I. Tổng quan
Hệ thống mạng điều khiển và kiểm soát môi trường từ xa cho thiết bị quốc phòng được thiết kế nhằm bảo quản các trang thiết bị quân sự trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Độ ẩm và nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ và khả năng sẵn sàng chiến đấu của các thiết bị này. Hệ thống này sử dụng các cảm biến để đo đạc nhiệt độ và độ ẩm, từ đó điều khiển máy hút ẩm nhằm duy trì độ ẩm trong khoảng 40-60%. Dữ liệu thu thập được sẽ được truyền về máy tính thông qua giao thức Modbus qua đường truyền RS-485, cho phép giám sát và điều khiển từ xa. Hệ thống không chỉ đơn thuần là một thiết bị đo lường mà còn là một giải pháp công nghệ tích hợp, giúp nâng cao hiệu quả bảo quản thiết bị quân sự.
1.1. Mục tiêu đề tài
Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu và chế tạo thành công hệ thống mạng điều khiển và kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm cho các thiết bị quốc phòng. Hệ thống này sẽ bao gồm các modul đo nhiệt độ và độ ẩm, đồng thời điều khiển máy hút ẩm để duy trì độ ẩm trong khoảng từ 45%-55%. Dữ liệu sẽ được lưu trữ trong thẻ nhớ tại master và có thể truyền về máy tính để hiển thị và lưu trữ. Hệ thống có khả năng mở rộng lên đến 32 slave, cho phép giám sát nhiều thiết bị cùng lúc.
1.2. Ý nghĩa thực tiễn
Hệ thống có khả năng ứng dụng trong thực tiễn bảo quản vũ khí trang bị của Quân đội, giúp hạn chế ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới đến vũ khí, kéo dài tuổi thọ của thiết bị, đặc biệt là các vũ khí đắt tiền. Ngoài ra, hệ thống cũng có thể được áp dụng trong các kho bảo quản quân trang, quân nhu, và các kho lương thực, thực phẩm, đảm bảo điều kiện bảo quản tối ưu cho các loại hàng hóa này.
II. Cơ sở lý thuyết
Hệ thống sử dụng chuẩn EIA RS-232-C và RS-485 để truyền dữ liệu giữa các thiết bị. Chuẩn RS-232 là một trong những kỹ thuật phổ biến để kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, cho phép truyền dữ liệu trong khoảng cách ngắn. Trong khi đó, RS-485 cho phép truyền dữ liệu xa hơn và có khả năng kết nối nhiều thiết bị hơn. Giao thức Modbus được sử dụng để giao tiếp giữa master và các slave, cho phép thu thập dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm một cách hiệu quả. Các linh kiện chính như vi điều khiển ATmega128, cảm biến SHT11, và các IC truyền nhận dữ liệu MAX485 được sử dụng để xây dựng hệ thống.
2.1. Chuẩn RS 232
Chuẩn RS-232 là một chuẩn giao tiếp nối tiếp, cho phép kết nối tối đa hai thiết bị với chiều dài kết nối lớn nhất là 12.4m. Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt. Các mức điện áp trong chuẩn RS-232 được quy định rõ ràng, với mức logic 1 nằm trong khoảng -3V đến -12V và mức logic 0 từ +3V đến +12V. Điều này đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy trong quá trình truyền dữ liệu.
2.2. Chuẩn RS 485
Chuẩn RS-485 cho phép truyền dữ liệu trên khoảng cách lên tới 4000 feet (1220 mét) và có thể kết nối đến 32 thiết bị trên cùng một đường truyền. Tốc độ truyền tối đa có thể lên tới 10 Mbit/s, giúp cải thiện khả năng truyền tải dữ liệu trong các hệ thống mạng lớn. RS-485 sử dụng lối ra cân bằng và lối vào vi sai, giúp tăng cường khả năng chống nhiễu và đảm bảo độ tin cậy cao hơn so với RS-232.
III. Thiết kế hệ thống
Hệ thống được thiết kế với một master và nhiều slave, kết nối với nhau qua chuẩn RS-485. Master sử dụng vi điều khiển ATmega128 để thu thập dữ liệu từ các slave, hiển thị trên màn hình LCD và truyền dữ liệu về máy tính. Các slave sử dụng vi điều khiển ATmega16 để giao tiếp với cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, điều khiển máy hút ẩm và hiển thị thông tin lên màn hình LCD. Hệ thống được lập trình để hoạt động tự động, đảm bảo việc giám sát và điều khiển diễn ra liên tục và hiệu quả.
3.1. Thiết kế mạch nguyên lý
Mạch nguyên lý của hệ thống bao gồm các thành phần chính như vi điều khiển, cảm biến, và các IC truyền nhận dữ liệu. Mạch được thiết kế đơn giản, dễ dàng bảo trì và sửa chữa. Các linh kiện được lựa chọn dựa trên tính khả thi và độ sẵn có trên thị trường Việt Nam, đảm bảo chi phí thấp và hiệu quả cao trong quá trình vận hành.
3.2. Lập trình phần mềm
Phần mềm cho master và slave được lập trình để thực hiện các chức năng chính như thu thập dữ liệu, hiển thị thông tin, và điều khiển máy hút ẩm. Giao diện phần mềm trên máy tính cho phép người dùng dễ dàng theo dõi và quản lý dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm, và trạng thái hoạt động của hệ thống. Dữ liệu được lưu trữ trong thẻ nhớ để đảm bảo an toàn thông tin trong trường hợp mất điện hoặc sự cố truyền tải.
