Đồ án Tốt nghiệp thiết kế hệ thống điều khiển bám cho module pin năng lượng mặt trời

luôn luôn chuyển động tương đối so với hướng của ánh sáng Mặt Trời, có nghĩa đơn giản là khi Mặt Trời mọc ở hướng Đông vào buổi sáng thì panel phải quay về hướng Đông, khi Mặt Trời ở đỉnh 12h trưa thì panel cũng phải tự động quay theo sao cho hướng của tia bức xạ là vuông góc với panel pin năng lượng Mặt Trời…nhằm thoả mãn mục tiêu duy nhất là làm sao cho lượng bức xạ thu được ở mọi thời điểm trong ngày là lớn nhất và cường độ là tương đương nhau. Như vậy, muốn thoả mãn mục đích này, panel trong hệ thống điều khiển bám này cần có được hai chuyển động: chuyển đông thứ nhất theo trục Bắc-Nam để hướng tấm Pin Mặt Trời từ Đông sang Tây tương ứng với vị trí hàng ngày của Mặt Trời trên bầu trời từ sáng đến tối. Chuyển động thứ hai là chuyển động theo trục Đông-Tây để quay tấm Pin Mặt Trời lên xuống theo hướng Bắc- Nam. Bên cạnh việc thoả mãn yêu cầu về công nghệ, nhóm đồ án đã chú ý thiết kế đến tính thẩm mĩ, dựa trên việc tham khảo nhiều hình ảnh và đã đưa ra hình ảnh ngôi nhà với mái màu xanh lá cây, gợi nên hình ảnh của môi trường xanh, sạch, biểu tượng của các nguồn năng lượng mới - năng lượng hạt nhân, năng lượng gió và năng lượng Mặt Trời. 3.2.2 Thiết bị hiện có Thiết bị hiện có của nhóm là một panel pin Mặt Trời đa tinh thể Projecta, có hình dạng tròn, được sản xuất từ các tế bào quang điện đúc bằng silicon, các tế bào này có khả năng phát điện nhiều hơn tế bào của pin Mặt Trời vô định hình trên cùng một diện tích với cùng một cường độ bức xạ ánh sáng. Trên cùng của Panel được phủ một lớp kính gia cường trong suốt giúp bảo vệ tấm pin trong mọi thời tiết, đồng thời do có lượng sắt thấp nên cho phép ánh sáng xuyên qua tốt hơn, giảm thiểu lượng ánh sáng phản xạ lại môi trường. Thông số kĩ thuật: Công suất phát 10 W Điện áp ra Max 18 V Điện áp ra Min Đường kính panel 420 mm Độ dày 4mm 3.3 Mạch điều khiển, nguyên tắc hoạt động 3.3.1 Giới thiệu vi chíp LM339 OUTPUT ĐẦU RA Vcc NGUỒN CUNG CẤP INVERTING INPUT ĐẦU VÀO ĐẢO NON-INVERTING INPUT ĐẦU VÀO KHÔNG ĐẢO Nguồn đơn hoặc kép có dải điện áp rộng.(từ 2V đến 36V với nguồn đơn và từ ±1V đến ±18V Dòng cung cấp rất nhỏ (1,1mA) độc lập với điện áp nguồn(1,4mW/một cầu so sánh ở điện áp 5V). Dòng vào thuận nhỏ:25nA Dòng lệch đầu vào thấp:±5nA Điện áp lệch đầu vào thấp:±1mV Dải điện áp đầu vào ở chế độ thường bao gồm cả mass(nối đất). Điện áp bão hòa đầu ra thấp:250mV(I0=4mA). Điện áp vi phân đầu vào bằng điện áp nguồn. Đầu ra tương thích với các chế độ TTL,DTL, ECL, MOS, CMOS. Những thiết bị này bao gồm 4 bộ so sánh điện áp chính xác với thông số điện áp lệch nhỏ, lớn nhất chỉ 2mV với LM339A. Tất cả những bộ so sánh này đều được thiết kế đặc biệt để làm việc được ở nguồn áp đơn với dải điện áp rộng. Chúng cũng có thể hoạt động với nguồn chia áp. Những bộ so sánh này cũng có đặc tính duy nhất, trong đó dải điện áp đầu vào ở chế độ thường bao gồm cả mass mặc dù hoạt động với nguồn áp đơn. 3.3.2 Thiết kế mạch điều khiển Sơ đồ nguyên lý Sơ đồ mạch đổ đồng board mạch Sơ đồ bố trí linh kiện Trước khi cho mạch hoạt đông ta cần điều chỉnh một số thông số sau: + Điều chỉnh biến trở VR1 sao cho: khi PC1 và PC2 cùng nhận được lượng ánh sáng như nhau thì Led2 bắt đầu tắt(điện áp đầu vào 4 lớn hơn điện áp đầu vào 5 một chút). Như vậy, khi PC1 và PC2 có cùng lượng ánh sáng thì động cơ sẽ dừng quay. + Điều chỉnh VR2 sao cho: khi Mặt Trời lặn động cơ sẽ tự động quay về hướng Đông nhờ RL2 và dừng lại khi gặp công tắc hành trình SW2(Chuẩn bị cho ngày hoạt động mới bắt đầu). Và cũng đảm bảo rằng ban ngày điện áp đầu số 8 lớn hơn đầu số 9 nên Q2 luôn bị khóa. Động cơ không thể quay sang hướng Đông mà chỉ có thể quay từ Đông sang Tây. Chú ý: Trong mạch ta thay IC1d bằng một trasistor Q5. Nguyên tắc hoạt động: - Khi PC1 được chiếu sáng nhiều hơn PC2, điện áp đầu vào 5 lớn hơn đầu vào 4 dẫn đến đầu ra 2 (+)led2 sáng, C3 được nạp từ từ qua R5R6 và r7 được phân cực sao cho đầu 7 lớn hơn đầu 6đầu 1(+) Q1 dẫnrơle RL1 tác động làm động cơ quay chậm từ Đông sang Tây - Động cơ sẽ dừng quay khi ánh sáng chiếu vào PC1 và PC2 bằng nhau hoặc khi tấm Panel Mặt Trời chạm vào công tắc hành trình SW1. Như vậy để đảm bảo là Panel sẽ luôn nhận được ánh sáng Mặt Trời một cách trực diện(Nghĩa là đã đảm bảo yêu cầu điều khiển bám) - Khi trời bắt đầu tối hoặc khi trời có mưa, âm u thì điện áp ở chân số 9 lớn hơn chân số 8 nên động cơ sẽ tự động quay về phía Đông chuẩn bị cho chuyển động bám của một ngày mới. Các sự cố của hệ thống và cách khắc phục: - Vì một lý do nào đó mà PC2 có lượng ánh sáng lớn hơn PC1(như mưa có sấm chớp, do đèn chiếu...) thì động cơ vẫn cứ đứng yên vì RL1 và RL2 không bị tác động. - Vào ban đêm, khi có ánh sáng vào PC1 mà không chiếu vào PC2 thì cũng không ảnh hưởng gì(nghĩa là giữ nguyên trạng thái) vì trước đó ta đã điều chỉnh cho VR2 để Q5 dẫn, dòng điện từ chân 1 sẽ qua Q5 mà không qua Q1 động cơ không thể quay sang Tây 3.4. Thiết kế mạch cấp nguồn hệ thống hoạt động Khi đặt ngoài trời, “Hệ thống điều khiển bám” sẽ phải tự cung cấp năng lượng cho mình. Muốn vậy thì năng lượng thu được từ pin đặt ngoài trời sẽ nạp cho ắc quy. Năng lượng được tích trữ này, một phần được cung cấp cho mạch điều khiển thông qua mạch cấp nguồn, một phần thì cấp trực tiếp cho động cơ hoạt động. Sơ đồ mạch nguyên lý Sơ đồ board mạch: Sơ đồ bố trí linh kiện: 3.5 Bộ tích trữ năng lượng(Ắc quy) Trong hệ thống nguồn pin năng lượng Mặt Trời có một thành phần rất quan trọng góp phần tạo nên hệ thống nguồn năng lượng Mặt Trời hoàn chỉnh đó là bộ tích trữ năng lượng. Vào ban ngày, khi có nắng thích hợp, điện năng thu được từ tấm pin sẽ được tích vào bộ tích trữ này, vào ban đêm hoặc khi trời mưa không có ánh nắng(nghĩa là không có năng lượng phát ra từ tấm pin) năng lượng này được lấy ra cung cấp cho tải tiêu thụ. Trong hệ thống nguồn pin năng lượng Mặt Trời độc lập phổ biến hiện nay thì năng lượng phát ra từ tấm pin chủ yếu được tích trữ vào các bộ ắcquy có dung lượng phù hợp. Trên thực tế có rất nhiều loại ắcquy khác nhau với cấu tạo, chủng loại, mẫu mã đa dạng phù hợp với các hệ thống khác nhau. Tuy nhiên loại ắc quy hay được sử dụng nhiều nhất là ắc quy Chì/ Acid(ắc quy nước). 