Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
Trong những năm gần đây, sự phát triển kinh tế và tiến bộ khoa học kỹ thuật đã mang lại nhiều tiện nghi cho cuộc sống con người Ô tô cũng không ngoại lệ, khi ngày càng được trang bị nhiều tính năng hiện đại để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng Từ khi chiếc ô tô đầu tiên ra đời, các mẫu xe sau này không ngừng cải tiến, trở nên tiện nghi và hoàn thiện hơn Một trong những tiện nghi phổ biến nhất hiện nay là hệ thống điều hòa không khí, giúp nâng cao trải nghiệm lái xe và sự thoải mái cho hành khách.
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ ô tô đã dẫn đến việc hầu hết các xe hơi trên toàn thế giới, bao gồm cả Việt Nam, đều sử dụng hệ thống điều khiển bằng máy tính Tuy nhiên, Việt Nam đang gặp khó khăn trong việc đào tạo chuyên viên sửa chữa và bảo trì ô tô do chương trình đào tạo chưa theo kịp sự phát triển này Để cải thiện chất lượng giảng dạy trong ngành công nghệ ô tô, cần ứng dụng công nghệ thông tin để điều khiển và mô phỏng các quá trình hoạt động thực tế của ô tô, giúp học viên có cái nhìn trực quan hơn.
Việc sử dụng máy tính để điều khiển các pan của hệ thống điều hòa không khí trên ô tô thông qua các card giao tiếp giúp học viên hiểu rõ hoạt động và hư hỏng của hệ thống này mà không thể quan sát bằng mắt thường Điều này không chỉ giúp học viên nhận diện những hư hỏng thường gặp trong hệ thống điều hòa không khí trên xe, mà còn trang bị cho họ kỹ năng kiểm tra và sửa chữa các hư hỏng nếu có, điều này là rất cần thiết trong quá trình học tập.
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Một số nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây, nhiều cán bộ khoa học công nghệ đã nghiên cứu về hệ thống điều hòa không khí (HTĐHKK), với nhiều trường và cơ sở sản xuất thiết bị dạy nghề thực hiện mô hình này Nhiều sinh viên cũng chọn đề tài tốt nghiệp liên quan đến thiết kế và chế tạo mô hình HTĐHKK Tuy nhiên, hầu hết các đề tài này chỉ tập trung vào thiết kế, chế tạo và khai thác mô hình mà chưa ứng dụng công nghệ thông tin để giao tiếp với máy tính Đặc biệt, chưa có đề tài thạc sĩ nào nghiên cứu và chế tạo các mạch tạo pan cho hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô có khả năng giao tiếp với máy tính.
Thạc sĩ Quách Tuấn Vinh đã thiết kế và chế tạo mô hình giảng dạy hệ thống điều hòa nhiệt độ ô tô có giao tiếp với máy tính bằng LabVIEW vào tháng 4/2017 Đề tài này giúp người học dễ dàng quan sát và tìm hiểu các bộ phận của hệ thống điều hòa không khí trên ô tô, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc tháo lắp và kiểm tra các bộ phận Kết quả là, mô hình này góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy lý thuyết và thực hành trong lĩnh vực này.
Thạc sĩ Lê Minh Mẫn đã thực hiện đề tài nghiên cứu về thiết kế và chế tạo ECU điều khiển hệ thống điều hòa tự động vào tháng 10 năm 2012 Nội dung chính của đề tài tập trung vào việc phát triển một hệ thống điều khiển hiệu quả cho các thiết bị điều hòa không khí.
ECU điều khiển hệ thống điều hòa khí tự động là công cụ hữu ích cho giảng dạy và nghiên cứu về hệ thống điều hòa nhiệt độ tự động Đề tài này đã thành công trong việc thu hẹp khoảng cách công nghệ với các nước khác thông qua việc chế tạo ECU với chi phí thấp, đồng thời làm chủ công nghệ Tuy nhiên, hiện tại, sản phẩm chỉ đáp ứng được cho việc giảng dạy lý thuyết.
Thạc sĩ Phạm Văn Kiên đã nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống điều hòa ô tô kiểu hấp thụ sử dụng nhiệt khí thải vào tháng 11 năm 2011 Đề tài chủ yếu tập trung vào việc ứng dụng lý thuyết để phân tích và đánh giá khả năng ứng dụng của hệ thống điều hòa hấp thụ H2O-LiBr trên ô tô Tuy nhiên, nghiên cứu này không được áp dụng trong giảng dạy chuyên ngành.
