Bài 8: Mạng giám sát và điều khiển

Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 55 Token Ring có 2 loại khung cơ bản Khung Token: Khung Token có chiều dài 3 byte. ¾ Start: Byte mở đầu. ¾ Access control:Byte điểu khiển. ¾ End :Byte kết thúc. Start Access control End Khung dữ liệu/lệnh: Khung dữ liệu/lệnh có kích thước thay đổi tùy thuộc vào trường thông tin. Khung dữ liệu mang thông tin của lớp trên. Trong khi đó khung lệnh mang thông tin điều khiển và không chứa thông tin của lớp trên. Start Access control Frame control Destination address Source address Data FCS End Frame status ¾ Start: Mở đầu khung. ¾ Access control : Phân biệt khung Token hoặc khung lệnh /dữ liệu. ¾ Frame control : Phân biệt loại thông tin điều khiển. ¾ Destination address: Địa chỉ đến của khung. ¾ Source address: Nơi xuất phát của khung. ¾ Data: Có kích thước thay đổi mang thông tin. ¾ FCS: Kiểm tra lỗi khung. ¾ End: Kết thúc. ¾ Frame status: Báo trạng thái khung nhận được. Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 56 4.4. Đặc điểm của truyền thông RS -232C, RS-422A, RS485. Thoâng soá RS-232C RS-422 RS-423 RS485 Chieàu daøi caùp Length(max) 15m (50ft) 1,2km (4000ft) 1,2km (4000ft) 1,2km (4000ft) Toác ñoä baud Baud rate 20Kbs/15m 10Mbs/12m 1Mbs/120m 100Kbs/1,2km 10oKbs/12m 10Kbs/120m 1Kbs/1,2km 10Mbs/12m 1Mbs/120m 100Mbs/1,2km Mode Unbalanced Balanced Differential Balanced Differential Balanced Differential Driver No. 1 1 1 32 Receiver 1 10 10 10 Logic 0 +3v -:- +25v +2v-:-+5v +3.6v-:-+6v +1.5v-:-+5v Logic 1 -3v -:- -25v -2v-:- -5v -3.6v -:- -6v -1.5v -:- -5v Community 2v 1.8v 3.4v 1.3v Cable/signal 1 2 2 2 Methode Simplex Simplex Simplex Simplex Phöông thöùc Half-duplex Full-duplex Half-duplex Full-duplex Half-duplex Full-duplex Half-duplex Full-duplex Shotr circuit current 500mA 150mA 150mA 150mA Chuẩn RS-232. Là chuẩn của EIA nhằm định nghĩa giao diện vật lý gữa DTE và DCE (ví dụ như một máy tính và một modem). Chuẩn này sử dụng đầu nối 25 chân, tuy nhiên chỉ có một số ít chân là thực sự cần thiết cho việc liên kết. Về phương diện điện, chuẩn này qui định các mức logic 0 và 1 tương ứng với các điện thế nhỏ hơn -3v và lớn hơi +3v. Tốc độ đường truyền không vợt quá 20Kbs và khoảnh cách nhỏ hơn 15m. Chuẩn RS-232C có thể chấp nhân phương thức truyền song công (fulll- duplex). Một trong những yêu cầu quan trọng của RS232C là thời gian chuyển từ mức logic này sang mức logic khác không vượt quá 4% thời gian tồn tại của một bit. Giả sử với tốc độ truyền 19200 baud thì thời gian truyền mức logic phải nhỏ hơn 0.04/19200 = 2.1s (Điều này làm giới hạn đường truyền, với tốc độ 19200 baud ta có thể truyền xa nhất là 50ft "15.24m"). Một trong những vấn đề quan trọng cần lưu ý khi sử dụng RS232 là mạch thu phát không cân bằng ( đơn cực ), tức là tín hiệu vào và ra được so với đất. Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 57 Chuaån RS - 422A. Một cải tiến quan trọng của chuẩn RS232C là chuẩn RS 422A. Chuẩn này sử dụng việc truyền dữ liệu sai lệch (differential data) trên những đường truyền cân bằng. Một dữ liệu sai lêch cần hai dây, một cho dữ liệu không đảo (non- inveted) và một đường cho dữ liệu đảo (inverted). Dữ liệu được truyền trên đường dây cân bằng, thường là cặp xoắn với một trở ở đầu cuối. Một IC lái (drver) sẽ biến đổi các mức logic thông thường thành một cặp tín hiệu sai lệch để truyền. Bên nhận sẽ có một mạch chuyển đổi tín hiệu sai lệch thành các mức logic tương ứng khác. Với chuẩn mới này, tốc độ cũng như khoảng cách được cải thiện nhiều. Chuẩn RS - 485. Giao tiếp EIA RS- 485 là một cải tiến của chuẩn RS422A. Đắc tính điện của nó giống như chuẩn RS422A. RS485 là một chuẩn truyền vi sai, sử dụng hai dây cân bằng. Với RS-485 tốc độ truyền có thể đạt đến 10Mbs và chiều dài cáp có thể lên đến 1.2km. Điện áp vi sai ngõ ra từ +1.5v —>+5v nếu là logic 0, mức logic 1 sẽ là -1.5—>-5v. Một đặc điểm quan trọng của RS 485 là có thể cung cấp đến 32 trạm trên cùng một đường truyền. Điều này cho phép tạo thành một mạng cục bộ. Chỉ có một trạm được chọn làm master, các trạm còn lại đều là slave. Master được quyền truyền bất cứ lúc nào, nó sẽ chỉ định một slaver bất kì giao tiếp với nó. Slave chỉ có thể truyền sau khi nhận được lệnh của master. Mọi slave có một địa chỉ riêng trên đường truyền và sẽ không được truyền nếu không có yêu cầu từ master. 