc case 25

Hình 3.1 Card HDL USB 9090 28

Hình 3.2 Sơ đồ chân card USB HDL 9090 35

Hình 3.3 Sơ đồ kết card 9090 và Encoder 36

Hình 3.4 Cách nối dây giữa Card HDL 9090 và moto driver 38

Hình 3.5 Sơ đồ điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID 41

Hình 3.6 Cơ cấu điều khiển vị trí 42

Hình 3.7 Bộ PID điều khiển vị trí 43

Hình 3.8 Mô tả giá trị đặt, giá trị đo được và diện tích sai lệch 45

Hình 3.9 Sơ đồ kết nối phần cứng điều khiển PID động cơ DC 47

Hình 3.10 Kết quả lập trình P control cho động cơ DC 48

Hình 3.11 Giao diện người dùng điều khiển P cho động cơ DC 49

xi

Hình 3.12 Đáp ứng của vị trí động cơ DC 49

Hình 4.1 :Các khối hình học trong môi trường 3D Picture 51

Hình 4.2: Mô phỏng động học cánh tay robot 51

Hình 4.3: Mô phỏng động học cánh tay 2 bậc tự do 52

Hình 4.4: Lấy hàm 3D Picture trên của sổ Front Panel (FP) 52

Hình 4.5 : Hàm 3D Picture xuất hiện trên giao diện của chương trình 53

Hình 4.6 : Thư viện 3D Picture Control trong LabVIEW 53

Hình4.7 : Hàm Creat Object trong thư viện 3D Picture Control 54

Hình 4.8: Lấy hàm Create Object ra cửa sổ Block Diagram (BD) 54

Hình 4.9 : Lấy hàm Create Sphere để tạo khối cầu 55

Hình 4.10 : Thiết lập bán kính cho khối cầu là 1 đơn vị chiều dài 56

Hình 4.11 : Thiết lập màu sắc cho khối cầu 57

Hình 4.12 : Thiết lập Class cho hàm Invoke Node 58

Hình 4.13 : Thiết lập Method cho hàm Invoke Node 58

Hình 4.14 : Hàm Invoke Node sau khi thiết lập Class và Method 59

Hình 4.15 : Thực hiện nối dây 59

Hình 4.16 : Kết quả hiển thị khối cầu 60

Hình 4.17 : Chỉnh góc quan sát vật thể 60

Hình 4.18 : Tạo thêm vật thể màu đỏ và ràng buộc giữa 2 vật thể 61

Hình 4.19 : Di chuyển vật MASTER đi 1 đơn vị theo chiều “+” trục x 64

Hình 4.20 : Tạo chuyển động 1 đơn vị theo chiều “+” trục x cho vật Slave 65

Hình 4.21 : Quay MASTER 90 độ quanh trục z thuận chiều kim đồng hồ 67

Hình 4.22: Hệ thống nhận dạng chai bị lỗi

67

Hình 4.23:

Sơ đồ quá trình xử lý ảnh

68

Hình 4.24
:

S
ơ đồ xử lý ảnh trong công nghiệp 68

Hình 4.25 :

Giao diện công cụ xử lý ảnh NI Assitant trên LabVIEW 70

Hình 4.26 : Sơ đồ xử lý ảnh trên LabVIEW 71

Hình 4.27 : Sơ đồ nối dây trên LabVIEW 72

Hình 4. 28 Cách lấy h
àm Vision Acquisition trong LabVIEW
72

Hình4.29 :

Mẫu nắp chai 77

Hinh 4.30 :

Card giao tiếp HD 9090 và hàm giao ti
ếp IO hocdelam 9090
87

xii


1

Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Môi trường LabVIEW mở tương thích với mọi phần cứng đo với các trợ giúp
tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp dữ
liệu dễ dàng. Vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết bị , nên có
thể dễ dàng kết hợp những ứng dụng LabVIEW vào các hệ thống hiện tại.
Luận văn này, đi vào nghiên cứu xử lý ảnh trong LabVIEW và xây dựng mô
hình hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer điều khiển hệ
thống bằng phần mềm LabVIEW. Kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra một cách nhìn tổng
quát lý ảnh trong LabVIEW, về ứng dụng LabVIEW trong việc điều khiển và giám
sát hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer, có thể là công cụ
hữu ích cho những sinh viên đang học tập và nghiên cứu về xử lý ảnh trong
LabVIEW điều khiển hệ thống .
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Xử lý ảnh là một lĩnh vực khoa học đã xuất hiện từ lâu và được ứng dụng
nhiều trong y học, khoa học vũ trụ và dự báo thời tiết. Ngày nay, sự phát triển của
kỹ thuật điện tử đã cho ra đời nhiều loại camera và cảm biến hình ảnh có độ phân
giải cao và tốc độ lấy ảnh nhanh, với giá cả phù hợp tùy hãng sản xuất và tùy mức