Thạc sĩ Phạm Thanh Đường đã nghiên cứu hệ thống điều hòa không khí cho xe con, tập trung vào việc thay thế các chất làm lạnh R12 và R22 bằng R134a Đề tài này phân tích các thiết bị trong hệ thống điều hòa nhiệt độ ô tô và vai trò của từng thiết bị, đồng thời xem xét các môi chất lạnh phổ biến như R12, R22 và R134a Mặc dù đề tài có ý nghĩa trong việc cập nhật công nghệ cho các loại xe cũ, hiện nay tất cả các xe mới đều sử dụng R134a, do đó nội dung nghiên cứu không còn ứng dụng thực tiễn.
Các đề tài liên quan đến mô hình có giao tiếp với máy tính:
Thạc sĩ Nguyễn Hoàng Luân đã nghiên cứu và chế tạo các mạch tạo pan động cơ ô tô có khả năng giao tiếp với máy tính nhằm phục vụ giảng dạy Đề tài, thực hiện vào tháng 4/2017, tập trung vào thiết kế và chế tạo các mạch tạo pan động cơ, cùng với giao diện mô phỏng trên máy tính sử dụng phần mềm LabVIEW Nghiên cứu này đã thành công trong việc tạo ra hầu hết các pan động cơ thông qua giao tiếp với máy tính, giúp học viên dễ dàng quan sát các thông số hoạt động của động cơ và các pan, đồng thời điều khiển các chế độ hoạt động của động cơ, từ đó nâng cao chất lượng dạy học.
Thạc sĩ Trịnh Thái Luân đã nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống lái trợ lực điện có giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW vào tháng 10 năm 2012 Đề tài tập trung vào việc tạo ra mô hình hệ thống lái trợ lực điện, cho phép hiển thị các thông số quan trọng như điện áp thay đổi từ cảm biến mô men, khả năng trợ lực của motor, và màn hình hiển thị xung hoạt động của hệ thống ở nhiều chế độ khác nhau Bên cạnh đó, tác giả cũng đã phát triển bộ tài liệu giảng dạy phù hợp với chương trình đào tạo hệ cao đẳng ngành công nghệ ô tô, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng mô hình trong giảng dạy và học tập.
Thạc sĩ Trần Văn Lợi đã nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống lái không có trục lái vào tháng 10 năm 2010, với mục tiêu ứng dụng phần mềm LabVIEW để điều khiển cơ cấu lái mà không cần thông qua trục lái Đề tài này nhằm tạo ra cảm giác lái chân thực cho mô hình, tương đồng với cảm giác lái của hệ thống lái trên ô tô thực tế Mô hình được thiết kế với bánh xe dẫn hướng không tiếp xúc với mặt đường.
Phần mềm LabVIEW mang đến nhiều tính năng mới nổi bật trong việc điều khiển và giao tiếp với máy tính, cho phép người dùng tạo ra các tình huống mô phỏng trên mô hình một cách hiệu quả.
1.2.2 Một số nghiên cứu trên thế giới
Hiện nay, sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ như vô tuyến điện tử, chế tạo máy và rôbốt công nghiệp thông minh đang thúc đẩy ngành tin học và chế tạo ô tô có những bước tiến lớn Sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, khoa học mô phỏng và vật liệu mới đang đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm.
Tiện nghi trên ô tô ngày càng trở thành tiêu chí cạnh tranh hàng đầu giữa các hãng sản xuất Hệ thống điều hòa nhiệt độ, một trong những yếu tố quan trọng, đã được các thương hiệu lớn như Toyota, Suzuki, Ford, Mercedes, Mazda, và Hyundai đầu tư nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ Các nhà khoa học cũng đóng góp vào việc cải tiến công nghệ này nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng.
Tăng tối đa tiện ích của hệ thống giúp cho người ngồi trên xe cảm thấy dễ chịu hơn
Tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của hệ thống điều hòa nhiệt độ xuống mức thấp nhất có thể
Một số đề tài tiêu biểu như:
Công trình nghiên cứu " Mô hình thử nghiệm và đánh giá hệ thống điều hòa nhiệt độ bằng băng thử với máy nén thay đổi công suất" của J.M Saiz
Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
Vận dụng kiến thức lý thuyết về hệ thống điều hòa nhiệt độ ô tô và vi điều khiển, thiết kế mạch giao tiếp và điều khiển, cùng với việc viết chương trình giao tiếp, giúp cải thiện quá trình dạy và học Điều này cho phép giáo viên và học viên quan sát trực tiếp hoạt động của hệ thống qua dữ liệu hiển thị trên máy tính, đồng thời điều khiển các pan của hệ thống điều hòa nhiệt độ từ xa.
- Các mạch tạo pan trong hệ thống điều hòa nhiệt độ có giao tiếp máy tính thông qua phần mềm LabVIEW.
- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm LabVIEW.
- Các loại card giao tiếp.
Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu của đề tài
1.5.1 Nhiệm vụ của đề tài
Mô hình dạy học đóng vai trò quan trọng trong giáo dục, đặc biệt là trong đào tạo nghề, khi giao tiếp giữa máy tính và phương pháp giảng dạy giúp giáo viên chủ động hơn trong quá trình truyền thụ kiến thức và rèn luyện kỹ năng cho học viên Mặc dù giao tiếp giữa máy tính và thiết bị công nghiệp đã được ứng dụng rộng rãi, nhưng trong dạy học vẫn còn hạn chế Do đó, đề tài “Nghiên cứu, chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy” được chọn nhằm áp dụng phần mềm LabVIEW, tạo điều kiện cho giáo viên và học viên có thêm phương tiện học tập và nghiên cứu hiệu quả hơn.
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Đề tài ứng dụng trong việc dạy học nên phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung nghiên cứu lý thuyết và chế tạo mạch các pan thường gặp trong hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô, mạch giao tiếp giữa máy tính với mô hình thông qua phần mềm LabVIEW, thiết kế giao diện mô phỏng trên máy tính và thiết kế bố trí mạch tạo pan
Tìm hiểu lý thuyết về nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô
Nghiên cứu một số sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống điều hòa nhiệt độ của một số hãng xe
Tìm hiểu và ứng dụng phần mềm LabVIEW lập trình điều khiển hệ thống
Nghiên cứu card giao tiếp HDL-9090 từ máy tính với mô hình thông qua phần mềm LabVIEW để truyền và nhận tín hiệu
Nghiên cứu, chế tạo các mạch tạo pan hệ thống điều hòa nhiệt độ trên ô tô có giao tiếp với máy tính phục vụ giảng dạy.
Phương pháp nghiên cứu
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ
2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa trên ô tô
2.1.1 Cấu tạo chung của hệ thống điều hòa trên ô tô
Thiết bị lạnh, đặc biệt là thiết bị lạnh ô tô, bao gồm các bộ phận thiết yếu như máy nén, thiết bị ngưng tụ (giàn nóng), bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở (van tiết lưu) và thiết bị bay hơi (giàn lạnh) Những bộ phận này hoạt động cùng nhau để thực hiện chu trình lấy nhiệt từ môi trường cần làm lạnh và thải nhiệt ra bên ngoài, đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Hình vẽ dưới đây minh họa các bộ phận trong hệ thống điều hòa ô tô.
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa ô tô
A Máy nén (bốc lạnh) F Van tiết lưu
Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa trên ô tô
2.1.1 Cấu tạo chung của hệ thống điều hòa trên ô tô
Thiết bị lạnh, đặc biệt là thiết bị lạnh ô tô, bao gồm nhiều bộ phận thiết yếu để thực hiện chu trình lấy nhiệt từ môi trường và thải nhiệt ra ngoài Các thành phần chính của hệ thống lạnh ô tô bao gồm máy nén, thiết bị ngưng tụ (giàn nóng), bình lọc và tách ẩm, thiết bị giãn nở (van tiết lưu), và thiết bị bay hơi (giàn lạnh) Những bộ phận này cùng với một số thiết bị khác đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả Hình ảnh minh họa dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các bộ phận trong hệ thống điều hòa ô tô.
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa ô tô
A Máy nén (bốc lạnh) F Van tiết lưu
B Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) G Bộ bốc hơi
C Bộ lọc hay bình hút ẩm H Van xả phía thấp áp
D Công tắc áp suất cao I Bộ tiêu âm
E Van xả phía cao áp
2.1.2 Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống điều hòa ô tô
Hệ thống điều hòa ô tô hoạt động theo các bước cơ bản sau đây
Môi chất lạnh được bơm từ máy nén (A) với áp suất và nhiệt độ bốc hơi cao, sau đó được chuyển đến bộ ngưng tụ (B) hay giàn nóng ở trạng thái hơi.
Tại bộ ngưng tụ (B), môi chất đạt nhiệt độ cao và được làm mát bởi quạt gió, giúp giải nhiệt cho giàn nóng Qua quá trình này, môi chất ở thể hơi sẽ ngưng tụ thành thể lỏng dưới áp suất cao và nhiệt độ thấp.
Môi chất lạnh dạng lỏng được lưu thông đến bình lọc hoặc bộ hút ẩm, nơi nó được tinh khiết hóa bằng cách loại bỏ hơi ẩm và tạp chất Sau đó, van giãn nở điều tiết lưu lượng của môi chất lỏng vào bộ bốc hơi, làm giảm áp suất và khiến môi chất chuyển từ thể lỏng sang thể hơi trong quá trình này.