3.5.1 Quá trình hoá học trong ắc quy Chì/ Acid. Trong một ắcquy có các hệ thống bản cực dương và âm. Bản cực dương được phủ một lớp bề mặt là PbO2, còn bản cực âm thì được phủ lớp chì xốp nguyên chất Pb. Dung dịch điện phân là axit sunfuric H2SO4 Khi ắcquy làm việc, tức là khi nó được nạp hoặc phóng điện sẽ tạo ra các phản ứng hóa học : Ở bản cực âm xảy ra các phản ứng: Ở bản cực dương xảy ra các phản ứng: Kết quả chung của các phản ứng trên là 3.5.2 Các sự cố thường gặp ở ắcquy và cách khắc phục - Nạp quá no: Sự nạp điện quá no cho ắcquy gây ra sự ăn mòn cực điện và sự tạo khí quá mạnh làm bong, rung hoạt chất ở các bản cực. Các hoạt chất bị bong ra, rơi xuống đáy bình làm đoản mạch các bản cực. Trong quá trình nạp sẽ gây ra sự tạo khí(H2 và O2 ) vì thế nếu thường xuyên nạp quá no mà không có thiết bị cảnh báo hoặc tự động dừng thì rất có thể gây cháy, nổ. Sự nạp quá no cũng gây sự tăng nhiệt độ ắcquy làm hư hỏng các bản cực và các tấm cách điện và làm hơi nước bị bay hơi nhiều, dẫn đến giảm dung lượng của ắcquy. - Nạp chưa đủ: nếu ắcquy thường xuyên bị nạp chưa đủ no, mà biểu hiện của hiện tượng đó là trọng lượng riêng của dung dịch thấp và màu của các bản cực ngày càng sáng hơn , cong vênh, bị sunfat hoá...sẽ nhanh chóng làm hỏng ắcquy và phải thay thế. Vì vậy, khi sử dụng phải chú ý đến quá trình nạp sao cho ắcquy đủ điện 100% dung lượng mới dùng hoặc cất dữ. - Các cực và đầu dây nối bị han gỉ, ăn mòn: Hiện tượng này rất hay xảy ra đối với các đầu cực của ắcquy nối với các dây dẫn do không được bảo quản cẩn thận. Chỗ han gỉ này gây ra các sự cố như không tiếp xúc điện khi nạp và phóng điện của ắcquy. Khi phát hiện sự cố này phải dùng bàn chải sắt đánh sạch sau đó rửa bằng dung dịch amoniac loãng để trung hoà acid sau đó rửa lại bằng nước sạch, lau khô, sau đó đấu nối dây và phủ lên nó một lớp dầu mỡ cách điện - Sự mất nước: Trong quá trình nạp điện, đặc biệt là ở giai đoạn cuối, khi dung lượng của ắcquy đã đạt gần 100% thì các phản ứng hoá học xảy ra rất mạnh. ở bản cực âm có phản ứng tạo khí H2 thoát ra như sau: 2H+ +2e- H2 Còn ở cực dương xảy ra các phản ứng tạo oxy: SO42- + 2H2O H2SO4 + 2e- + 1/2 O2 Kết quả của hai phản ứng trên là: H2OH2 + 1/2 O2 Như vậy nước bị mất đi trong quá trình nạp điện và ta thấy dung dịch trong ắc quy cạn dần vì thế trong quá trình sử dụng nên chú ý tra dung dịch định kỳ đồng thời trong quá trình nạp ắc quy nên chú ý đến phương pháp nạp điện cho phù hợp như nạp bằng hai bước, nạp chậm, thiết kế bộ điều khiển nạp,... 3.5.3 Bộ điều khiển nạp cho ắc quy Như đã nói ở trên, để có thể điều tiết được quá trình nạp điện của ắcquy sao cho phù hợp, tăng tuổi thọ của ắc quy thì người ta phải thiết kế một bộ điều khiển nạp điện. Bộ điều khiển này có thể tự động nạp cho ắcquy. Khi dung lượng đầy thì tự động ngắt hoặc khi ắc quy phóng điện dưới mức cho phép(phóng điện sâu)thì cũng tự động dừng lại. Đối với hệ nguồn điện pin Mặt Trời độc lập thì bộ thiết kế bộ điều khiển nạp lại càng cần thiết hơn do năng lượng Mặt Trời thu được ở từng thời điểm là không đồng đều, có lúc rất mạnh có thể đạt công suất nạp cực đại nhưng cũng có lúc lại xuống thấp do có mây mù hoặc mưa giông... Vì vậy bộ điều khiển nạp sẽ điều tiết điện áp sao cho phù hợp với điện áp cần nạp cho ắcquy. Khi thiết kế bộ điều khiển nạp cho ắcquy thì cần quan tâm những thông số sau: + Ngưỡng điện thế cắt trên Vmax: Là giá trị điện thế trên hai cực của ắcquy đã được nạp điện no, dung lượng đã đạt 100%. Khi đó nếu ta tiếp tục nạp điện mà không có thiết bị cảnh báo hoặc khoá tự động thì ắcquy sẽ bị nạp quá no, dung dịch sẽ bị sôi, bay hơi nước và có khả năng còn bị nổ ắcquy..Vì thế khi có dấu hiệu ăcquy đã được nạp no, hiệu điện thế trên các bản cực đạt giá trị V=Vmax thì bộ điều khiển sẽ tự động cắt hoặc hạn dòng từ dàn pin Mặt Trời, sau đó khi hiệu điện thế của ắcquy giảm xuống dưới ngưỡng Vmax thì bộ điều khiển lại khép mạch cho phép nạp vào ắcquy. + Ngưỡng điện thế cắt dưới Vmin: Tương tự như trên với Vmin là giá trị điện thế trên hai cực của ắcquy khi nó phóng điện đến giá trị cận dưới của dung lượng ắcquy(ví dụ đối với ăcquy chì/acid thì ngưỡng Vmin =30%V) Thiết kế sơ đồ nguyên lý Board mạch đổ đồng Hoạt động: Khi điện áp ra của ắc quy thấp hơn điện áp định mức(Uđm=12V), Diode Zenner 14,2V chưa bị đánh thủng lúc đó cực B của Transistor T1 không có dòng điện chạy qua làm cho T1 bị khóa lại. Lúc này có dòng qua R7, R6 T2 phân cực thuậncó dòng qua R4, R3, Tranzitor B633 được phân cực thuận, cho phép năng lượng thu từ panel pin năng lượng Mặt Trời được nạp vào ắcquy. Lúc này Led D2 sáng, biểu thị ắc quy đang được nạp. Khi ắc quy được nạp đầy, điện áp trên hai đầu của ắcquy vào khoảng 14,2V. Hai diode zenner bị đánh thủng T1 được phân cực thuận và dẫn. T2 bị phân cực ngược và khóa, lúc này Led D2 sẽ tắt. Tranzitor B633 bị phân cực ngược và khóa lại, bảo vệ pin năng lượng Mặt Trời không bị ảnh hưởng khi có dòng phóng ngược từ ắcquy. 3.6 Bộ nghịch lưu điện áp. Nghịch lưu điện áp độc lập viết tắt là NLĐL là thiết bị biến đổi nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều với tải độc lập không phụ thuộc vào lưới điện. Dòng xoay chiều có thể biến đổi được với tần số mong muốn nên cũng gọi là thiết bị biến tần gián tiếp. Gián tiếp vì thường để có được nguồn một chiều phải có một khâu chỉnh lưu. Sơ đồ nguyên lý 3.6.1 Tính toán và thiết kế mạch lực +Thiết kế máy biến áp Máy biến áp có những thông số sau U1=24V, U2=220V,I1=13A,I2 =1,4A n1 = 90 vòng ; n2 = 825 vòng d1 = 1.9 mm ; d2 = 0.7 mm h = 7,5 cm ; c = 2 cm a = 3 cm ; b = 4 cm +Lựa chọn phần tử làm khóa chuyển mạch: Lựa chọn van đóng mở: Ta lựa chọn IGBT vì IGBT có những ưu điểm sau: + Tốc độ chuyển mạch cao và tổn hao chuyển mạch thấp + Làm việc được với điện áp cao +Mạch biến đổi sử dụng IGBT đơn giản môđun hoá, điều khiển đơn giản Ta chọn IGBT dựa vào các thông số sau: Dòng làm việc qua van: Ta có: I=26 A dòng làm việc ghi trên van >=(Ta chọn phương thức làm mát bằng cánh tản nhiệt cùng với quạt thông gió) Điện áp ngược đặt lên van: U=220V tránh trường hợp hở mạch phía thứ cấp chọn IGBT có những thông số sau: Imax=50A Umax=600V Ta chọn IGBT FM2G50S60 có hình dạng và cấu trúc như sau: Thông số của IGBT là: Lựa chọn phần tử bảo vệ IGBT Để chống xung ngược tác động trở lai van ta mắc một Diode ngược với van, do trong IGBT đó tích hợp sẵn cú Diode bảo vệ nên ta không cần thiết bị bảo vệ là Diode. 