Đồ án Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÀN HÌNH 4D SYSTEMS VÀO ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN THANH BÌNH SVTH: NGUYỄN THANH HIẾU MSSV: 11141071 SVTH: TRỊNH MẠNH HÙNG MSSV: 11141388 S K L 0 0 3 9 1 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ-TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG MÀN HÌNH 4D SYSTEMS VÀO ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP GVHD: ThS. NGUYỄN THANH BÌNH SVTH: Nguyễn Thanh Hiếu 11141071 Trịnh Mạnh Hùng 11141388 Tp. Hồ Chí Minh , tháng 1 năm 2016
3. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp PhầnA GIỚI THIỆU Phần A: Giới thiệu i
4. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp LỜI CAM ĐOAN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, nhóm thực hiện đề tài có tham khảo một số tài liệu liên quan đến chuyên ngành Điện - Điện tử và một số tài liệu nước ngoài. Nhóm thực hiện đề tài xin cam đoan đề tài này là do chính nhóm thực hiện, các số liệu thu thập và kết quả phân tích trong đề tài là trung thực, đề tài không trùng với bất kỳ đề tài nghiên cứu khoa học nào. Phần A: Giới thiệu ii
5. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc cho bố mẹ.Những người đã cho chúng con cuộc sống này, chochúngconăn học để đạt được như ngày hôm nay. Công ơn đó không biết bao giờ mới đền đáp được. Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện Tử nói riêng đã tận tâm giảng dạy cũng như đưa ra sự hướng dẫn hữu ích giúp nhóm thực hiện có những kiến thức nền tảng. Chính nhờ những kiến thức này giúp nhóm thực hiện đề tài tiếp thu những kiến thức mới một cách dễ dàng hơn và tạo tiền đề đểnhóm có thể nghiên cứu sâu hơn về đề tài đang thực hiện. Đặc biệt nhóm thực hiện xin gửi lời cảm ơn đến thầy Th.S Nguyễn Thanh Bình, giảng viên trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh. Trong thời gian thực hiện đề tài, mặc dù bận rộn với công việc giảng dạy nhưng thầy vẫn dành thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn, định hướng cho nhóm chọn đề tài và quy trình thực hiện phù hợp với khả năng, đồng thời cung cấp cho nhóm những kiến thức và tài liệu bổ ích liên quan đến đề tài. Đồng thời nhóm thực hiện đề tài cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn, các anh chị đi trước đã đóng góp ý kiến, chia sẻ kinh nghiệm, tài liệu tham khảo cũng như hỗ trợnhóm trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Nhóm SV thực hiện đề tài: SV. Trịnh Mạnh Hùng SV. Nguyễn Thanh Hiếu Phần A: Giới thiệu iii
6. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong các ngành công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ AC được sử dụng phổ biến bởi tính chất đơn giản và tin cậy trong thiết kế chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên khi sử dụng động cơ không đồng bộ trong sản xuất, đặc biệt là các động cơ có công suất lớn thì việc điều chỉnh tốc độ động cơ là hết sức quan trọng và nếu không có biện pháp thích hợp thì sẽ rất dễ dẫn đến những nguy cơ gây nguy hiểm cho động cơ lẫn các thiết bị khác và cả tính mạng con người. Sử dụng biến tần, cũng có nghĩa là bạn mặc nhiên được hưởng rất nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt như là tự động dò thông số của động cơ; hỗ trợ nhiều phương thức giao tiếp đặc biệt là tính năng điều khiển thông qua chuẩn truyền thông RS485; có thể thiết lập được nhiều cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí, tránh sụt áp trên hệ thống điện do quá trình khởi động của các động cơ công suất lớn, giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì, tiết kiệm không gian lắp đặt, các chế độ tiết kiệm năng lượng. Việc giám sát và điều khiển hoạt động của các thiết bị thông qua màn hình để điều khiển từ xa đã được áp dụng từ rất lâu và đa số các nhà máy, xí nghiệp hiện nay đang dùng là loại màn hình HMI với chi phí là khá cao và kích thước cồng kềnh. Với xu hướng chung là thay thế dần những màn hình truyền thống này yêu cầu một thiết bị vừa có thể thực hiện được những yêu cầu trên vừa phải có kích thước nhỏ gọn, giá thành vừa phải. Với đề tài nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems đưa vào ứng dụng trong điều khiển công nghiệp mà đối tượng mà nhóm chọn ở đây là điều khiển biến tần. Nhóm sẽ đi sâu khai thác những chức năng, điểm mạnh có trên màn hình này. Với việc thiết kế giao diện cho hệ thống, hiển thị và cho phép người dùng tương tác trực tiếp trên màn hình mà không cần điều khiển trực tiếp trên biến tần. Ngoài ra với mục đích nghiên cứu và tìm hiểu thì nhóm đã xây dựng thêm hai ứng dụng đó là ứng dụng đếm sản phẩm với số đếm có cài đặt trước do người dùng tự đặt được trên màn hình và ứng đo nhiệt độ trên bốn kênh. Phần A: Giới thiệu iv
7. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp MỤC LỤC Trang bìa Quyết định giao đề tài Phần A:GIỚI THIỆU Lời cảm ơn i Tóm tắt đề tài ii Nhận xét của giáo viên hướng dẫn iii Nhận xét của giáo viên phản biện iv Mục lục v Liệt kê bảng viii Liệt kê hình ix Các thuật ngữ viết tắt xii Phần B:NỘI DUNG Chương 1: DẪN NHẬP 2 1.1.Đặt vấn đề 2 1.2.Mục tiêu của đề tài 2 1.3.Giới hạn của đề tài 3 1.4.Phương pháp nghiên cứu 3 1.5.Dàn ý nghiên cứu 3 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1.Chuẩn truyền thông UART. 6 2.1.1. Giới thiệu 6 2.2.Cách định dạng và giao thực dùng truyền thông nối tiếp. 7 2.2.1.Gửi dữ liệu nối tiếp . 7 2.2.2.Định dạng đồng bộ . 7 2.2.3.Định dạng không đồng bộ. . 7 2.2.4.Cơ chế chống mất dữ liệu. . 8 2.2.5.Bắt tay. . 8 2.2.6. Bộ đệm. 9 2.2.7. Thăm dò và ngắt. 9 2.3. Chuẩn truyền thông RS485. 10 2.3.1. Giới thiệu về chuẩn RS485. 10 2.3.2. Ưu và nhược điểm. 10 2.3.3. Tốc độ truyền và nhận dữ liệu so với khoảng cách truyền. 10 2.3.4. Phương pháp điều khiển tốc độ. 11 Chương3: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 12 3.1.Tổng quan về màn hình 4D Systems 13 3.1.1.Giới thiệu 13 3.1.2.Các tính năng của Module 13 3.1.3. Các thông số chính của Module 14 3.1.4. Phần mềm Workshop4 IDE 18 3.2.Tổng quan về biến tần 19 3.2.1. Giới thiệu biến tần Goodrive100 20 Phần A: Giới thiệu v
8. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp 3.2.2. Thông số và đặc tính kỹ thuật 20 3.2.3. Kết nối mạch điều khiển 22 3.2.4. Sơ đồ hoạt động màn hình 23 3.2.5. Kiểm tra nhanh biến tần 25 3.2.6. Thông số cài đặt biến tần 26 3.3. Tổng quan về Arduino Mega 2560 33 3.3.1. Giới thiệu 33 3.3.2. Thành phần và thông số kỹ thuật trên bo 34 3.3.3. Cài đặt chương trình Arduino IDE và Driver cho Arduino 36 3.3.3.1.Cài đặt chương trình Arduino IDE 36 3.3.3.2.Cài đặt Driver 36 3.3.4.Arduino IDE 38 3.4.Tổng quan động cơ 41 3.4.1. Giới thiệu về động cơ 41 3.4.2. Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha 41 3.4.3.Nguyên lý làm việc của động cơ 44 3.5. Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ DS18B20 45 3.6. Giới thiệu về công tắc cảm biến hồng ngoại 49 Chương 4:THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 50 4.1.Thiết kế và kết nối mạch phần cứng 51 4.1.1.Hệ thống điều khiển 51 4.1.2. Khối ngoại vi và truyền thông 52 4.1.3. Khối hiện thị 54 4.1.4. Khối biến tần và động cơ 55 Chương 5:THIẾT KẾ PHẦN MỀM HỆ THỐNG 57 5.1.Thiết kế lưu đồ cho ứng dụng 58 5.1.1. Lưu đồ giải thuật của ứng dụng 58 5.1.2. Lưu đồ giải thuật điều khiển biến tần 59 5.1.3. Lưu đồ giải thuật đọc nhiệt đô 60 5.1.4. Lưu đồ giải thuật đếm sản phẩm 61 5.2. Thiết kế giao diện cho ứng dụng 62 Chương 6:Kết quả thực hiện 68 6.1.Kết quả nghiên cứu 69 Chương 7:Kết luận và hướng phát triển đề tài 71 7.1.Kết luận 72 7.2.Hướng phát triển 72 Phần C:Phụ lục và Tài liệu tham khảo Phần A: Giới thiệu vi
9. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp LIỆT KÊ BẢNG Bảng 2.1: Bảng tốc độ truyền so với khoảng cách 10 Bảng 3.1:Chứcnăngcácđầunối 21 Bảng 3.2:Cácđầunốiđiềukhiển 21 Bảng 3.3: Mô tả phím chức năng 24 Bảng 3.4: Mô tả đèn hiển thị 24 Bảng 3.5:Thôngsố Arduino Mega 2560 47 Bảng 3.6: Cấu hình độ phân giải cho DS18B20 48 Phần A: Giới thiệu vii
10. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1:Khung UART 6 Hình 2.2:Mạng truyền thông RS485 10 Hình 3.1:Mànhình 4D Systems 10 Hình 3.2:Tínhnăngcủa module 11 Hình 3.3:Chíp DIABLO16 14 Hình 3.4:Màn hình TFT LCD 7” 15 Hình 3.5:Thẻnhớ SD-Card 16 Hình 3.6:Nguồncấpcho Module 17 Hình 3.7:Dây cáp lập trình 4D 17 Hình 3.8:uLCD-PA5 17 Hình 3.9:Các công cụ phần cứng 17 Hình 3.10:Công cụ phần mềm 18 Hình 3.11:Workshop IDE 18 Hình 3.12: Biến tần GD100 19 Hình 3.13: Sơ đồ đấu dây chuẩn biến tần 22 Hình 3.14: Các phím chức năng và đèn hiển thị 23 Hình 3.15: Sơ đồ kiểm tra nhanh biến tần 25 Hình 3.16: Bo Arduino Mega 2560 33 Hình 3.17:Cấu trúc trên bo 34 Hình 3.18: Sơ đồ linh kiện có trên bo 35 Hình 3.19: Sơ đồ chân trên bo 35 Hình 3.20: Arduino IDE 36 Hình 3.21:Update Driver 37 Hình 3.22:Driver 37 Hình 3.23:GiaodiệnphầnmềmArduino IDE 38 Hình 3.24:Arduino Toolbar 38 Hình 3.25:File Menu 39 Hình 3.26:Click Examples 39 Hình 3.27:Edit Menu 40 Hình 3.28:Sketch menu 40 Hình 3.29:Tool Menu 40 Hình 3.30:Chọn Bo 41 Hình 3.31: Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc. 42 Hình 3.32: Cấu tạo stator động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc 42 Hình 3.33: Cấu tạo lõi thép và dây quấn stator 42 Hình 3.34:Cấu tạo rotor lồng sóc. 43 Hình 3.35: Hình ảnh rotor dây quấn. 43 Hình 3.36: Chiều của từ trường và chiều quay tương ứng của rotor. 44 Hình 3.37:Đồ thị mô men và đồ thị đặc tính 45 Hình 3.38: Cảm biến nhiệt độ DS18B20 45 Hình 3.39: Sơ đồ bộ nhớ của DS18B20 47 Hình 3.40:Sơ đồ kết nối dùng một cảm biến 48 Hình 3.41:Sơ đồ kết nối dùng nhiều cảm biến 48 Phần A: Giới thiệu viii
11. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp Hình 3.42: Hình ảnh công tắc cảm biếnhồng ngoại E18-D80NK 49 Hình 3.43:Sơ đồ nối chân cảm biến E18-D80NK 49 Hình 4.1: Sơ đồ khối 51 Hình 4.2: Khối Arduino 52 Hình 4.3:Công tắccảm biến hồng ngoại E18-D80NK 53 Hình 4.4:Cảm biến DS18B20 54 Hình 4.5: Mạch chuyển giao tiếp TTL-RS485 54 Hình 4.6: Khốihiển thị 55 Hình 4.7:Biến tần GD100 56 Hình 5.1:Lưu đồ ứng dụng 58 Hình 5.2:Lưu đồ điều khiển biến tần 59 Hình 5.3:Lưu đồđo nhiệt độ 60 Hình 5.4:Lưu đo đếm sản phẩm 61 Hình 5.5:Shortcut củacôngcụ Workshop 4 62 Hình 5.6:Giaodiệncôngcụ Workshop 4 62 Hình 5.7:Giao diện lựa chọn màn hình 62 Hình 5.8:Giao diện lựa chọn môi trường thiết kế 63 Hình 5.9:Giao diện ban đầu 63 Hình 5.10:Giao diện màn hình chính 64 Hình 5.11: Giao diện màn hình bảng lựa chọn chính 64 Hình 5.12:Giao diện điều khiển biến tần 65 Hình 5.13:Giao diện đonhiệt độ 66 Hình 5.14:Giao diện đếm sản phẩm 66 Hình 6.1: Kết quả giao diện màn hình chính 69 Hình 6.2:Kết quảgiao diện chọn chế độ 69 Hình 6.3:Kết quảgiao diện điều khiển biến tần 70 Hình 6.4: Kết quảgiao diện đo nhiệt độ 70 Hình 6.5:Kết quảgiao diện đếm sản phẩm 71 Phần A: Giới thiệu ix
12. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D systems vào điều khiển trong công nghiệp CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CRC - Cyclic Redundancy Check: kiểm tra dư thừa vòng IDE - Integrated Development Environment: Môi trường phát triển tích hợp. SPI - Serial Peripheral Internet: Tuyến thông tin: chuẩn truyền thông nối tiếp tốc độ cao do hãng Motorola đề xuất TFT - Thin Film Transistor : là loại màn hình tinh thể lỏng dùng cho các thiết bị kỹ thuật số, máy tính xách tay LCD - Liquid Crystal Display : tên gọi chung của màn hình tinh thể lỏng UART - Universal Asynchronous Receiver – Transmitter: là một chuẩn giao tiếp sử dụng trong việc truyền dẫn dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi RTU - Remote Terminal Units : Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa HMI - Human - Machine Interface : Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lí dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống Phần A: Giới thiệu x
13. Phần A: Giớithiệu xi
14. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp Phần B NỘI DUNG Phần B: Nội dung
15. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp Chƣơng 1 DẪN NHẬP Chương 1 : Dẫn nhập 1
16. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp 1.1 Đặt vấn đề Trong thời đại hiện nay, trên thế giới nói chung và đất nước ta nói riêng đang trên đường phát triển theo hướng công nghiệp hóa hiện đại hóa, vì vậy các dây chuyền sản xuất hiện đại cũng lần lượt được ra đời với các cơ cấu truyền động rất phức tạp và đòi hỏi độ chính xác cao, bên cạnh đó thì độ an toàn và rủi ro khi trực tiếp vận hành các thiết bị, máy móc công suất lớn cũng là một vấn đề cần được quan tâm hàng đầu. Tất các các phòng điều khiển hệ thống hiện đại đều sử dụng các giao diện đồ họa để truyền tải thông tin tới vận hành viên. Nhìn chung, đây chính là đầu mối trọng yếu hiển thị dữ liệu vận hành. Sự rõ ràng của màn hình hiển thị có thể quyết định chất lượng hoạt động của nhà máy. Thông tin hiển thị không đầy đủ sẽ gây kém hiệu quả trong hoạt động, và thâm chí có thể gây nguy hiểm cho toàn nhà máy. Mức độ rõ ràng trong hiển thị có tầm