+ Trong quá trình bốc hơi, môi chất lạnh hấp thụ nhiệt trong cabin ô tô, có nghĩa là làm mát khối không khí trong cabin
Không khí từ bên ngoài được đưa vào giàn lạnh (bộ bốc hơi), nơi mà không khí này mất đi nhiều năng lượng qua các lá tản nhiệt Quá trình này làm giảm nhiệt độ không khí nhanh chóng và đồng thời ngưng tụ hơi ẩm, đưa chúng ra ngoài Tại giàn lạnh, môi chất ở thể lỏng với nhiệt độ và áp suất cao sẽ chuyển đổi thành môi chất ở thể hơi với nhiệt độ và áp suất thấp.
Khi quá trình này diễn ra, môi chất cần một lượng năng lượng lớn, do đó nó sẽ hấp thụ năng lượng từ không khí xung quanh giàn lạnh Năng lượng không bị mất đi mà chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác, dẫn đến việc không khí mất năng lượng và nhiệt độ giảm xuống.
Các thành phần chính trong hệ thống điều hòa
và áp suất thấp được hồi về máy nén
2.2 Các thành phần chính trong hệ thống điều hòa
Máy nén khí hoạt động bằng cách nhận dòng khí ở trạng thái nhiệt độ và áp suất thấp, sau đó nén khí để chuyển sang trạng thái có nhiệt độ và áp suất cao, trước khi đưa tới giàn nóng Đây là bộ phận quan trọng nhất trong hệ thống lạnh, quyết định công suất, chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống Tỉ số nén trong quá trình hoạt động thường dao động từ 5 đến 8,1, phụ thuộc vào nhiệt độ không khí môi trường và loại môi chất lạnh sử dụng.
Hình 2.2: Cấu tạo máy nén loại piston
Một cặp piston trong máy nén được gắn chặt với đĩa chéo, với góc 72 độ cho máy nén 10 xilanh và 120 độ cho máy nén 6 xilanh Khi một piston thực hiện hành trình nén, piston còn lại sẽ ở trong hành trình hút.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị này dựa trên việc trục quay kết hợp với đĩa vát, tạo ra chuyển động cho piston sang trái hoặc phải, dẫn đến việc môi chất bị nén lại Khi piston di chuyển sang trái, chênh lệch áp suất giữa bên trong xy lanh và ống áp suất thấp khiến van hút mở ra, cho phép môi chất đi vào xy lanh.
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý máy nén loại piston
Khi piston di chuyển sang phải, van hút sẽ đóng lại, dẫn đến việc môi chất bị nén Khi áp suất trong xy lanh tăng cao, van đẩy sẽ mở ra, cho phép môi chất được nén đi vào ống áp suất cao Cả van hút và van đẩy đều được làm kín để ngăn chặn môi chất quay trở lại.
Khi áp suất ở phần cao áp của hệ thống lạnh vượt quá mức an toàn, van an toàn trong máy nén sẽ tự động xả một phần môi chất ra ngoài Hành động này giúp bảo vệ các bộ phận của hệ thống điều hòa khỏi hư hỏng.
Van an toàn được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các tình huống khẩn cấp Trong trạng thái bình thường, máy nén sẽ bị ngắt bởi công tắc áp suất cao trong hệ thống điều khiển Ly hợp điện từ cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Ly hợp từ là thiết bị kết nối động cơ với máy nén, cho phép dẫn động bằng đai Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của máy nén khi cần thiết.
Ly hợp bao gồm một Stator (nam châm điện), puli, bộ phận định tâm và các thành phần khác Bộ phận định tâm được gắn liền với trục máy nén, trong khi Stator được lắp đặt ở phần thân trước của máy nén.
Hình 2.5: Cấu tạo của ly hợp điện từ
- Nguyên lý hoạt động của ly hợp điện từ:
Khi ly hợp mở, cuộn dây stato được cấp điện Stato trở thành nam châm điện và hút chốt trung tâm, quay máy nén cùng với puli
Khi ly hợp từ tắt, cuộn dây stato không được cấp điện Bộ phận chốt không bị hút làm puli quay trơn
2.2.2 Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) a Chức năng của bộ ngưng tụ:
Bộ ngưng tụ có chức năng chuyển đổi môi chất lạnh từ thể hơi sang thể lỏng dưới áp suất và nhiệt độ cao, sau khi được bơm từ máy nén Cấu tạo của bộ ngưng tụ đảm bảo quá trình này diễn ra hiệu quả.
Bộ ngưng tụ được thiết kế với ống kim loại dài uốn cong thành nhiều hình chữ U, kết nối qua các cánh tản nhiệt mỏng Các cánh tỏa nhiệt bám sát quanh ống kim loại, giúp tối ưu hóa diện tích tỏa nhiệt và giảm thiểu không gian chiếm chỗ Thiết kế này đảm bảo hiệu suất tản nhiệt tối đa cho bộ ngưng tụ.