3.6.2Tính toán và thiết kế mạch điều khiển Để tạo ra khối phát xung ta sử dụng vi mạch CD4047B có các thông số sau :Sơ đồ chân của vi mạch như sau: Đặc điểm của vi mạch như sau: - Công suất tiêu thụ thấp - Hoạt động ở trạng thái đơn là chế độ không ổn định - Các đầu ra ổn định ở mức cao, có thể bù bổ xung chỉ yêu cầu một tín hiệu duy nhất ngoài R hoặc C các đầu vào có điểm kiểm tra tĩnh ở điện áp 20Vđược chuẩn hoá đặc tính, đặc tính ở đầu ra chuẩn và đối xứng - Mạch cách ly Điện áp đầu ra của 4047 là 11V ở mức cao và 0.05 V ở mức thấp. Dòng điện và điện áp làm việc của IC nhỏ, còn ở mạch động lực dòng làm việc lớn. Để cách ly giữa mạch điều khiển và mạch động lực ta sử dụng PC817. Điện áp vào làm việc của PC lớn nhất là 6V và thế khi nối giữa đầu ra Q và của 4047 và PC ta nối qua điện trở để gây sụt áp trên điện trở. Suy ra ta chọn R=4.7k. Sơ đồ kết nối giữa mạch điều khiển và PC817 như sau: -Mạch khuyếch đại: Để tạo ra điện áp đối xứng đặt vào chân G của IGBT ta sử dụng mạch khuyếch đại . IC khuyếch đại được chọn ở đây là IC HA17741/PS Sơ đồ chân của HA17741/PS như sau: Vậy ta có sơ đồ đầy đủ của IC trong mạch như sau: Thiết kế nguồn nuôi IC Ta cần tạo nguồn 12 V và -12 V để cung cấp nguồn cho ICHA 17741 U1=220V, f=50Hz, I= 0.3 (A) Sơ đồ mạch như hình sau: Lựa chọn phần tử bảo vệ: Bảo vệ sự cố quá tải và ngắn mạch bằng cầu chì +Lựa chọn cầu chì ở mạch động lực:Chon cầu chì có U = 220 V ICẮT = 30 A + Lựa chọn cầu chì ở mạch điều khiển U = 220 V I cẮT = 1 A + Bảo vệ quá nhiệt bằng Rơle nhiệt Qua tính toán ở phần trên, để đảm bảo tuổi thọ tốt nhất cho thiết bị ta thiết bị làm việc tới 85C rồi cắt mạch điều khiển ra khỏi điện nguồn từ đó sẽ cắt toàn bộ đầu ra. Chọn rơle nhiệt KSD 301 85C PHẦN 4TÌM HIỂU PHÀN MỀM LABVIEW, CARD PCI-1710, ỨNG DỤNG CÔNG CỤ ĐO LƯỜNG ẢO - LABVIEW ĐO BỨC XẠ MẶT TRỜI, ĐO SỨC GIÓ, ĐO ĐỘ ẨM… 4.1 Tổng quan hệ thống đo lường ảo Labview LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) là một phần mềm được viết ra nhằm mục đích phát triển những ứng dụng rộng lớn trong đo lường và điều khiển giống như ngôn ngữ lập trình C hoặc Basic cũng như là Windows, tuy nhiên LabVIEW khác so với các ngôn ngữ trên là các trình ứng dụng của nó đặt trong các VI(Virtual Intrument) nằm trong thư viện của LabVIEW, một số ứng dụng đặc biệt của LabVIEW là tạo các giao diện để người dùng quan sát một cách trực quan các hiện tượng vật lý trên thực tế. Khác với những ngôn ngữ lập trình hệ thống được viết trên nền văn bản để tạo ra các dòng lệnh hoặc mã lệnh. Trong khi đó LabVIEW lại sử dụng một ngôn ngữ lập trình đồ hoạ G để tạo ra những chương trình ứng dụng đặc biệt. LabVIEW có rất nhiều công dụng để tạo ra một trình ứng dụng theo ý của người sử dụng nó, trong LabVIEW chứa đựng nhiều khối đã tạo sẵn được đặt trong thư viện, đặc biệt nó còn bao gồm các thư viện của các hàm và các chương trình con cho một nhiệm vụ nào đó. LabVIEW còn có những hướng dẫn và những ví dụ. LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình đồ hoạ mà sử dụng các biểu tượng thay vì các hàng văn bản để tạo ra các ứng dụng. Trái với các ngôn ngữ lập trình văn bản cơ sở, nơi mà hướng dẫn xác định mệnh lệnh thực hiện chương trình, LabVIEW sử dụng lập trình lưu đồ, ở đó luồng dữ liệu xuyên qua các nút trên sơ đồ khối xác định mệnh lệnh thực hiện của các VI và các hàm chức năng. Các VI, hay các thiết bị ảo, là các chương trình LabVIEW mà bắt chước các dụng cụ vật lý. Trong LabVIEW, các bạn xây dựng một giao diện người dùng bằng việc sử dụng một tập hợp các dụng cụ và các đối tượng. Giao diện người dùng được biết đến như là giao diện người - máy (Faces-machine). Sau khi bạn thêm mã sử dụng trình bày đồ hoạ của các hàm chức năng tới điều khiển các đối tượng giao diện. Mã nguồn đồ hoạ này cũng được biết đến như mã G hoặc mã sơ đồ khối. Sơ đố khối chứa đựng mã này. Các ứng dụng quen thuộc của LabVIEW trong đo lường và điều khiển bao gồm: + Kiểm tra quá trình sản xuất. + Kiểm tra sự hợp thức môi trường. + Kiểm tra thời gian thực đáng tin cậy. + Kiểm tra hiện trường di động. + Kiểm tra RF và truyền thông. + Thu nhận dữ liệu. + Thu nhận hình ảnh. LabVIEW được kết hợp chặt chẽ với phần cứng, thêm vào hàng ngàn kết nối với các thiết bị vào/ra với hàng trăm thiết bị khác nhau. LabVIEW có thể được sử dụng dành cho nhiều thiết bị như: + GPIB, Serial, Ethernet, VXI, PXI Instruments. + Data Acquisition (DAQ). + PCI Extensions for Instruments (PXI). + Image Acquisition (IMAQ). + Motion Control. + Real – Time (RT) PXI. + PLC (through OPC Server). Phân tích ở LabVIEW: Đây là hệ thống phân tích đo lường khá mạnh được xây dựng trên một môi trường phát triển LabVIEW. Nó bao gồm khá nhiều các công cụ trợ giúp người dùng để phân tích dữ liệu như : - Hơn 400 mẫu hàm phân tích đo lường trong các biểu thức khác, tối ưu, lọc, toán học, chuỗi số học, thống kê,…vv. - Với 12 VI Express mới đặc biệt được thiết kế dành cho phân tích đo lường, bao gồm bộ lọc và phân tích quang phổ. - Các VI xử lý tín hiệu dành cho Filtering, Windowing, Transforms, Peak Detection, Harmonic Analysis, Spectrum Analysis,..vv 4.2 Các thành phần của Labview ứng dụng LabVIEW bao gồm các thư viện của các hàm chức năng và các công cụ phát triển được thiết kế đặc biệt dành cho thiết bị điều khiển. Các chương trình LabVIEW được gọi là những dụng cụ ảo bởi vì sự xuất hiện và hoạt động của chúng mô phỏng các dụng cụ thực tế. Tuy nhiên, chúng là tương tự tới các hàm chức năng từ các chương trình ngôn ngữ truyền thống. Các VI có cả 2 tương tác đó là: một tương tác giao diện người dùng và một mã nguồn tương đương, và truy nhập các tham số từ các VI tầng cao. LabVIEW gồm có 3 thành phần chính đó là: Bảng giao diện(The Front Panel), Sơ đồ khối(The Block Diagram), Biểu tượng và đầu nối(The icon/connect) 4.2.1 Bảng giao diện (The Front Panel) Front Panel là mặt mà người sử dụng hệ thống nhìn thấy. Các VI bao gồm một giao diện người dùng có tính tương tác, mà được gọi là bảng giao diện, vì nó mô phỏng mặt trước