Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu thiết kế hệ thống nhận dạng chai bị lỗi trong dây chuyền sản xuất beer
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.32 MB, 117 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
ĐỒN NGUN 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 CƠNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
ĐỒN NGUN 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 Hồng Duy
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2013
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN 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
TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
PHỊNG 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: ĐỒN NGUN 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 mơ 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
(Họ tên và chữ ký)
Võ Hoàng Duy
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tơi 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 Hồng Duy, tơi đã hồn thành luận văn đúng thời gian quy
định. Để hoàn thành cuốn luận văn này, tơi xin bày tỏa lịng biết ơn sâu sắc đối với
TS. Võ Hoàng Duy, thầy là người tận tâm hết lịng 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 Cơng 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 Cơng 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 tơi trong
q 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 tơi trong q trình thực hiện luận văn này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2013
Người Thực hiện
Đoàn Nguyên Mỹ
iii
TĨM TẮT LUẬN VĂN
Mơi 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
thơng qua card giao tiếp HDL USB 9090 từ đó mơ phỏng và xử lý tín hiệu trong
một q 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 mơ 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, tơi cũng hy vọng sẽ cung cấp một mơ 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 tốn thơng 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.
2.5.
Kiểu dữ liệu trong LabVIEW......................................................... 18
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 mơ hình hệ thống nhận dạng chai bị lỗi .................. 82
5.1.
Thiết kế băng tải ................................................................................. 82
5.1.1.
Mơ tả cơ khí .................................................................................. 82
5.1.2.
Sơ đồ mạch điện ........................................................................... 83
5.1.3.
Mơ 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 tốn 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 Mơ 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 mơi trường 3D Picture
51
Hình 4.2: Mơ phỏng động học cánh tay robot
51
Hình 4.3: Mơ 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 : Sơ đồ xử lý ảnh trong cơng nghiệp
68
Hình 4.25 : Giao diện cơng 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 hàm Vision Acquisition trong LabVIEW
72
Hình4.29 : Mẫu nắp chai
77
Hinh 4.30 : Card giao tiếp HD 9090 và hàm giao tiếp IO hocdelam 9090
87
xii
1
Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1.
Đặt vấn đề
Mơi 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 mơ
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 cơng 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 ngồi khơng thể nhận dạng bằng
mắt thường. Với những đặc tính khơng 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 cơng nghiệp vẫn cịn 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 cơng nghiệp hóa và hiện đại
hóa ở Việt Nam hiện nay. Do đó, luận văn này đưa ra một mơ 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 mơ 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 mơ phỏng và xử lý tín hiệu trong một quá
trình sản xuất.
- Đánh giá hiệu quả mơ 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 mơ 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 mơ 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 mơ 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 ngơn ngữ đồ học hiệu quả vì về cách thức lập trình,
LabVIEW khác với các ngơn 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 phịng thí nghiệm
trên thế giới.
Hình 2.1: Mã nguồn viết bằng LabVIEW
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 ngơn ngữ lập trình
dựa trên chữ (text – bassed language) như C, Python, Java, Basic, vv
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, tốn học, sinh học, vật lý, ơtơ, 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 phịng thí nghiệm
Biorobotics, Hàn Quốc. Giao diện này hồn tồn được xây dựng trong mơi trường
lập trình LabVIEW có khả năng hiển thị các thơng số và tín hiệu thực như: vận tốc
xe, mực xăng, vị trí tay số của xe, video truyền từ xe qua mạng khơng 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 khơng người lái nhằm dị tìm và khám phá dưới nước của tập đồn
Nexans.
Thu thập hình ảnh và mơ phỏng động lực học, trình bày ứng dụng mô
phỏng hệ thống lài không trục lái trong ôtô. Đồng thời, hình ảnh từ wedcam thơng
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 tốn 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
Block didgram (cửa sổ sau)
Hàm
Fuction
2
+
3
=
Nút nhấn
Input
Control
5
Màn hình LCD
Ouput
Indicator
Hình 2.2 : Phân tích tổng của x và y
Bây giờ ta thực hiện trong LabEW. Khởi động LabVIEW bằng cách vào:
>All Program> National instruments > LabVIEW 2009>
Star
rt
Lauch
LabVIEW. Hộp thoại xuất hiện và bạn chọn và o
Cửa sổ giao diện LabVIEW xuất hiện như hình 2.3