độ thông minh của thiết bị, chất lượng hình ảnh, từ đó đã cho phép xử lý ảnh được
ứng dụng nhiều hơn vào công nghiệp, nhất là trong lĩnh vực quản lý chất lượng,
nhận dạng lỗi sản phẩm và phân loại sản phẩm dựa vào các đặc tính có thể nhận
dạng được bằng mắt thường và những đặc điểm bề ngoài không thể nhận dạng bằng
mắt thường. Với những đặc tính không thể nhận dạng bằng mắt thường do đặc điểm
cần nhận dạng quá nhỏ hoặc hình dạng quá phức tạp, hoặc yêu cầu nhận diện nhiều
vị trí ở cùng một thời điểm, xử lý ảnh là một công cụ vô cùng hiệu quả với độ chính
xác và độ tin cậy cao.
2

Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay, xử lý ảnh trong công nghiệp vẫn còn là một
lĩnh vực khá mới mẻ và đang bắt đầu phát triển. Vì vậy, việc nghiên cứu, khai thác
các ứng dụng của xử lý ảnh sẽ mở ra nhiều cơ hội cho sinh viên.
Vấn đề tự động hóa trong điều khiển và giám sát các thiết bị nói chung là
một trong những giải pháp hàng đầu trong sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại
hóa ở Việt Nam hiện nay. Do đó, luận văn này đưa ra một mô hình điều khiển hệ
thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer bằng phần xử lý ảnh
trong LabVIEW đáp ứng yêu cầu điều khiển thực tế nêu trên.
1.3. Mục tiêu của đề tài
Trong phạm vi của luận văn, tôi chủ yếu nghiên cứu về cách thức sử dụng
phần mềm LabVIEW cơ bản như: cách tạo giao diện, xử lý ảnh, ứng dụng của
LabVIEW trong điều khiển tự động . Nghiên cứu xử lý ảnh từ đó kết hợp với phần
mềm LabVIEW để tạo ra một ứng dụng cụ thể trong điều khiển tự động ‘Nghiên
cứu thiết kế hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer’.
1.4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu mô hình phần cứng hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản
xuất beer
- Nghiên cứu mô hình phần mềm labVIEW
- Card giao tiếp PC HDL USB 9090 và kết hợp phần xử lý ảnh, nghiên cứu được một
ứng dụng quen thuộc của LabVIEW và card giao tiếp PC HDL USB 9090 . Đó là

thu thập tín hiệu từ thiết bị bên ngoài (camera), xử lý ảnh , giao tiếp với PC thông
qua card giao tiếp HDL USB 9090 từ đó mô phỏng và xử lý tín hiệu trong một quá
trình sản xuất.
- Đánh giá hiệu quả mô hình hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản
xuất beer điều khiển bằng LabVIEW
1.5. Phương pháp luận
- Luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cho những ai quan tâm, nghiên cứu đến hệ
thống điều khiển phần mềm LabVIEW.
- Tìm hiểu xử lý ảnh trong LabVIEW.
3

- Tìm hiểu sử dụng phần mềm LabVIEW.
- Luận văn này cung cấp một mô hình điều khiển hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong
dây chuyền sản xuất beer bằng phần mềm xử lý ảnh trong LabVIEW có thể ứng
dụng trong thực tiễn.