của một dụng cụ vật lý. Bảng giao diện có thể bao gồm các núm, các nút đẩy, các đồ thị và các dụng cụ chỉ thị và điều khiển khác. Bạn nhập vào dữ liệu sử dụng bàn phím và chuột rồi sau đó quan sát các kết quả trên màn hình máy tính. Vào Start >> All Programs >> National Instruments LabVIEW một cửa sổ Labview xuất hiện >> valuate và cửa sổ Getting Started sẽ xuất hiện ngay sau đó >> Blank VI để hiển thị bảng giao diện hoặc bạn có thể chọn New và sau đó hộp thoại New xuất hiện và trong hộp thoại đó mặc định con trở ở danh mục Blank VI. Để hiển thị bảng giao diện bạn chỉ cần kích vào nút OK ở phía góc phải dưới. Cả 2 cách trên đều để mở bảng giao diện mới để bạn có thể xây dựng một VI mới hoàn toàn. Ngoài ra bạn có thể mở một bảng giao diện có sẵn trong LabVIEW bằng cách trong hộp thoại New, từ mục Create New, lựa chọn VI>>From template>>Tutorial (Getting Started)>>Generate and Display. Và sau đó kích nút OK để hiển thị bảng giao diện. Bảng giao diện sẽ xuất hiện như hình sau: Ta cũng có thể mở bảng giao diện của một VI có sẵn trong thư viện LabVIEW bằng cách trong hộp thoại bảng giao diện vào File>>Open sau đó kích đúp vào các ví dụ có sẵn. Trong bảng giao diện bao gồm một thanh công cụ của các nút lệnh và các dụng cụ chỉ báo trạng thái mà bạn sử dụng cho quá trình chạy và xử lý các VI. Nó cũng bao gồm những tuỳ chọn phông và các tuỳ chọn phân phối và sắp thành hàng cho việc soạn thảo các VI. Thanh công cụ giao diện giống như hình vẽ dưới Các nút từ trái qua phải có ý nghĩa như sau: 1. Nút chạy chương trình(có mũi tên sang phải) (thanh không sáng – bị vỡ: lỗi, phải sửa lại chương trình) 2. Nút chạy lặp 3. Nút dừng cưỡng ép chương trình 4. Nút tạm dừng 5. Text setting (định dạng kích thước, màu sắc font) 6. Gióng đều đối tượng theo hàng dọc và ngang 7. Phân bố các đối tượng 8. Thay đổi kích thước các đối tượng 9. Lệnh bổ sung 10. Cửa sổ trợ giúp 4.2.2. Sơ đồ khối (The Block Diagram) Sơ đồ khối chứa đựng mã nguồn đồ thị, thường biết như là mã G hoặc mã sơ đồ khối, cho đến VI chạy như thế nào. Mã sơ đồ khối sử dụng đồ thị biểu diễn các chức năng để điều khiển các đối tượng trên giao diện. Các đối tượng trên giao diện xuất hiện như biểu tượng các thiết bị trên sơ đồ khối. Kết nối điều khiển và các đầu của dụng cụ chỉ thị tới Express VIs, VIs, và các chức năng. Dữ liệu chuyển thông qua dây dẫn từ các điều khiển đến các VI và các hàm chức năng, từ các VI và các hàm chức năng đến các VI và các hàm chức năng khác, và từ các VI và các hàm chức năng đến các dụng cụ chỉ thị. Sự di chuyển của dữ liệu thông qua các nút trên sơ đồ khối xác định mệnh lệnh thực hiện của các VI và các hàm chức năng. Sự di chuyển dữ liệu này được biết như lưu đồ lập trình. 1. Mở sơ đồ khối của một hệ thông nào đó bằng cách chọn Window>>Show Block Diagram. Hoặc cũng có thể gọi tới sơ đồ khối bằng cách trên bảng giao diện nhấn . Sơ đồ khối có nền màu trắng như hình vẽ dưới đây 2. Nghiên cứu các đối tượng trên sơ đồ khối Mỗi bảng giao diện có kèm theo một sơ đồ khối, là VI tương đương của một chương trình. Bạn xây dựng sơ đồ khối sử dụng ngôn ngữ lập trình đồ thị, còn gọi là ngôn ngữ G. Các thành phần của sơ đồ khối đại diện cho các nút chương trình chẳng hạn như các vòng lặp For, các cấu trúc Case và các hàm chức năng nhân. các thành phần là dây cùng để thể hiện luồng dữ liệu bên trong sơ đồ khối. 3. Sự phân cấp Sức mạnh của LabVIEW định vị trong bản chất sự phân cấp của các VI. Sau khi bạn tạo ra một VI, bạn sử dụng nó như một VI con trong sơ đồ khối của một VI tầng cao hơn. Bạn có thể có một số vô tận bản chất của các tầng trong sự phân cấp. 4. Các dạng dây nối trên sơ đồ khối 4.2.3. Biểu tượng và ô vuông đầu nối Sau khi xây dựng một VI, ta phải tạo icon và connector pane cho nó có thể sử dụng được như một subVI. Mỗi VI đều có một icon, nó nằm ở góc trên bên phải của cả hai cửa sổ Front panel và Block diagram. 4.3 Những công cụ lập trình LabVIEW Các công cụ lập trình trên LabVIEW bao gồm các công cụ để tạo ra các thiết bị ảo. Nó bao gồm các công cụ trong bảng giao diện (The Front Panel) và các công cụ trong sơ đồ khối (Block Diagram) 4.3.1. Tools Palette LabVIEW sử dụng một bảng Tools nổi, bảng mà bạn có thể sử dụng để soạn thảo và gỡ lỗi các VI. Bạn sử dụng phím tới bảng thông qua các công cụ sử dụng thông thường trên bảng mẫu. Nếu bạn có đóng Tools palette, chọn View\Show\Tools Palette để hiển thị bảng mẫu. Tools palette được minh hoạ như hình dưới đây 4.3.2 Bảng điều khiển (Controls Palette) Bảng Controls bao gồm một đồ thị, bảng nổi mà tự động mở ra khi bạn khởi động LabVIEW. Bạn sử dụng bảng này để đặt các điều khiển và các dụng cụ chỉ thị trên bảng giao diện của một VI. Mỗi biểu tượng lớp trên chứa đựng các bảng mẫu con. Nếu bảng Controls không xuất hiện, bạn có thể mở bảng bằng cách lựa chọn View>>Show Controls Palette từ menu của bảng giao diện. Bạn cũng có thể bật lên trên một vùng mở trong bảng giao diện để truy nhập một sự sao chép tạm thời của bảng Controls. Sự minh hoạ sau đây hiển thị lớp đầu tiên của bảng Controls. 1. Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị số( Numeric Controls and Indicator ). Bạn sử dụng điều khiển số để nhập các đại lượng số, trong khi đó những dụng cụ chỉ thị số thì hiển thị các đại lượng số. Hai đối tượng số được sử dụng thông dụng nhất đó là digital control - điều khiển số và digital indicator – chỉ thị số. 2. Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị kiểu logic(Boolean Controls and Indicator ) Bạn sử dụng điều khiển và dụng cụ chỉ thị kiểu logic cho việc nhập và hiển thị các giá trị kiểu Bool (đúng/sai- True/False). Các đối tượng đại số Bool mô phỏng các chuyển mạch - công tắc, các nút bấm, đèn LED. Các đối tượng đai số Bool được sử dụng thông dụng nhất là vertical toggle switch – công tắc đảo chiều thẳng đứng và round LED - đèn LED xung quanh. vertical toggle switch round LED 3. Việc định dạng các điều khiển và dụng cụ chỉ thị (Configuring Controls and Indicator ).Bạn có thể định dạng gần hết các điều khiển và các dụng cụ chỉ thị sử dụng những tuỳ chọn từ những menu mở ra của chúng. 