quan trọng gấp đôi khi vận hành viên phải quản lý nhiều màn hình và mỗi màn hình có chức năng, nhiệm vụ khác nhau và các màn hình đó không phải của một nhà cung cấp. Một vấn đề khác cũng cần chú ý là vận hành viên quan sát màn hình không giống như người thiết kế ngồi trực tiếp trước màn hình, mà trái lại họ quan sát nó từ xa, thậm chí từ phòng này sang phòng khác. Vấn đề này đã được giải quyết với những màn hình cảm ứng trên thị trường khá là phổ biến, màn hình HMI nổi trội với nhiều chức năng đầy đủ, nhưng cũng có những điểm trừ cho những màn hình truyền thống này. Giá thành khá cao, kích thước với độ dày của màn hình tương đối lớn, với nhiều ứng dụng hay hệ thống cần những màn hình thích hợp hơn, nhỏ gọn hơn, thực hiện những chức năng phù hợp hơn thì cần một sản phẩm có thể phù hợp hơn với hệ thống. Việc thay thế màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp sẽ phần nào đó giải quyết được vấn đề trên. Chương 1 : Dẫn nhập 2
17. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp 1.2 Mục tiêu của đề tài . Tìm hiểu và ứng dụng được các khối: màn hình, Arduino, ngoại vi . Giao tiếp thành công giữa các khối với nhau . Cài đặt thông số cho biến tần và động cơ . Thực hiện được 3 ứng dụng mà đề tài đặt ra: điều khiển biến tần, đo nhiệt độ và đếm sản phẩm 1.3 Giới hạn của đề tài . Mô hình mới chỉ kết nối có dây với nhau nên sẽ giới hạn điều khiển trong phạm vi và khoảng cách không thật sự xa . Các kiểm nghiệm thực tế trên nhiều môi trường chưa có, mới chỉ dừng lại ở kiểm chứng ở môi trường bình thường. . Xây dựng các ứng dụng chỉ mới đưa ra trên mức độ nghiên cứu với trình độ của sinh viên. . Màn hình cảm ứng điện trở nên độ nhạy có lúc sẽ bị hạn chế. 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Hai phương pháp nghiên cứu chính đã được áp dụng để thực hiện đề tài này là: Phương pháp tham khảo tài liệu và phương pháp thực nghiệm. . Áp dụng phƣơng pháp tham khảo tài liệu: Thông tin về công nghệ điều khiển qua chuẩn giao tiếp RS485 gần đây đã được phổ biến tương đối rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp. Nhưng để tự thực hiện được một ứng dụng hoàn chỉnh, đòi hỏi người thực hiện phải được trang bị thêm nhiều kiến thức công nghệ khác về Lập trình cho màn hình 4D Systems, lập trình cho Arduino, hiểu được chuẩn giao tiếp giữa các thiết bị. Một số kiến thức và kỹ năng quan trọng và cần thiết cho đề tài nhưng người thực hiện chưa được trang bị trong chương trình học, vì vậy có khá nhiều nguồn tài liệu tham khảo từ các trang Web và ebook đã được tác giả đề tài kham khảo và nghiên cứu nhiều trong quá trình thực hiện. Việc tham khảo tài liệu đã giúp nhóm thực hiện củng cố lại một cách khoa học các kiến thức đã có và xây dựng những nền tảng kiến thức mới. Qua đó, nhóm thực hiện cũng chọn lọc ra được những nguồn kiến thức quan trọng làm kim chỉ nam cho nhóm thực nghiệm nghiên cứu. . Áp dụng phƣơng pháp thực nghiệm: Sản phẩm nghiên cứu của đề tài phải là một sản phẩm vật lý thực, chính vì vậy, đòi hỏi nhóm phải tiến hành nhiều lần thực nghiệm để thử nghiệm các mẫu thiết kế phần cứng và các phiên bản chương trình phần mềm. Để giảm bớt thời gian và chi phí thực nghiệm, nhóm thực hiện còn kết hợp với mô phỏng hệ thống trên Proteus. Sau khi việc kiểm chứng trên mô phỏng đạt được những kết quả nhất định, thì sẽ được tiến hành trên phần cứng thực. Các công cụ hỗ trợ cho thực nghiệm trên phần cứng là Arduino, Màn hình 4D Systems, máy tính,biến tần và bộ điều khiển thử nghiệm. 1.5 Dàn ý nghiên cứu Các đối tượng cần phải nghiên cứu trong đề tài: . Tìm hiểu bo Arduino Mega 2560 . Tìm hiểu biến tần Goodriver100 Chương 1 : Dẫn nhập 3
18. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp . Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ và công tắc cảm biến hồng ngoại . Tìm hiểu màn hình 4D Systems . Giao tiếp giữa màn hình với Arduino qua chuẩn UART . Giao tiếp giữa biến tần và Arduino qua chuẩn RS485 . Tìm hiểu các phần mềm hỗ trợ: Arduino IDE và Workshop IDE . Đo và đọc dữ liệu từ cảm biến . Cài đặt thông số cho biến tần và động cơ . Xây dựng mô hình phần cứng và lưu đồ cho phần mềm . Viết chương trình . Viết báo cáo Chương 1 : Dẫn nhập 4
19. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2 : Cơ sở lý thuyết 5
20. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp 2.1 Chuẩn truyền thông UART Hình 2.1: Khung UART 2.1.1 Giới thiệu UART chuyển đổi giữa dữ liệu nối tíêp và song song.Một chiều, UART chuyển đổi hệ thống tuyến dữ liệu song song ra dữ liệu nối tiếp để truyền đi.Một chiều khác, UART chuyển đổi dữ liệu nhận được dạng dữ liệu nối tiếp thành dạng dữ liệu song song cho CPU có thể đọc vào tuyến hệ thống. UART của PC hỗ trợ cả hai kiểu giao tiếp song công và bán song công.Giao tiếp song công tức là UART có thể gửi và nhận dữ liệu vào cùng một thời điểm.Còn giao tiếp bánsong công là chỉ có một thiết bị có thể chuyển dữ liệu vào một thời điểm, với tín hiệu điều khiển hoặc mã sẽ quyết định bên nào có thể truyền dữ liệu. Thêm vào đường dữ liệu, UART hỗ trợ bắt tay chuẩn RS232 và tín hiêu điều khiển như RTS, CTS, DTR, DCR, RT và CD. Trong PC, hệ điều hành và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ cho lập trình liên kết nối tiếp mà không cần phải hiểu rõ chi tiết cấu trúc UART .Để mở liên kết, ứng dụng lựa chọn một tốc độ truyền hoặc là thiết lập khác hoặc cho phép truyền thông tại các cổng. Để gửi 1 byte, ứng dụng ghi byte này vào bộ đệm truyền của cổng được lựa chọn, và UART gửi dữ liệu này, từng bit một, trong định dạng yêu cầu, thêm bít Start, bit Stop, bit chẵn lẻ khi cần. Trong một cách đơn giản, byte nhận được tự động được lưu trữ trong bộ đệm. UART có thể dùng nhanh một ngắt để báo cho CPU và các ứng dụng biết dữ liệu đang nhận được và các sự kiện khác. Một vài vi điều khiển không bao gồm UART, và thỉnh thoảng bạn cần nhiều hơn các UART mà vi xử lí có. Trong trường hợp này, có 2 lựa chọn: thêm UART ngoài, hoặc mô phỏng UART trong mã chương trình. Basic Stamp của Parallax là một ví dụ của chip với một UART bổ sung trong mã chuơng trình. UART là một thiết bị đơn giản hỗ trợ tốt cả hai kiểu truyền thông song công và bán song công. 2.2 Cách định dạng và giao thực dùngtruyền thông nối tiếp 2.2.1 Gửi dữ liệu nối tiếp Trong một liên kết nối tiếp, nơi gửi dữ liệu sẽ gửi từng bit một ở mỗi thời điểm nối tiếp nhau. Một liên kết nối tiếp chỉ có 2 thiết bị thì phải có đường dẫn dành cho mỗi chiều truyền hoặc là nó chỉ có 1 đường dẫn được chia sẻ bởi cả 2 thiết bị với thoả thuận của 2 thiết bị này. Khi mà có 3 hoặc nhiều thiết bị, tất cả các thiết bị này thường dùng chung Chương 2 : Cơ sở lý thuyết 6
21. Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp một đường dẫn, và giao thức mạng quyết định xem thiết bị nào có quyền truyền nhận dữ liệu. Một tín hiệu đòi hỏi bởi tất cả mọi liên kết nối tiếp là tín hiệu xung nhịp, hoặc là có sự tham khảo về thời gian để điều khiển đường truyền dữ liệu. Nơi truyền và nơi nhận dùng xung nhịp để quyết định khi nào gửi và khi nào đọc mỗi bit. Có hai dạng định dạng dữ liệu là song công và bán song công, và mỗi định dạng này dùng các dạng xung nhịp khác nhau . 2.2.2 Định dạng đồng bộ Trong truyền đồng bộ, mọi thiết bị dùng một xung được phát ra bởi một thiết bị hoặc từ một nguồn xung ngoài. Xung có thể có một tần số cố định hoặc có thể chốt tại những khoảng thời gian không đều nơi nhận dùng sự chuyển đổi xung để quyết định khi nào đọc mỗi bit truyền tới. Từ hình vẽ các bạn cũng có thể thấy là nơi truyền sẽ truyền các bit khi mà nhận thấy sự chuyển cạnh xung từ cao xuống thấp, và nơi nhận thì ngược lại phát hiện khi nào có sự chuyển cạnh xung từ thấp lên cao thì đọc các bit.Chi tiết chính xác của giao thức này có thể biến đổi khác đi. Ví dụ, nơi nhận có thể chốt dữ liệu nhận trong xung cạnh lên hoặc cạnh xuống, hoặc là phát hiện mức logic ở mức cao hoặc thấp. Định dạng đồng bộ dùng các cách khác nhau để bắt đầu và kết thúc việc truyền dữ liệu, bao gồm bit Start và bit Stop và tín hiệu lựa chọn chíp. 2.2.3Định dạng không đồng bộ Trong truyền không đồng bộ, liên kết không bao gồm đường xung nhịp, bởi vì mỗi điểm đầu cuối của liên kết đã có xung nhịp cho riêng từng cái.Mỗi điểm sẽ cần phải đồng ý cùng một tần số của đồng hồ và mọi đồng hồ chỉ khác nhau một vài %. Mỗi byte truyền đi bao gồm bit Start để đồng bộ đồng hồ và một hoặc nhiều bit Stop cho tín hiệu kết thúc việc truyền trong mỗi một từ được truyền đi. Cổng RS-232 trong PC dùng định dạng không đồng bộ để giao tiếp với modems(thiết bị mã hoá, giải mã dữ liệu) và các thiết bị khác. Dù RS-232 có thể truyền dữ liệu đồng bộ nhưng liên kết không đồng bộ vần được dùng phổ biến hơn. 2.2.4Cơ chế chống mất dữ liệu Phần lớn các máy tính trong mạng nối tiếp có nhiều việc phải làm bên cạnh việc chờ nhận dữ liệu. Ví dụ, mỗi đơn vị dữ liệu có thể thu thập theo chu kì và lưu trữ dữ liệu tới khi một mắt xích khác trong mạng yêu cầu dữ liệu này. Hoặc một điều khiển có thể đáp ứng các điều kiện điều khiển và điều hành, thỉnh thoảng lại nhận thông tin hoặc nhận các yêu cầu từ trong mạng. Một máy tính muốn truyền dữ liệu trong khi một máy nhận khác đang bận với các công việc khác.Việc thiết kế mạng phải đòi hỏi rằng mỗi nơi nhận có thể biết được dữ liệu nào chuyển đến nó và tất cả mọi dữ liệu đến máy nhận phải không có lỗi. Có nhiều cách làm để thực hiện điều đó, bao gồm bắt tay(handshaking),bộ đệm( buffering), dùng dò( polling) và ngắt( interrupts) để phát hiện dữ liệu đã đến, kiểm soát lỗi( error checking), và thừa nhận dữ liệu đã tới( acknowledging). Mỗi liên kết có thể dùng một hoặc nhiều cách trong số những cách này. Chương 2 : Cơ sở lý thuyết 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4