1.6. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các bài báo
và internet.v.v…
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động hệ thống dây chuyền sản xuất
- Nghiên cứu phần mềm LabVIEW
- Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống bằng phần mềm LabVIEW
- Lập trình phần mềm, kết nối phần cứng và chạy thử.
- Đánh giá hiệu quả của việc điều khiển hệ thống.
1.7. Nội dung luận văn
Nội dung luận văn gồm 6 chương:
Chương 1 : Mở đầu
Chương 2 : Tổng quan về LabVIEW
Chương 3 : Các ứng dụng với card HDL USB 9090
Chương 4 : Xử lý ảnh trong LabVIEW

Chương 5 : Xây dựng mô hình nhận dạng chai bị lỗi
Chương 6 : Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển
1.8. Tài liệu tham khảo

4


Chương 2
TỔNG QUAN VỀ LabVIEW
2.1 LabVIEW là gì ?
LabVIEW (viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering
Workbench) là môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa
kênh giữ con người, thuật toán và các thiết bị.
Gọi LabVIEW là ngôn ngữ đồ học hiệu quả vì về cách thức lập trình,
LabVIEW khác với các ngôn ngữ C (hay Python, Basic, vv.). Thay vì sử dụng
các từ vựng (từ khóa) cố định, LabVIEW sử dụng các khối hình ảnh sinh động
và các dây nối để tạo ra các lệnh và các hàm như trong hình 2.1. Cũng chính vì
sự khác biệt này, LabVIEW đã giúp cho việc lập trình trở nên đơn giản hơn bao
giờ hết. Đặc biệt, LabVIEW rất phù hợp đối với kỹ sư, nhà khoa học, hay giảng
viên. Chính sự đơn giản, dễ học, dễ nhớ đã giúp cho LabVIEW trở thành một
trong những công cụ phổ biến trong các ứng dụng thu thập dữ liệu từ các cảm
biến, phát triển các thuật toán, và điều khiển thiết bị tại các phòng thí nghiệm
trên thế giới.

Về ý nghĩa kỹ thuật, LabVIEW cũng được dùng để lập trình ra các chương
trình (source code: mã nguồn) trên máy tính tương tự các ngôn ngữ lập trình
dựa trên chữ (text – bassed language) như C, Python, Java, Basic, vv
Hình 2.1: Mã nguồn viết bằng LabVIEW
5


Đồng thời, LabVIEW hỗ trợ các kỹ sư, nhà khoa học và sinh viên, vv. Xây
dựng (thực thi) các thuật toán một cách nhanh, gọn, sáng tạo, và dễ hiểu nhờ các
khối hình ảnh có tính gợi nhớ và cách thức hoạt động theo kiểu dòng dữ liệu
(date flow) lần lượt từ trái qua phải. Các thuật toán này được áp dụng lên các
mạch điện và cơ cấu chấp hành thực nhờ vào việc kết nối hệ thống thật với
LabVIEW thông qua nhiều chuẩn giao tiếp như chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp
qua cổng COM), chuẩn USB, chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP, chuẩn GBIB,
vv. Vì vậy LabVIEW là một ngôn ngữ giao tiếp đa kênh.
2.2. Các ứng dụng của LabVIEW
LabVIEW được sử dụng trong các lĩnh vực đo lường, tự động hóa, cơ điện
tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, vật lý, ôtô, vv. Nhìn chung:
- LabVIEW giúp kỹ sư kết nối bất kỳ cảm biến và bất kỳ cơ cấu chấp hành
nào với máy tính.
- LabVIEW có thể được sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu như tín hiệu tương
tự (analog), tín hiệu số (digital) hình ảnh (vision), âm thanh (audio). Vv.
- LabVIEW hỗ trợ các giao thức giao tiếp khác nhau như RS232, RS485,
TCP/IP, PCI, PXI, và như vậy.
- LabVIEW cũng có thể tạo ra các thực thi độc lập và các thư viện chia sẽ
(ví dụ như viên liên kết động DLL), bởi vì LabVIEW là một trình biên dịch 32 – bít.
Ứng dụng đo lường, là giao diện thu nhập dữ liệu các thông tin cần thiết của

tàu vũ trụ cỡ nhỏ tại cơ quan hàng không và vũ trụ NASA, Hoa Kỳ.






Ứng dụng hình này giới thiệu áp dụng của việc sử dụng LabVIEW và card
Hocdelam USB 9001 hoặc NI USB 6008 để thực hiện đo tín hiệu, vẽ biểu đồ đặc
6



tuyến các cảm biến trong ô tô và thuật nghiệm thực toán chuyển đổi cảm biến nhằm
hạ giá thành sửa chữa xe ô tô. Ứng dụng này được thực hiện tại Đại học Sư Phạm
Kỹ Thuật TP.HCM năm 2008.