4.3.3. Bảng các hàm chức năng (Function palette) Bảng Function bao gồm một bảng đồ thị, bảng nổi mà tự động mở ra khi bạn chuyển tới sơ đồ khối. Bạn sử dụng bảng này để đặt các nút (hằng số, dụng cụ chỉ thị, các VI và …) trên sơ đồ khối một VI. Mỗi biểu tượng lớp trên chứa đựng các bảng mẫu con. Nếu bảng Function không xuất hiện rõ ràng, bạn có thể chọn View>>Show Function Palette từ menu của sơ đồ khối để hiển thị nó. Bạn cũng có thể mở ra trên một vùng mở trong sơ đồ khối để truy nhập một một sự sao chép tạm thời của bảng Functions. Lớp trên của bảng Functions được minh hoạ như hình sau đây - Hàm Boolean(Boolean Function): chứa các hàm logic: and, or, xor, nor và các hàm logic phức tạp khác. Đường dẫn truy cập Funcition>>Boolean. Biểu tượng của hàm Boolean: - Hàm cấu trúc function: bao gồm một vòng lặp For, While, cấu trúc Case, Sequence, các biến toàn cục và cục bộ. Đường dẫn truy cập Function >>Structures. Biểu tượng của hàm Structures. - Hàm File I/O- File I/O Function: Thực hiện các chức năng cho một tập tin như lưu, mở tập tin theo dạng nhị phân, spreadsheet, đóng một tập tin...Ngoài ra hàm này còn chứa các chức năng mở rộng khác về lưu trữ dữ liệu. Đường dẫn truy cập: Function>> File I/O: - Hàm Thời gian – Time function: Xác định dòng thời gian, đo khoảng thời gian trôi hoặc trì hoãn một tiến trình trong một khoảng thời gian nhất định. Đường dẫn truy cập: Function>>Timing - Hàm Dialog & User Interface: Sử dụng hàm này để tạo ra các hộp thoại tới nhắc nhở người sử dụng với các chỉ dẫn. Đường dẫn truy cập: Function>> Dialog & User Interface. Biểu tượng của hàm: - Hàm so sánh – Comparison Functions: Sử dụng hàm này để so sánh các giá trị đại số Bool, các chuỗi, các giá trị số, các mảng và các cụm. Hàm so sánh xử lý các giá trị Boolean, string, numeric, array và cluster khác nhau. Bạn có thể thay đổi phương pháp so sánh của vài hàm Comparison. Đường dẫn truy cập: Function>> Comparison. Biểu tượng của hàm: - Hàm chuỗi – String Function: Sử dụng hàm này để liên kết hai hay nhiều chuỗi, tách một tập con của các chuỗi từ một chuỗi, chuyển dữ liệu vào bên trong chuỗi, và định dạng một chuỗi sử dụng trong một công đoạn xử lý từ hoặc ứng dụng bảng biểu. Đường dẫn truy cập: Function>>String. Biểu tượng của hàm: - Hàm mảng – Function Array : Sử dụng để tạo ra và điều khiển các mảng. Đường dẫn truy cập: Function>>Array. Biểu tượng của hàm: - Hàm cụm & biến thể – Cluter & Variant: Tạo ra và điều khiển các cụm, chuyển đổi dữ liệu LabVIEW từ một khuôn dạng, có thể thao tác độc lập kiểu dữ liệu, thêm những thuộc tính tới dữ liệu, và chuyển đổi dữ liệu biến thể tới dữ liệu LabVIEW. Đường dẫn truy cập: Function>>Cluter & Variant. Biểu tượng: - Hàm điều khiển ứng dụng- Application Control: Sử dụng hàm này để lập trình các VI điều khiển và các ứng dụng LabVIEW trên máy tính địa phương hoặc qua một mạng. Bạn có thể sử dụng các VI và các hàm chức năng này để định dạng nhiều VI tại cùng một thời điểm. Đường dẫn truy cập: Function>> Application Control. Biểu tượng của hàm: - Hàm dạng sóng – Waveform: Sử dụng hàm này để xây dựng dạng sóng mà bao gồm các goá trị dạng sóng, thay đổi thông tin, để thiết lập và khôi phục các thành phần và thuộc tính của dạng sóng. Đường dẫn truy cập: Function>>Waveform. Biểu tượng của hàm là: - Hàm đồng bộ hoá - Synchronization Function: Sử dụng hàm này để đồng bộ các nhiệm vụ thi hành song song và để chuyển dữ liệu giữa các nhiệm vụ song song. Đường dẫn truy cập: Function>> Synchronization. Biểu tượng của hàm là: - Hàm đồ họa và âm thanh – Graphic & Sound Function: Sử dụng hàm này để tạo ra yêu cầu hiển thị, dữ liệu cổng vào và cổng ra từ các phai đồ hoạ và cho chạy những âm thanh. Đường dẫn truy cập: Function>>Graphic & Sound. Biểu tượng của hàm là: - Hàm phát sinh báo cáo – Report Generation Function: Sử dụng hàm này để tạo và điều khiển các báo cáo của các ứng dụng LabVIEW. Đường dẫn truy cập: Function>>Report Generation. Biểu tượng của hàm là: - Hàm số học – Numeric Function: Sử dụng hàm này để tạo và thực hiện những thao tác số học, lượng giác, Lôgarit, số phức toán học trong các số và chuyển đổi những số từ một kiểu dữ liệu này sang một kiểu dữ liệu khác. Đường dẫn truy cập: Function>>Numeric. Biểu tượng của hàm: 4.4 Giới thiệu Labview 8.5 4.4.1 Nền tảng kiểm tra và đo lường tự động Trong gần 30 năm qua. National Instruments đã không ngừng đổi mới phương pháp kiểm tra và đo lường . Với PC và các công nghệ thương mại, thiết bị đo ảo làm tăng năng suất và giảm chi phí cho các ứng dụng kiểm tra và đo lường tự động qua phần mềm dễ tích hợp LabVIEW và phần cứng đo lường và điều khiển modul cho PXI, PCI, USB và Enthernet. LabVIEW là một ngôn ngữ lập trình đồ hoạ khá mạnh trong các lĩnh vực kiểm tra, đo lường và điều khiển. Kể từ khi ra đời năm 1986, các kỹ sư và nhà khoa học trên toàn thế giới đã tin cậy vào NI LabVIEW nhờ chất lượng ngày càng cao, hiệu quả sản xuất lớn hơn. Ngôn ngữ lưu đồ đồ họa của LabVIEW hấp dẫn các kỹ sư và nhà khoa học trên thế giới như một phương pháp trực giác hơn trong việc tự động hoá các hệ thống đo lường và điều khiển. Ngôn ngữ lưu đồ kết hợp với I/O gắn liền và điều khiển giao diện người sử dụng tương tác cùng đèn chỉ báo làm cho LabVIEW trở thành một sự lựa chọn lý tưởng cho các kỹ sư và nhà khoa học. LabVIEWW ra đời từ những năm 1986 và các phiên bản gần đây nhất là: - Tháng 4/2000: LabVIEW 6.0 Đo lường thông minh kết nối. - Tháng 1/2002: LabVIEW 6.1 Có khả năng hoạt động mạng netword, phân tích. - Tháng 5/2003: LabVIEW 7.0 Express VIs, I/O Assistants, FPGA / PDA targets. Nhân dịp kỷ niệm 20 năm ra mắt ấn phẩm thiết kế hệ thống đồ hoạ LabVIEWcho môi trường hệ thống điều khiển, kiểm nghiệm và nhúng, National Instruments cho ra đời LabVIEW 8.2. Gần đây nhất National Instruments vừa tung ra phiên bản mới nhất của nền tảng thiết kế hệ thống đồ hoạ cho ứng dụng phát triển hệ thống kiểm tra, điều khiển và nhúng – LabVIEW 8.5. 