Hình 2 6: Cấu tạo của giàn nóng (Bộ ngưng tụ)
1 Giàn nóng 6 Môi chất giàn nóng ra
2 Cửa vào 7 Không khí lạnh
3 Khí nóng 8 Quạt giàn nóng
4 Đầu từ máy nén đến 9 Ống dẫn chữ U
5 Cửa ra 10 Cánh tản nhiệt
Bộ ngưng tụ trên ô tô được lắp đặt ngay trước đầu xe, phía trước thùng nước tỏa nhiệt của động cơ Tại vị trí này, bộ ngưng tụ tối ưu hóa việc tiếp nhận luồng không khí mát từ cả chuyển động của xe và quạt gió, giúp tăng cường hiệu suất làm mát.
2.2.3 Bình lọc (hút ẩm môi chất) a Chức năng:
Bình chứa là thiết bị lưu trữ môi chất đã được hóa lỏng tạm thời từ giàn nóng, cung cấp lượng môi chất cần thiết cho giàn lạnh Bộ hút ẩm bao gồm chất hút ẩm và lưới lọc, có chức năng loại bỏ tạp chất và hơi ấm trong chu trình làm lạnh Nếu hơi ấm tồn tại trong quá trình này, các chi tiết có thể bị mài mòn hoặc bị đóng băng, dẫn đến tình trạng tắc kẹt ở van giãn nở.
Hình 2.7: Sơ đồ cấu tạo của bình lọc
1 Cửa vào 4 Ống tiếp nhận
3 Chất khử ẩm 6 Kính quan sát c Nguyên lý hoạt động:
Môi chất lạnh ở thể lỏng chảy từ bộ ngưng tụ vào bình lọc (hút ẩm), qua lớp lưới lọc và bộ khử ẩm Chất ẩm tồn tại trong hệ thống có thể do xâm nhập trong quá trình lắp ráp hoặc do hút chân không không đạt yêu cầu Nếu môi chất lạnh không được lọc sạch bụi bẩn và độ ẩm, các van trong hệ thống và máy nén sẽ nhanh chóng bị hỏng.
Sau khi được tinh khiết và hút ẩm, môi chất lỏng chui vào ống tiếp nhận (4) và thoát ra cửa (5) theo ống dẫn đến van giãn nở
Môi chất lạnh R-12 và R-134a sử dụng chất hút ẩm khác nhau, với ống tiếp nhận môi chất lạnh được bố trí phía trên bình tích lũy Hệ thống được trang bị lưới lọc tinh nhằm ngăn chặn tạp chất lưu thông, trong khi các lỗ thông nhỏ bên trong lưới lọc cho phép một ít dầu nhờn quay trở lại máy nén.
Kính quan sát là một lỗ kiểm tra quan trọng, giúp theo dõi môi chất tuần hoàn trong chu trình làm lạnh và kiểm soát lượng môi chất hiệu quả.
Có hai loại kính kiểm tra: Một loại được lắp ở đầu ra của bình chứa và loại kia được lắp ở giữa bình chứa và van giãn nở
2.2.4 Van tiết lưu hay van giãn nở a Chức năng:
Dữ liệu
Ngôn ngữ lập trình LabVIEW hỗ trợ đa dạng các kiểu dữ liệu, bao gồm Boolean, bytes, string, array, file, text, cluster và dạng số Các kiểu dữ liệu này có thể dễ dàng chuyển đổi sang các cấu trúc khác nhau, giúp tối ưu hóa quy trình lập trình Dưới đây, chúng ta sẽ cùng khám phá một số dạng dữ liệu cụ thể trong LabVIEW.
Trong lập trình, việc sử dụng biến là rất quan trọng để xử lý và thay đổi dữ liệu một cách hiệu quả Trong LabVIEW, biến được chia thành hai loại chính: biến toàn cục (global variables) và biến cục bộ (local variables).
Biến cục bộ cho phép người dùng đọc hoặc ghi thông tin trên các thiết bị điều khiển hoặc hiển thị trên Front Panel Để tạo biến cục bộ, hãy chọn Local Variable từ bảng Structs & Constant.
Kiểu chuỗi (string) là một tập hợp các ký tự, cho phép chúng ta thực hiện các phép toán và xử lý dữ liệu Để lưu trữ dữ liệu kiểu chuỗi, chúng ta cần chọn các ô text phù hợp.
“String & path” từ control palette như hình bên phải
LabVIEW cung cấp nhiều công cụ hữu ích cho người dùng, cho phép thao tác với chuỗi ký tự như tìm kiếm, xác định độ dài, chuyển đổi giữa chữ hoa và chữ thường, so sánh chuỗi, cũng như thay thế ký tự trong chuỗi bằng các chuỗi khác.