4.5. Mạch chuyển đổi và mạng RS-485. Thông thường các họ vi điều khiển có ngõ truyền thông theo mức TTL,các thiết bị đầu cuối khác (DTE) có cổng truyền thông là RS-232. Để có thể nối mạng các thiết bị này ta phải chuyển từ TTL RS-232 sang RS-485. Để thực hiện được chuyển đổi này có rất nhiều vi mạch trên thị trường, nhưng họ vi mạch của hãng MAXIM là phổ biến nhất hiện nay. Tiêu biểu là MAX485 nó chuyển từ TTL sang RS-485 và truyền thông tin theo phương pháp Half-Duplex. Bên trong mổi vi mạch chứa một bộ phát và một bộ thu. Đặc điểm : RS-485 Sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B, thông tin được đưa trên cặp dây xoắn đôi bán song công (Half- Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 58 Duplex).Nghĩa là tại một thời điểm bát kì trên đường truyền chỉ có thể là một thiết bị hoặc là hoặc là nhận. Sơ đồ mạng Half-Duplex RS-485. Sơ đồ mạng Full-Duplex RS-485 Để thực hiện kết nối gữa máy tính và mạch điều khiển ta cần qui định tốc độ và khung dữ liệu giống nhau. Ví dụ: Viết chương trình khi mới Reset mạch thì P1=05H, P2 = 55H và dữ liệu được gửi lên máy tính là 55H. Khi xuất dữ liệu từ máy tính xuống thì dữ liệu được đưa ra P2, P0. DEM EQU 31h ORG 000H MOV DEM,#55H MOV P1,#05H LCALL START MAIN: JNB RI,PHAT ACALL GetChar MOV DEM,A MOV P2,A Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển Thực tập công nhân Trang 59 PHAT: MOV A,DEM MOV P0,A LCALL PUTCHAR LJMP MAIN ;====================================== Start: MOV A,PCON ;Make sure SMOD is off SETB ACC.7 MOV PCON,A ;Set up timer 1 MOV TH1,#0F3h ;4800 baud MOV TMOD,#20h MOV TCON,#40h MOV SCON,#52h ;Set up serial port RET ;========================================================== GetChar:JNB RI,$ ;Wait for receiver flag CLR RI ;Clear receiver flag MOV A,SBUF ;Read character RET ;========================================================== Putchar:JNB TI,$ ;Wait for transmitter flag CLR TI ;clear transmitter flag MOV SBUF,A RET END III. Phần thực tập cụ thể Thi công mạch trao đổi dữ liệu gữa mạch và máy tính thông qua đường truyền theo chuẩn công nghiệp. Gồm các bước: • Vẽ sơ đồ khối, sơ đồ mạch và phân tích hoạt động của mạch. • Viết lưu đồ thuật toán • Viết chương trình xuất nhập dữ liệu gữa vi điều khiển và máy tính. - Trên máy tính viết các chương trình con: + Viết chương trình khởi cổng tốc độ 4800, 8 bit dữ liệu, 1bit stop. + Đóng mở cổng COM. + Nhận dữ liệu từ kít để hiển thị. +Xuất dữ liệu xuống kit để điều khiển. - Trên vi điều khiển viết các chương trình con: + Viết chương trình khởi cổng tốc độ 4800, 8 bit dữ liệu, 1bit stop. + Chương trình thu, phát dữ liệu. + Nhận dữ liệu từ máy tính lưu vào vùng đệm. + Lấy dữ liệu từ vùng đệm ở trên để hiển thị. + Nhận dữ liệu từ ma trận bàn phím để lưu vào vùng đệm bàn phím. + Lấy dữ liệu từ vùng đệm bàn phím để xuất lên máy tính. Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập công nhân Trang 60 BÀI 9 THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG ỨNG DỤNG I. Mục đích yêu cầu. - Để tạo ra một sản phẩm có thể ứng dụng được cần phải đảm bảo về các vấn như: chất lượng kỹ thuật, thẩm mỹ, giá thành. - Trong bài này sinh viên tổng hợp tất cả các kiến thức của bài thực tập trước để thiết kế ra mạch ứng dụng cụ thể. II. Nội dung Một phương pháp thường được sử dụng là xây dựng một hệ mở hay như thường nói là một hệ phát triển. Tùy thuộc vào nội dung các ứng dụng cụ thể, ta dành thời gian cân nhắc và cụ thể hóa các bước phát triển để có dược một mạch điện với các tính năng đáp ứng những yêu cầu ứng dụng cần có. - Việc đầu tiên là xác định các yêu cầu đối với thiết bị. - Thể hiện các yêu cầu ứng dụng đặt ra dưới dạng sơ đồ khối và lưu đồ hay giản đồ phân chia thời gian. - Tìm kiếm phần cứng phù hợp với chức năng cần thiết. Biện pháp này giúp người thiết kế khẳng định được linh kiện dùng cho bộ điều khiển trung tâm, linh kiện cần dùng khối I/O. - Kiểm tra xem trên thực tế nó có thỏa mãn về tốc độ và công suất không, độ tin cậy. Nếu không thỏa mãn thì ta phải lặp lại bước trên để chọn linh kiện cho phù hợp. - Thiết kế và lắp ráp theo một mạch thử và cho chạy chương trình mẫu trên mạch để kiểm tra mạch. - Chia phần mềm thành những khối dễ quản lý, chúng được viết như những chương trình con và được kiểm tra độc lập. - Cuối cùng phải tích hợp toàn bộ phần cứng, phần mềm và kiểm tra lại cho đến khi mọi thứ đều chạy tốt. - Triển khai hệ thống ra môi trường đã dự định trước hay vào dây chuyền sản xuất cụ thể để thử nghiệm đến khi mọi yêu cầu đặt ra đều được đáp ứng. Các ký hiệu thường dùng nhất cho việc lập lưu đồ. So sánh Hộp xử lý Khối nhập, xuất Chương trình con Bắt đầu và kết thúc chương trình Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập công nhân Trang 61 Một số mạch ứng dụng. 1. Mạch giám sát và điều khiển nhiệt độ có giao tiếp máy tính. - Đọc nhiệt độ từ một vùng cố định. - Cài đặt nhiệt độ tại chỗ và trên máy tính. - Cảnh báo và hiển thị nhiệt độ tại chỗ. - Cảnh báo và hiển thị nhiệt độ trên máy tính. - Điều khiển nhiệt độ theo kiểu ON/OFF 2. Mạch giám sát và điều khiển thiết bị điện có giao tiếp máy tính. - Giám sát và điều khiển thiết bị điện với khoảng cách 1Km(RS485). - Dùng máy tính để điều khiển và giám sát. - Cài đặt thời gian đóng tắt thiết bị theo ý. 3. Điều khiển thiết bị điện và báo cháy thông qua đường dây điện thoại. Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập công nhân Trang 62 - Điện thoại gọi sau 4 hồi chuông thì chuyển sang chế độ điều khiển. - Bấm số để điều khiển thiết bị. - Khi có cháy thì tự động gọi đến 4 số thuê bao khác nhau để thông bao. 4. Mạch giám sát và điều khiển đếm sản phẩm có giao tiếp máy tính - Cài đặt và hiển thị số sản phẩm và số thùng tại chỗ. - Máy tính giám sát quá trình đếm sản phẩm. - Lưu được số sản phẩm của từng Ca. 5. Xếp hàng điện tử. - Nhận biết thứ tự người vào theo mã. - Thông bao người vào bằng loa và LED hiển thị thứ tự người vào. - Tự động hướng dẫn khách hàng chọn đúng quầy phục vụ theo yêu cầu 6. Điều khiển thiết bị điện bằng hồng ngoại. - Tại thiết bị có mạch điều khiển hẹn giờ và công suất cho thiết bị. - Mạch điều khiển có bàn phím để nhập thời gian làm việc và công suất của thiết bị. - Mạch điều khiển có đường kết nối máy tính để giám sát thiết bị. 7. Mạng đèn giao thông - Điều khiển ít nhất là hai ngã tư. - Có máy tính để giám sát và điều khiển các ngã tư - Các trạm có thể làm việc độc lập nếu mạng có sự cố. 8. Tổng đài nội bộ. Xưởng điện tử Bài 9:Thiết kế hệ thống Thực tập công nhân Trang 63 - Một trung kế và 4 thuê bao. - Máy tính giám sát và điều khiển được tổng đài. 9. Robot công nghiệp. - Làm việc theo chương trình tự động. - Làm việc có máy tính giám sát và điều khiển * Ngoài các mạch trên sinh viên có thể tự chọn cho mình một mạch khác nhưng được sự cho phép của giáo viên hướng dẫn mới thị công. III. Phần thực tập cụ thể - Vẽ sơ đồ khối và giải thích nhiệm của từng khối. - Viết lưu đồ thuật toán. - Vẽ sơ đồ mạch. - Phân tích hoạt động của mạch. - Tính các tham số. - Thi công mạch. - Viết chương trình điều khiển. - Cấp nguồn cho mạch và kiểm tra. * Sinh viên phải kiểm tra từng khối và chương trình con rồi mới nhập vào để hoàn thiện.