4.4.2 LabVIEW 8.5 Với ngôn ngữ lưu đồ song song của LabVIEW, người sử dụng có thể dễ dàng ứng dụng của họ theo các kiến trúc đa lõi và FFPA để tổ chức dữ liệu tốt hơn, điều khiển, phân tích và xử lý tín hiệu. Xây dựng trên khả năng đa tuyến đoạn tự động của các phiên bản trước, LabVIEW 8.5 điều chỉnh các ứng dụng người sử dụng dựa trên tổng số lỗi có sẵn và tạo ra các bộ điều khiển ( driver ) và thư viện để nâng cao thông lượng cho các ứng dụng RF, I/O số tốc độ cao và ứng dụng kiểm Với LabVIEW, các kĩ sư và các nhà khoa học có thể tích hợp các hệ thống công nghiệp dựa trên PLC hiện tại với các bộ điều khiển tự động hoá khả trình ( PAC ) tiên tiến hơn, bổ sung I/O tốc độ cao và logic điều khiển phức tạp và các hệ thống công nghiệp của họ. LabVIEW 8.5 bổ sung thêm rất nhiều cải tiến về I/O, đo lường và hiển thị giúp xây dựng các hệ thống công nghiệp dựa trên PAC, bao gồm một thư viện driver OPC mới có khả năng mở rộng tính kết nối công nghiệp cho người sử dụng LabVIEW, tăng gần gấp đôi số lượng bộ điều khiển logic khả trình ( PLC ) và thiết bị công nghiệp. * Những đặc tính bổ sung của LabVIEW 8.5 : - Hỗ trợ các bộ xử lý Freescale ColdFire - Kết hợp các công cụ quản lý file dự án và mã hoá để phát triển theo nhóm - Công cụ quản lý bộ nhớ cấp thấp giúp tối ưu hoá hiệu năng - Thư viện đại số tuyến tính BLAS tối ưu mới - Các thuật toán tối ưu cho nhiều bộ hoàn điệu khác nhau và lược đồ mã hoá kênh - Những cải tiến trong thiết kế và mô phỏng điều khiển và thiết kế bộ điều khiển PID. - Hỗ trợ tệp file.m. Mấy năm vừa qua, các nhà cung cấp chíp bao gồm Intel và AMD đã sử dụng đến kiến trúc bộ xử lý đa lõi để khắc phục những thách thức về sự tiêu tán nhiệt và tiêu thụ điện vốn có khi tăng tốc độ đồng hồ. Kiến trúc song song của bộ xử lý đa lõi đem đến cơ hội được sử dụng các hệ thống đa lõi nhúng tiên tiến trên thị trường cho các nhà chế tạo máy, giúp họ đạt được tốc độ vòng lặp nhanh hơn và xử lý được nhiều tín hiệu hơn. LabVIEW 8.5 và LabVIEW Real – Time Module (module thời gian thực) cung cấp khả năng đa xử lý đối xứng (SMP) hỗ trợ các hệ thống thời gian thực nhúng. Các nhà thiết kế phải cân nhắc xem liệu phần mềm của họ có thể tận dụng được những ưu điểm của SMP và bộ xử lý đa lõi để đạt được hiệu năng lớn hơn mà vẫn duy trì được khả năng thực thi tất yếu trong các hệ thống thời gian thực hay không 4.5 Giới thiệu Card PCI-1710 4.5.1 Khái quát chung PCI 1710 là một card DAS đa chức năng cho bus PCI. Thiết kế mạch tiên tiến mang lại cho bạn nhiều chức năng và chất lượng cao hơn, bao gồm 5 chức năng điều khiển và đo lường mong muốn : bộ chuyển đổi A/D 12 bit,bộ chuyển đổi D/A, đầu vào số, đầu ra số và bộ đếm/ bộ thời gian . + Bus PCI Plug and Play PCI 1710 sử dụng một PCI điều khiển tới giao diện card bằng bus PCI .Bộ điều khiển thực thi đầy đủ đặc tính kỹ thuật chẳng hạn như : địa chỉ cơ sở và thiết lập ngắt, được điều khiển tự động bởi phần mềm. Không dây nối hoặc sự thiết lập chuyển đổi DIP là yêu cầu cho việc định dạng của người sử dụng . + Những kiểu đầu vào và việc thiết lập những phạm vi linh hoạt PCI 1710 đặc trưng một kênh tự động /máy quét linh hoạt. Mạch điện, tốt hơn phần mềm của bạn, điều khiển thời gian chuyển mạch bộ dồn kênh. Trên bảng mạch SRAM lưu trữ các giá trị khuếch đại khác nhau và sự định dạng cho mỗi kênh. Thiết kế này cho phép bạn thực hiện lấy mẫu tốc độ cao nhiều kênh( lên tới 100kHz) với những lợi ích khác nhau cho mỗi kênh với sự kết hợp tự do của một đầu ra và các đầu vào khác nhau. + Vùng nhớ FIFO trên bảng mạch ( First In First Out) PCI 1710 có một bộ đệm FIFO trên bo mạch nó có thể lưu trữ tới 4K mẫu A/D. PCI 1710 phát sinh một ngắt khi FIFO đầy nửa. Đặc tính này cung cấp liên tục sự di chuyển dữ liệu tốc độ cao và nhiều sự thực hiện có thể đoán trước trên hệ thống Windows. + Bộ đếm lập trình trên bảng mạch PCI 1710 cung cấp một bộ đếm lập trìnhđược để sinh ra một trigơ tốc độ cho bộ chuyển đổi A/D. Chíp bộ đếm là một IC 82C54 hoặc tương đương, nó bao gồm 3 bộ đêm 16 bit trên 1 xung nhịp 10MHz. Một bộ đếm từ các kênh đầu vào. Hai cái khác được nối với nhau để tạo ra một bộ thời gian 32 bit cho một trigơ tốc độ cao. *Đặc tính của PCI 1710 - 16 đầu ra đơn hoặc 8 đầu vào tương tự khác nhau, hoặc một sự kết hợp - Bộ chuyển đổi A/D 12 bit, với nhịp độ lấy mẫu lên tới 100kHz - Chương trình khuếch đại cho mỗi kênh đầu vào - Kênh tự động/ quét linh linh hoạt. - Bộ đệm FIFO lấy mẫu 4K trên bảng mạch. - Hai kênh đầu ra tương tự 12 bit - 16 đầu vào số và 16 đầu ra số. - Lập trình tổng bước/ bộ đếm. 4.5.2 Bảng mô tả tín hiệu kết nối vào / ra : Tên tín hiệu Quan hệ Phương hướng Mô tả AI AIGND Đầu vào Đầu vào tương tự từ kênh 0 đến kênh 15. Mỗi cặp kênh AI, có thể được định dạng như cả hai đầu vào kết thúc đơn hoặc một đầu vào phân biệt. AIGND - - Sự tiếp đất đầu vào tương tự. Những chân này là những điểm quy chiếu cho các thiết bị đo đầu ra đơn và điểm trả lại dòng sai lệch cho thiết bị đo khác nhau. Ba quan hệ nối đất (AIGND, AOGND và DGND) được nối cùng nhau trong Card PCI 1710 DA0_ REF AOGND Đầu vào Đầu ra tương tự kênh 0 quan hệ bên ngoài. Đây là đầu vào quan hệ bên ngoài cho đầu ra tương tự kênh 0 DA1_ REF AOGND Đầu vào Đầu ra tương tụ kênh 1 quan hệ bên ngoài. Đây là đầu vào quan hệ bên ngoài cho đầu ra tương tự kênh 1. DA0 _OUT AOGND Đầu ra Đầu ra tương tự kênh 0. Đây là đầu ra tương tự kênh 0. Đây là chân cung cấp điện áp đầu ra của kênh ra tương tự 0 DA1 _OUT AOGND Đầu ra Đầu ra tương tự kênh 1. Đây là chân cung cấp điện áp đầu ra cả đầu ra tương tự kênh 1 AOGND - - Sự tiếp đất đầu ra tương tự. Các điện áp đầu ra tương tự có quan hệ tới các điểm nút này. Ba quan hệ tiếp đất (AIGND, AOGND và DGND) được nối cùng nhau trong card PCI 1710 DI DGND Đầu vào Các tín hiệu đầu vào số DO DGND Đầu ra Các tín hiệu đầu ra số DGND - - Sự tiếp đất số Chân này cung cấp các quan hệ cho tín hiệu số tại các đầu nối vào – ra như cung cấp nguồn +5V DC. Ba quan hệ tiếp đất (AIGND, AOGND và DGND) được nối cùng nhau trong card PCI 1710 CNT0_ CLK DGND Đầu vào Đầu vào xung nhịp bộ đếm 0. Chân này là đầu vào xung nhịp bên ngoài của bộ đếm 0, có thể đạt tới 10Mhz bên ngoài hoặc 100Khz bên trong và được thiết lập bởi phần mềm. CNT0_ OUT DGND Đầu ra Đầu ra bộ đếm 0. Đây là chân ra của bộ đếm 0 CNT_GATE DGND Đầu vào Đầu vào cổng bộ đếm 0. Chân này là điều khiển cho bộ đếm 0. PACER_OUT DGND Đầu ra Đầu ra xung nhịp tốc độ. Chân này tạo ra xung nhịp tốc độ khi bật. Nếu bộ chuyển đổi A/D nằm trong kiểu nút bấm nhanh, người sử dụng có thể sử dụng tín hiệu này như một sự trùng tín hiệu cho các ứng dụng khác. Một cặp mép từ cao xuống thấp bấm nhanh chuyển đổi A/D để bắt đầu. TRG_GATE DGND Đầu vào Cực trigơ bên ngoài A/D-Chân này là cực điề khiển tín hiệu dầu vào Trigơ bên ngoài. Khi TRG_GATE được nối với nguồn +5V, nó sẽ cho phép tín hiệu Trigơ ngoài tới đầu vào. Khi TRG_GATE được nối mass DGND, nó sẽ vô hiệu hoá tín hiệu trigơ ngoài tới đầu vào EXT_TRG DGND Đầu vào Trigơ ngoài A/D- Chân này là đầu vào tín hiệu Trigơ ngoài cho bộ chuyển đổi A/D. Một mép từ đầu thấp tới đầu cao các trigơ của bộ chuyển đổi A/D để bắt đầu. +12V DGND Đầu ra Nguồn +12V DC. Chân này cấp nguồn 12V DC +5V DGND Đầu ra Nguồn +5VDC. 4.6 Sử dụng phần mềm Labview phiên bản 8.5 đo bức xạ năng lượng Mặt Trời tác động lên hệ thống. 