Hình 3.9: Truy xuất một String
LabVIEW cho phép chuyển đổi giữa các dạng dữ liệu khác nhau như string, số và mảng (array) Đôi khi, người dùng cần hiển thị các ký tự trong bảng mã ASCII mà không thể hiển thị trực tiếp như Esc hay tab Để khắc phục điều này, LabVIEW cung cấp các từ đại diện cho những ký tự này, giúp người dùng dễ dàng nhập chúng trên Front Panel khi cần thiết.
Bộ nhớ của mảng để sử dụng và thi hành:
Khi tạo một mảng trong LabVIEW, không gian bộ nhớ được sử dụng một cách hợp lý LabVIEW phân chia bộ nhớ thành các phần liên tiếp để lưu trữ mảng Đối với các phép tính đơn giản, như nhân một dãy trong mảng, không cần yêu cầu vùng nhớ lớn.
- Một số hàm sử dụng thao tác trên mảng: Việc sử dụng các hàm trên bảng Function => Array để tạo và điều khiển các mảng.
BẢNG 3.1: Các hàm trong bảng Array
Array Constant Interleave 1D Arrays Array Max & Min Interpolate 1D Array
Array Size Replace Array Subset
Array To Cluster Reverse 1D Array
Cluster To Array Search 1D Array
Delete From Array Split 1D Array
Initialize Array Transpose 2D Array Insert Into Array
3.2.4 Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình
Trong bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào, các phần tử điều khiển luồng chương trình, hay còn gọi là cấu trúc (Structures), là rất quan trọng Trong một VI, có năm cấu trúc điều khiển luồng chương trình chính: For Loop, While Loop, Case Structure, Sequence Structure và Formula Node.
The For Loop is a looping structure that executes its internal code a predetermined number of times To access the For Loop, navigate to the Menu: Functions => Structures => For Loop.
For Loop có hai Terminal đó là:
Count Terminal (Terminal đầu vào): Chỉ ra số lần vòng lặp phải thực hiện
Iteration Terminal (Terminal đầu ra): Chứa số lần vòng lặp đã thực hiện Giá trị của i thay đổi từ 0 tới n-1
While Loop là một cấu trúc lặp thực hiện các thao tác bên trong cho đến khi giá trị Boolean tại Conditional Terminal khớp với điều kiện đã được thiết lập Để truy cập While Loop, bạn có thể chọn từ Menu: Functions => Structures => While Loop.
Việc xác định điều kiện thực hiện vòng lặp tại Conditional Terminal là rất quan trọng, vì nếu điều kiện không được xác định chính xác, vòng lặp có thể dẫn đến tình trạng vô hạn.
Cấu trúc Case và Cấu trúc Sequence là hai loại cấu trúc dùng để thực hiện một SubDiagram Cấu trúc Case thực hiện SubDiagram dựa trên giá trị đầu vào được lựa chọn, trong khi Cấu trúc Sequence thực hiện các SubDiagram theo thứ tự tuần tự mà chúng xuất hiện.
Both Case Structure and Sequence Structure can contain multiple SubDiagrams, but only one SubDiagram is visible at a time At the top border of each structure is a window displaying the SubDiagram, which includes a Diagram Identifier in the center, along with Increment and Decrement buttons on either side The Diagram Identifier indicates the currently displayed SubDiagram, and for the Case Structure, it serves as a list of values from which to select the SubDiagram.
Formula Node là cấu trúc cho phép thực hiện các dãy công thức toán học trong một Block diagram Người dùng có thể dễ dàng nhập công thức trực tiếp bằng chuột trong chế độ Labeling Tool Để tạo đầu vào và đầu ra, chỉ cần nhấn vào đường viền của Formula Node và chọn Add Input (Add Output), sau đó nhập tên biến vào trong hộp Mỗi công thức được nhập vào bên trong Formula Node cần phải kết thúc bằng dấu chấm phẩy (;).
To access the Formula Node, navigate to Functions > Structures > Formula Node The operators and functions available for use within the Formula Node are listed in the Help window of the Formula Node.
SubVI và cách xây dựng subVI
Khi thiết kế chương trình trong LabVIEW, việc xác định đầu vào và đầu ra cho các VI là rất quan trọng, vì mỗi VI thực hiện một chức năng cụ thể Các VI này có thể được sử dụng trong Block Diagram của một VI khác ở mức độ cao hơn, được gọi là SubVI SubVI có thể được xem như chương trình con trong các ngôn ngữ lập trình khác như C++ Trong LabVIEW, không có giới hạn về số lượng SubVI và khả năng gọi SubVI, giúp cho chương trình trở nên dễ hiểu, gọn gàng và dễ dàng gỡ rối hơn.