Điều khiển xe ô tô từ xa, là giao diện điều khiển ôtô bảy chỗ (xe Captival)
từ xa được thực hiện bởi thành viên Hocdelam Group tại phòng thí nghiệm
Biorobotics, Hàn Quốc. Giao diện này hoàn toàn được xây dựng trong môi trường
lập trình LabVIEW có khả năng hiển thị các thông số và tín hiệu thực như: vận tốc
xe, mực xăng, vị trí tay số của xe, video truyền từ xe qua mạng không dây, âm
thanh từ động cơ có tỷ lệ thuận với vị trí bướm ga cũng được giả lập làm cho việc
điều khiển xe từ xa giống với việc lái xe trực tiếp nhằm nâng cao chất lượng điều

khiển xe.






Mô phỏng 3D, mô tả ứng dụng mô phỏng một cánh tay robot đơn giản do
Thạc sĩ Đỗ Trung Hiếu thực hiện.




7



Điều khiển phương tiện không người lái, mô tả ứng dụng LabVIEW điều
khiển robot không người lái nhằm dò tìm và khám phá dưới nước của tập đoàn
Nexans.







Thu thập hình ảnh và mô phỏng động lực học, trình bày ứng dụng mô
phỏng hệ thống lài không trục lái trong ôtô. Đồng thời, hình ảnh từ wedcam thông
thường gắn qua cổng USB) được thu thập và đưa lên giao diện người dùng

(Graphical User Interface – GUI).








Thuật toán điều khiển tự động vị trí động cơ DC theo thuật toán PID và
giao diện trực quan được Hocdelam Group viết dựa trên cơ sở phần mềm
LabVIEW. Với giao diện, người điều khiển sẽ dễ dàng quan sát giá trị vị trí mong
muốn, và vị trí thực tế của động cơ, đồng thời, so sánh và đánh giá được tốc độ đáp
ứng, độ ổn định của động cơ DC trong quá trình vận hành.

8







Đo lường, giám sát và điều khiển hệ thống công nghiệp (SCADA), trình
bày ứng dụng của LabVIEW trong hệ thống điều khiển và giám sát dụng trong công
nghiệp.

2.3 .Các phép toán trong LabVIEW
2.3.1. Phép cộng hai số x, y
Để đơn giản hãy xem LabVIEW như phần mềm soạn thảo văn bản Microsoft
Pffice Word. Và việc soạn thảo văn bản trong Word cũng tương tự việc tạo ra
Source Code trong LabVIEW. Hãy cùng làm thực hiện chương đầu tiên – Phép
cộng hai số x, y như sau:
Bình thường, để cộng hai số x, y bằng máy tính bỏ túi (pocket calculator)
như. Ví dụ x=2,y=3, thì ta phải nhấn số 2, nhấn dấu +, và nhấn số 3, sau đó nhấn
dấu =, và kết quả sẽ hiện thị ra một màn hình LCD. Như vậy ta sẽ hai nút nhấn (2
và 3) để nhập giá trị, một LCD để hiển thị giá trị ra của phép cộng, và hàm cộng
(+).
Trong LabVIEW, các nút nhận được nhận là các Control, các LCD gọi là
các Indicator. Phép cộng gọi là hàm (Function). Các control và indicator sẽ nằm ở

9


cửa sổ trước (Front panel), và hàm nằm ở cửa sổ sau (Block diagram), còn gọi là
cửa sổ chứa các sơ đồ khối. Xem trên hình 2.2

Bây giờ ta thực hiện trong LabEW. Khởi động LabVIEW bằng cách vào:
>All Program> National instruments > LabVIEW 2009>
LabVIEW. Hộp thoại xuất hiện và bạn chọn và o
Cửa sổ giao diện LabVIEW xuất hiện như hình 2.3


2 3
+ =
5
Hàm
Fuction

Block didgram (cửa sổ sau)
Nút nhấn
Input
Control
Màn hình LCD
Ouput
Indicator
Hình 2.2 : Phân tích tổng của x và y

S
tar
rt

Lauch