4.6.1 Front Panel – Giao diện 1. Mở một giao diện mới và mở bảng mẫu điều khiển – Control Palette 2. Chọn Meter – đồng hồ đo từ Controls Palette >> Express >> Numeric Indicators >> Meter và đặt lên giao diện. 3. Thay đổi tên và thay đổi dung lượng – vào hộp nhãn – Label box và ấn vào một chỗ bất kỳ trên giao diện. 4. Thay đổi lại kích cỡ của khối chỉ thị. Kích đúp lên giá trị cao nhất của bảng chỉ thị sau đó nhập lại giá trị theo mong muốn. 5. Đặt một sensor đo nhiệt độ – Thermometer từ Controls Palette >> Express >> Numeric Indicators, gán tên cho nó và thay đổi lại độ chia. 6. Để ta có thể theo dõi được dải nhiệt trong một khoảng thời gian nhất định chọn Chart từ Controls Palette >> Express >> Grap Indicator, gán tên và thay đổi một số đại lượng. 7. Để dừng lại khi VI đang chạy ta chọn nút dừng Stop – Stop Button từ Controls Palette >> Express >> Buttons. 4.6.2 Block Diagram – Sơ đồ khối 1. Mở sơ đồ khối của hệ thống bằng cách chọn Windows >> Show Diagram. 2. Chọn các phần tử trong danh sách dưới đây từ bảng mẫu Functions và đặt chúng lên sơ đồ khối: (Functions >> UserLibraries >> AdvantechDA&C >> EasyIO >> SelectPop) . Mở một thiết bị lựa chọn với một cửa sổ hộp thoại bao gồm danh sách các thiết bị đã được thiết đặt cho người sử dụng lựa chọn, và số lượng những thiết bị gán sẵn. Nó bao gồm các đầu vào và đầu ra sau: - Devnum( I32 ) : Số lượng thiết bị của phần cứng được cài đặt trong hệ thống bằng Device Manager - Subdevconts( I16 ) : chỉ rõ số lượng của những bo mạch mở rộng hoặc bo mạch con (nếu bo mạch mở rộng được cài đặt). Nếu bo mạch mở rộng không được thiết đặt, giá trị là 0 . - Error out : Chứa đựng thông tin lỗi. Nếu error in chỉ ra một lỗi; error out chứa đựng cùng thông tin lỗi đó. Hay nói một cách khác nó mô tả trạng thái mà VI tạo ra: - Status là đúng nếu một lỗi xuất hiện mặc định là sai. - Code là mã lỗi. Soure : trong đa số các trường hợp, tên của VI hoặc hàm chức năng mà sản sinh ra lỗi mặc định là chuỗi trống rỗng. VI này được sử dụng để mở ra một hộp thoại và lựa chọn thiết bị thích hợp. Functions >> UserLibraries >> AdvantechDA&C >> Advance >> Device Manager ) Mở thiết bị được cài đặt tương ứng và quay lại cán điều khiển cho những thao tác sau bằng cách nó chỉ rõ số lượng thiết bị. Số lượng thiết bị được gán bằng Advantech Device Manager. Thiết bị cần được mở trước khi thao tác ( Functions >> UserLibraries >> AdvantechDA&C >> EasyIO >> SelectPop ) Lựa chọn kênh : mở ra một cửa sổ với danh sách các kênh của cán điều khiển DriverHandle chỉ rõ thiết bị cho người sử dụng để lựa chọn, và đầu ra lựa chọn các kênh thông tin tham số Chan Info và danh sách dải điện áp đầu vào Gain List. Sử dụng VI này để mở ra một hộp thoại và lựa chọn thiết bị thích hợp. ( Functions >> UserLibraries >> AdvantechDA&C >> EasyIO >> SelectPop ) Mở ra một cửa sổ hộp thoại với danh sách dải điện áp đầu vào cho người sử dụng lựa chọn Gain List và lựa chọn mã khuếch đại đầu ra Gain Code. Sử dụng VI này để mở ra một hộp thoại và lựa chọn giá trị khuếch đại. ( Functions >> UserLibraries >> AdvantechDA&C >> dvance >> SlowAI ) Định dạng một đầu vào tương tự của kênh đầu vào điện áp bằng việc đặt mã khuếch đại tương ứng trong cán điều khiển đã chỉ rõ thiết bị. ( Functions >> UserLibraries >> AdvantechDA&C >> Advance >> SlowAI ) Đọc giá trị hiện thời của một kênh đầu vào tương tự với bo mạch mở rộng và quay lại điện áp được chuyển đổi từ cán điều khiển DriverHandle chỉ rõ thiết bị. Hỗ trợ bo mạch mở rộng bao gồm PLCD – 770/779/789/789D/788. Đóng thiết bị Multiple function – Hàm nhân( Functions >> Numberic ) Nhân 2 số và trả lại giá trị tích của chúng, trong hoạt động này, bạn cần 2 khối nhân, bạn lấy 1 khối từ bảng mẫu, khối còn lại có thể dùng cách copy và paste. ( Functions >> Cluster,Class,&Variant ) Trả lại những thành phần cụm có tên được chỉ rõ. Không cần phải theo dõi lệnh những phần tử bên trong cụm. Sau khi nối một cụm tới hàm này ta có thể lựa chọn 1 thành phần riêng từ hàm. ( Functions >> Cluster,Class,&Variant )Tập hợp 1 bó từ những phần tử riêng lẻ. Sử dụng hàm này để thay đổi các giá trị của những thành phần riêng lẻ trong cụm hiện hữu, không phải chỉ rõ những giá trị mới cho tất cả các phần tử ( Express/ Arithmetic & Comparison/Express Boolean ) : Hàm Xor. Nếu cả hai đầu vào đều là True hoặc đều là False, thì đầu ra là True. Một đầu vào là True, đầu còn lại là False thì đầu ra là False. : Báo lỗi : ( Programming/ Timing ) : 6.6 Đo sức gió 6.6.1 Năng lượng gió Gió là sự chuyển dịch tuần hoàn của không khí trong khí quyển gây ra do sự nung nóng không đều bề mặt Trái Đất bởi Mặt Trời. Tuy vậy, gió là một quá trình địa lý rất phức tạp vì vậy chỉ có thể dự báo sự biến đổi với xác suất nhất định. Trong những điều kiện nhất định thì nguồn năng lượng này để phục vụ nền kinh tế quốc dân. Các trạm năng lượng gió thường sử dụng gió trên độ cao 20-70m so với mặt đất. Đặc tính quang trọng nhất đánh giá động năng của gió đó là vận tốc gió. Dưới ảnh hưởng của hàng loạt các yếu tố khí tượng như sự nhiễu loạn khí quyển, sự thay đổi tác động của Mặt Trời và lượng bức xạ truyền xuống bề mặt Trái Đất, địa hình, địa thế...sẽ làm tốc độ gió thay đổi cả về độ lớn và hướng(Hướng véctơ vận tốc cho thấy vị trí tính theo góc của nó ứng với hướng được lấy làm gốc tính toán, thường là hướng Bắc). Vận tốc gió trung bình theo thời gian được xác định bằng tỉ số của tổng các giá trị vận tốc gió tức thời Vi với số lần đo trong khoảng thời gian đo: VTB= (m/s) Tương tự thì vận tốc gió trung bình trong ngày được xác định bẳng tỉ lệ tổng vận tốc gió trung bình giờ với thời gian 24giờ trong ngày. Để đo vận tốc gió tức thời người ta sử dụng máy đo gió quán tính nhỏ hay còn gọi là phong tốc kế. Bên cạnh đó, để đo vận tốc gió trung bình trong khoảng thời gian dài(vài chục giây, vài phút), người ta sử dụng các loại máy đo gió khác nhau, chúng có đồng hồ chỉ thị và các bộ phận ghi chép, đảm bảo lưu trữ được tốc độ gió trên băng ghi. Tuy nhiên với phong tốc kế có thể cho sai số từ 5% đến 10% còn với các máy hiện đại sử dụng công nghệ cao thì sai số cho phép không được quá 1,5%. 