Có hai cách đơn giản nhất để xây dựng một SubVI: tạo một SubVI từ một VI và tạo một SubVI từ một phần của VI
3.3.1.1 Tạo một SubVI từ một VI:
Các SubVI được sử dụng thông qua biểu tượng đồ họa (Icon) và kết nối (Connector) của chúng Icon của một VI giúp nhận diện nó, trong khi Connector gán các Control và Indicator cho các đầu vào và đầu ra Để gọi một VI từ Block Diagram của VI khác, trước tiên cần tạo Icon và Connector cho VI đó.
Hình 3.15: Icon mặc định và Icon sau khi được tạo
You can select a different Terminal style from the Pattern menu To add or remove Terminals, simply choose Add Terminal or Remove Terminal Once you have selected the Connector Terminal Pattern, you need to assign Front Panel Controls and Indicators to the Terminals by following the specified steps.
Để gán một Terminal cho Connector, bạn chỉ cần nhấp vào Terminal đó, sau đó chọn một Control hoặc Indicator trên Front Panel Khi thực hiện, một khung bao quanh Control hoặc Indicator được chọn sẽ xuất hiện và nhấp nháy, cho phép bạn xác nhận lựa chọn của mình.
Bấm vào một vùng mở của Front Panel và bấm chuột, khung nhấp nháy biến mất Termianl và Front Panel Control hoặc Indicator đã chọn được gắn với nhau
Hình 3.16: Cách thức tạo Connector của một VI
3.3.1.2 Tạo một SubVI từ một phần của VI: Để biến đổi một phần của VI thành một SubVI được gọi từ VI khác, chọn một phần trong Block Diagram của VI, sau đó chọn Edit\Create SubVI Phần đó sẽ tự động thành một SubVI Các Control và Indicator được tự động khai báo cho SubVI mới
SubVI mới tự động kết nối với các đầu dây hiện có, và một biểu tượng của SubVI sẽ thay thế phần được chọn trong Block Diagram của VI gốc Người dùng có thể điều chỉnh biểu tượng và đầu nối của SubVI này tương tự như trước đây.
THIẾT KẾ MẠCH TẠO PAN GIAO TIẾP VỚI
4.1 Giới thiệu về card giao tiếp HDL 9090 [13]
Card giao tiếp máy tính Hocdelam USB 9090 tương đương với các card thu thập dữ liệu USB từ các hãng nổi tiếng quốc tế như NI USB 6008/6009 của Hoa Kỳ và Advantech từ Đài Loan Sản phẩm này mang lại hiệu suất cao và khả năng tương thích tốt, đáp ứng nhu cầu sử dụng trong nước và quốc tế.
9090 là thiết bị giao tiếp với máy tính qua cổng USB theo chuẩn RS232, được sản xuất bởi Hocdelam Group Sản phẩm này đi kèm với thư viện lập trình đầy đủ và dễ sử dụng, vượt trội hơn so với các sản phẩm khác trên thị trường.
Mô tả cụ thể các chân tín hiệu của card HOCDELAM USB 9090 như bảng sau:
Hình 4.1 Các chân tín hiệu của card HDL 9090
Bảng 4.1 Chú thích các chân của card HDL 9090
GND Ground – chân mát Nguồn
VCC Nguồn 5V lấy từ USB Nguồn
CNT+/CNT Chân đếm Counter Input
DI1-DI4 Tín hiệu vào dạng số 0-5V Input
SW1-SW4 Tín hiệu ra dạng số 0-5V Output
DIR Set bộ đếm xung đếm lên(5V) hay đếm xuống (0V) Input
PULSE Đếm xung tín hiệu 0-5V Input
PWM1- PWM2 Xuất tín hiệu PWM để điều khiển Output
ADC1- ADC6 Nhận tín hiệu vào tương tự (Analog) 0-5V Input
- Phần mềm đi kèm: o NI VISA phiên bản 3.1 hoặc cao hơn: đây là phần mềm của công ty
Để giao tiếp giữa LabVIEW (PC) và các thiết bị ngoại vi, trước tiên bạn cần cài đặt phần mềm tương ứng Bước đầu tiên là kết nối thiết bị HDL USB 9090 với máy tính Hàm HDL USB 9090 sẽ giúp truyền nhận tín hiệu từ LabVIEW đến card HDL USB 9090, và chi tiết về cách sử dụng hàm này được trình bày rõ ràng trong mục 3 về lập trình giao tiếp và điều khiển thiết bị với card HDL USB 9090, cùng với sơ đồ chân (I/O) của hàm.
