Bài thuyết trình card thu thập dữ liệu DAQ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HCM

BÀI THUYẾT TRÌNH
Mơn học: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH

Chủ đề: CARD THU NHẬP DỮ LIỆU DAQ


NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

1

Giới thiệu về Card DAQ

2

Xử lý tín hiệu ngõ vào cho hệ DAQ

3

Tìm hiểu về DAQ card NI USB 6008

4

Giới thiệu phần mềm LADVIEW và lập trình trên
LADVIEW

5

So sánh ưu nhược điểm của việc đo lường điều khiển
dùng card PCI chuyên dụng và dùng kit Arduino.

I – Giới thiệu về DAQ card
1.1. Định nghĩa
- Thu thập dữ liệu (data acquisition) là q trình chuyển tín hiệu vật lý từ thế
giới thực thành tín hiệu điện để đo lường và chuyển sang tín hiệu số cho q
trình xử lý, phân tích và lưu trữ bằng máy tính.


I – Giới thiệu về DAQ card
1.2. Các thành phần cơ bản của hệ DAQ
- Một hệ DAQ gồm các thành phần cơ bản sau:

+ Bộ chuyển đổi (tranducer) và cảm biến (sensor)
+ Dây nối và cáp truyền thông
+ Xử lí tín hiệu (signal conditioning)
+ Phần cứng thu nhập dữ liệu
+ Phần mềm thu nhập dữ liệu
+ Máy chủ


I – Giới thiệu về DAQ card
1.2. Các thành phần cơ bản của hệ DAQ


6


I – Giới thiệu về DAQ card
1.3. Các cấu hình hệ DAQ

1.3.1. Vào/ra tập trung (Plug-in I/O)


I – Giới thiệu về DAQ card
1.3. Các cấu hình hệ DAQ
1.3.2. Vào/ra phân tán (Distributed I/O)


II-Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.1. Giới thiệu.
-Tín hiệu điện ngõ ra của bộ chuyển đổi / cảm biến cần được biến đổi

cho phù hợp với ngõ vào của phần cứng DAQ. Ngoài ra, một số bộ
chuyển đổi , cảm biến cần nguồn kích thích hoặc cầu Wheaston và
tuyến tính hóa để tín hiệu đo được chính xác.
- Hầu hết các hệ DAQ đều bao gồm khâu xử lý tín hiệu dưới một hình
thức nào đó.


II-Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.1. Giới thiệu.

Các hình thức cơ bản mà khâu xử lý tín hiệu có thể thực hiện

Khuếch
Đại

Cách Ly

Lọc

Kích
Thích

Tuyến
tính hóa


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.2. Các kiểu xử lý tín hiệu.
2.2.1.Khuếch đại.
Nhiệm vụ chính nhằm mục đích:
- Tăng độ phân giải cho phép đo
- Tăng tỉ số tín hiệu/nhiễu (SNR)
Ví dụ tăng độ phân giải :
Xét tín hiệu ngõ ra cảm biến 0-10mV nếu đưa trực tiếp vào ADC 12bit
ADC 12 bit có tất cả 212 = 4096 mức điện áp khác nhau.
Điện áp ngõ vào ADC từ 0V – 12V .
Tăng SNR (Signal to Noise Ratio):
Khuếch đại tín hiệu nhỏ ở đầu ra cảm biến trước khi truyền.

11


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.2. Các kiểu xử lý tín hiệu
2.2.2. Cách ly
❖ Cách ly dùng opto: Thường dùng tín hiệu số

II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.2. Các kiểu xử lý tín hiệu
❖ Cách ly bằng phương pháp từ trường/điện trường:
- Dùng cho tín hiệu tương tự, thực hiện bằng cách điều chế tín hiệu điện
áp thành tần số, sau đó truyền tín hiệu tần số và biến đổi tần số thành điện
áp ở đầu ra.
Bộ biến đổi điện thế- tần số sử dụng LM555

Biến đổi tần số-điện thế dùng vi mạch LM2907

13


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.2. Các kiểu xử lý tín hiệu

❖ Cách ly bằng biến áp
- Cách ly giúp bảo vệ thiết bị phần cứng DAQ, PC cũng như người vận
hành khỏi điện áp cao trong quá trình quá độ, sét hay tĩnh điện cũng như
hỏng hóc của các thiết bị cao áp. Các bộ bảo vệ quá áp được đặt ở đầu vào
của khâu xử lý tín hiệu để bảo vệ khâu này. Cách ly còn nhằm đảm bảo
vòng nối đất khơng ảnh hưởng đến tín hiệu đo

14


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.2. Các kiểu xử lý tín hiệu

2.2.3. Mạch lọc.

- Mạch lọc thực hiện nhiệm vụ loại bỏ nhiễu ra khỏi tín hiệu cần đo
trước khi tín hiệu này được khuếch đại và đưa vào ADC .
- Có thể thực hiện bằng phần cứng hoặc phần mềm.
+ Lọc bằng phần mềm : Đọc giá trị nhiều lần và hơn cần thiết và lấy
trung bình.
+ Lọc bằng phần cứng : các mạch lọc thụ động (dùng các phần tử thụ
động như RLC) và tích cực (dùng khuếch đại thuật tốn – OpAmp)

15


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.2. Các kiểu xử lý tín hiệu
2.2.4. Tuyến tính hóa.
Thơng thường, quan hệ giữa ngõ ra của cảm biến và tín hiệu đầu vào
cần đo là phi tuyến. Phần mềm của hệ DAQ thường thực hiện chức
năng tuyến tính hóa.
Tuy nhiên, nếu mối quan hệ phi tuyến là dự đốn được và có tính lặp
lại thì có thể tuyến tính hóa bằng phần cứng.


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.3. Nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu
❖ Khái niệm: Nhiễu là những tín hiệu điện khơng mong muốn trong
mạch điện, nó ảnh hưởng đến hoạt động của mạch điện và các thiết bị
khác trong mạch.


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.3. Nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu

❖ Ảnh hưởng của nhiễu đến hệ thống
- Làm cho tín hiệu bị biến dạng (méo tín hiệu), làm cho hệ thống hoạt
động không ổn định.


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.3. Nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu
❖ Ảnh hưởng của nhiễu đến hệ thống
- Gây ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong hệ thống


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.3. Nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu
❖ Phân loại nhiễu
- Nhiễu tiếng ồn: động cơ, điều khiển động cơ, sét, đài phát thanh,
truyền hình.
- Nhiễu điện từ: đường dây cao áp, radar, các thiết bị nhận, phát tín
hiệu.

20


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.4. Nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu
❖Nguyên nhân gây ra nhiễu:


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.5. Chống nhiễu
- Dùng các loại cáp điện đồng trục, cáp xoắn đơi và cáp có vỏ bọc.

Cáp chống nhiễu


II - Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.5. Chống nhiễu

Cáp đồng trục


II- Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.5. Chống nhiễu
- Sử dụng các linh kiện lọc nhiễu như cuộn cảm, tụ điện.


II- Xử lý tín hiệu ngỏ vào cho hệ DAQ (signal conditioning)
2.5. Chống nhiễu