6.6.2 Thiết kế máy đo sức gió Trên ngyên lý hoạt động của máy phát điện chạy bằng năng lượng gió: khi cánh quạt được gắn trên trục của roto động cơ điện một chiều được quay nhờ tác động của gió thổi trực tiếp vào bề mặt sẽ cho ta ở hai đầu ra của cuộn dây trên Stato một hiệu điện thế. Nếu nối hai đầu dây này qua một tải tiêu thụ sẽ có dòng điện chạy qua nó và sinh công. Và như vậy, đương nhiên điện thế ở đầu ra sẽ biến đổi lớn hay nhỏ tùy thuộc vào vận tốc gió mạnh hay yếu. Nghĩa là điện áp đầu ra tỉ lệ với vận tốc gió hay sức gió. Trên cơ sở này nhóm đồ án đã chế tạo một máy phát điện cỡ nhỏ chạy bằng sức gió, lấy điện áp đầu ra thông qua mạch biến đổi đưa vào card PCI1710, sử dụng phần mềm Labview thiết kế bộ đo sức gió tương tự như đo thông lượng bức xạ Mặt Trời. Như vậy chúng ta đã có thể có được một thiết bị đo nữa có thể đo được tương đối chính xác vận tốc gió và qua đây cho chúng ta thấy rõ hơn và hiểu hơn về cách thức hoạt động cũng như sức mạnh đo lường của phần mềm đo lường ảo Labview. 4.7 Đo độ ẩm không khí() PHẦN 5 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Năng lượng Mặt Trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng các dòng sông… Pin năng lượng Mặt Trời là thiết bị biến đổi trực tiếp năng lượng Mặt Trời thành điện năng để chúng ta có thể sử dụng mà không hề gây ô nhiễm môi trường. Ở các phần 2, 3, 4 của đồ án chúng em đã trình bày được cơ sở, cấu tạo của pin năng lượng Mặt Trời, thiết kế thành công hệ thống điều khiển bám cho module cũng như trình bày được một hệ thống pin năng lượng Mặt Trời đầy đủ, qua đó giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cấu tạo cũng như nguyên tắc hoạt động của nó. Hệ thống điều khiển bám đã được thiết kế có thể tự định hướng dàn pin cỡ nhỏ theo vị trí tương đối của Mặt Trời với Trái Đất có thể giúp sinh viên nghiên cứu mở rộng những ứng dụng của nó cho các hệ thống khác, có thể là cho dàn pin cỡ lớn hơn và khi đó chúng ta phải tính lại kết cấu sao cho thỏa mãn được yêu cầu của hệ thống. Ngoài ra, các bạn sinh viên cũng có thể nghiên cứu và ứng dụng mạch điều khiển của hệ thống này để ứng dụng vào các hệ thống khác như hệ thống cành báo trộm hay nghiên cứu sâu hơn nữa những ứng dụng rộng rãi của cảm biến quang. Bên cạnh hệ thống điều khiển bám, trên tinh thần học tập và tiếp thu những nghiên cứu của các anh chị sinh viên ĐK1, chúng em đã phát triển và thiết kế thành công các hệ thống đo lường bức xạ năng lượng Mặt Trời, đo sức gió, đo độ ẩm không khí thông qua card PCI1710 và phần mềm đo lường ảo Labview. Việc hoàn thành hệ thống đo lường này sẽ giúp các bạn sinh viên có thể hiểu sâu hơn, thực tế hơn về hệ thống đo lường ảo và những khả năng mạnh mẽ mà Labview mang lại. Hệ thống điều khiển bám cho module pin năng lượng Mặt Trời là một hệ thống hoàn toàn mới ở Việt Nam, bên cạnh ý nghĩa đơn thuần về điều khiển tự động thì nó còn có một ý nghĩa to lớn về môi trường. Đó là khả năng tạo ra điện năng trực tiếp từ tấm pin năng lượng Mặt Trời mà không hề gây ô nhiễm môi trường, điện năng có thể sử dụng ở dạng nguồn điện một chiều hoặc nguồn điện xoay chiều thông qua bộ biến đổi điện áp(Bộ nghịch lưu). 5.2 Kiến nghị Năng lượng Mặt Trời là một nguồn năng lượng mới, trong khi các nguồn tài liệu nghiên cứu về nó lại không nhiều ở Việt Nam, các tài liệu chủ yếu là tiếng nước ngoài nên chúng em còn bị hạn chế trong việc làm giàu cho đồ án, đây cũng là nhược điểm lớn mà chúng em cần khắc phục trong thời gian tới. Việt Nam là một quốc gia có tiềm năng to lớn về các nguồn năng lượng mới như năng lượng gió, năng lượng sóng biển và năng lượng Mặt Trời. Trong hoàn cảnh đất nước ta còn nghèo, phải hạn chế ô nhiễm môi trường lại đang là vấn đề lớn của các quốc gia, đặc biệt là các quôc gia đang phát triển? Việc tìm tòi, nghiên cứu các thiết bị sử dụng các nguồn năng lượng này sao cho thiết thực, giá thành hạ và có khả năng ứng dụng thực tế, mang tính phổ biến được coi như nhiệm vụ không chỉ của riêng sinh viên nghành điện. Chúng em mong rằng, trong thời gian tới, bộ môn cung cấp điện sẽ nghiên cứu và đưa vào giáo trình giảng dạy các nguồn năng lượng mới, giúp sinh viên sớm có điều kiện tiếp cận, nghiên cứu và hiểu biết rõ hơn về các nguồn năng lượng này. Labview là một phần mềm được thiết kế không chỉ giành riêng cho việc đo lường mà nó còn nhiều ứng dụng rộng rãi nữa mà bản thân sinh viên chưa có điều kiện để tìm hiểu, vì vậy nếu có thể đưa vào giới thiệu giảng dạy tại trường thì sẽ tạo ra nhiều sự hứng thú mới cho sinh viên, giúp sinh viên hoàn thiện hơn kiến thức của mình. Trên đây là những báo cáo về toàn bộ công việc của nhóm đồ án tốt nghiệp chúng em, trong đó có những việc đã làm được và có những việc mà chưa được hoàn thiện như mong muốn, chúng em xin hứa sẽ nỗ lực cố gắng hoàn thiện kiến thức bản thân và mong muốn có được hơn nữa sự động viên, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm của các Thầy, các bạn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1.PGS.TS Đặng Đình Thống(2006): Pin Mặt Trời và ứng dụng, 2.PGS.TS Lê Danh Liên(2006): Cơ sở năng lượng mới và tái tạo. 2. Trịnh Quang Dũng(2001): Điện Mặt Trời 3.PGS.TS Nguyễn Bổn, TS Hoàng Dương Hùng: Năng lượng Mặt Trời 4.Báo Khoa học và đời sống, số 280, ngày 24/12/2005): Giải pháp nào cho năng lượng bền vững 5. Nguyễn Thị Cúc, Nguyễn Thị Nhã(2007): Đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu phần mềm Labview và card PCI-1710” Giảng viên hướng dẫn Th.S Đoàn Văn Điện 6. Hieutq: Tự học nhanh Labview 8.2 bằng hình ảnh. Tiếng Anh 7. Labview Advanced I, của hãng National Insrument. 8. Manual Labview 8.5 Internet 9. 10. 11. 12. 13.