Hình 4.2 Sơ đồ chân (I/O) của hàm HDL 9090
USB Card Control Tạo control tại chân này để chọn thiết bị USB HDL
Nối giá trị Boolean (TRUE-FALSE) vào các chân này để phần cứng HDL 9090 xuất ra tín hiệu số tương ứng (TRUEL 5V, FALSE 0V)
Control Nối giá trị số nguyên 0-500 vào để phần cứng xuất xung PWM có duty cycle tương ứng là 0-100%
Nối giá trị từ 3000-60000 vào để chọn tần số tín hiệu PWM card xuất ra
DI1-DI4 Indicator Giá trị tín hiệu số đọc được từ chân DI1-DI4 trên card
Giá trị mặc định là TRUE (5V)
Giá trị ADC (0-1023) đọc được từ các chân ADC tương ứng trên card
Encoder Indicator Giá trị encoder 0-100000
Bảng 4.2 Mô tả các chân của hàm HDL 9090
4.2 Thiết kế mạch tạo pan:
4.2.1 Sơ đồ giao tiếp giữa máy tính và mô hình:
Hình 4.3: Sơ đồ giao tiếp giữa máy tính và mô hình
Kết nối với cơ cấu chấp hành Lỗi
Các cơ cấu chấp hành Kiểm tra trên mô hình
Card giao tiếp là thiết bị dùng để truyền và nhận dữ liệu giữa mô hình và bộ phận hiển thị Thiết kế của card này được phát triển trong môi trường vi điều khiển, nhưng nó chủ yếu được áp dụng để truyền và nhận dữ liệu qua giao thức LabVIEW.
4.2.2 Lưu đồ giải thuật chung:
Hình 4.4: Lưu đồ chung cho lập trình điều khiển mạch tạo pan
Lập trình điều khiển các mạch tạo pan trên mô hình
Kết thúc công việc Lưu chương trình
4.3 Các linh kiện sử dụng:
Opto là linh kiện quang điện tử chuyên dùng để truyền tín hiệu điều khiển giữa hai mạch điện có chênh lệch cao về điện áp thông qua ánh sáng, mà không cần sử dụng tín hiệu điện Cấu trúc cơ bản của một opto bao gồm một đèn LED và một photo transistor bên trong.
Hình 4.6: Sơ đồ mạch điện Opto PC817
Chính vì sử dụng nguyên tắc dùng ánh sáng để truyền tín hiệu lên nó còn được gọi là opto quang
4.3.1.2 Thông số kỹ thuật của PC817:
- Tần số đóng ngắt tối đa: 80 kHz
- Điện áp cách ly: 5 kV Đầu vào :
- Thông số định mức: điện áp hoạt động Vf = 1.2 V tiêu thụ dòng 20 mA
- Thông số chịu được : Điện áp tối đa chịu được: Vf max = 3V tiêu thụ dòng điện 500 mA Đầu ra:
- Dòng điện tối đa : 50 mA
Transistor Darlington, hay còn gọi là cặp Darlington, là một cấu trúc bao gồm hai transistor lưỡng cực cùng loại npn hoặc pnp được kết nối để khuếch đại dòng điện Trong cấu trúc này, dòng điện của transistor đầu tiên được khuếch đại thêm bởi transistor thứ hai, tạo ra khả năng khuếch đại mạnh mẽ hơn.
Hình 4.8: Sơ đồ mạch điện Transistors darlington TIP120
- Dòng chịu được tối đa: Imax = 5 A điện áp Vcemax = 60 V
Ic = 3.0 ADC, Ib = 12 mAdc, Vce(sat) = 2 V
Ic = 5.0 ADC, Ib = 20 mAdc, Vce(sat) = 3 V
Hình 4.9: Relay SLC-24VDC-SL-C
Relay 5 chân là một công tắc chuyển đổi, dùng để đóng cắt mạch điều khiển, nó hoạt động bằng điện Nó là một công tắc vì có 2 trạng thái ON và OFF
Relay ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua cuộn dây của relay hay không
Trên relay có 3 kí hiệu là: NO, NC và COM
Chân COM (chân chung) luôn được kết nối với một trong hai chân còn lại, và việc kết nối này phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của rơ le.
- NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng Nghĩa là khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này
- NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này
Khi rơ le ở trạng thái OFF, hãy kết nối COM và NC để có dòng điện cần điều khiển Khi rơ le chuyển sang trạng thái ON, dòng điện này sẽ bị ngắt.
Ngược lại thì nối COM và NO
Dòng chịu được của tiếp điểm: 30 A tại điện áp 30 VDC
Tuổi thọ: 105 lần đóng cắt
4.3.4 Điốt bán dẫn loại schottky SS34 và zenner 1N5351
Hình 4.10: Điốt bán dẫn loại schottky SS34 và zenner 1N5351
