IH QU GI H N I ƢỜ Ọ Ệ ỒNG PH M KHÔI NGHIÊN CỨU CHẾ T O HỆ THỐNG M ỀU KHIỂN VÀ KIỂM SOÁT CÁC THÔNG SỐ M ƢỜNG (NHIỆ Ộ, Ộ ẨM) TỪ XA. ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN CÁC TRANG THIẾT BỊ QUỐC PHÒNG. Ệ Ệ - Ễ Ộ – 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com IH QU GI H N I ƢỜ Ọ Ệ ỒNG PH M KHÔI NGHIÊN CỨU CHẾ T O HỆ THỐNG M ỀU KHIỂN VÀ KIỂM SOÁT CÁC THÔNG SỐ M ƢỜNG (NHIỆ Ộ, Ộ ẨM) TỪ XA. ỨNG DỤNG TRONG BẢO QUẢN CÁC TRANG THIẾT BỊ QUỐC PHÒNG.
Ng nh: Công nghệ iện tử - Viễn thông huy n ng nh: Kỹ thuật iện tử Mã số: 60 52 02 03 Ệ Ệ - Ễ ƢỜ ƢỚ Ẫ Ọ -TS. TRẦN QUANG VINH Ộ – 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 MỤC LỤC LỜI M O N. 0 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt. 5 Danh mục các bảng.
5 Danh mục các hình vẽ, đồ thị. 8 hƣơng 1: TỔNG QUAN. Sơ đồ tổng quan hệ thống. Mục ti u đề tài.
Nội dung nghiên cứu. Nghiên cứu lý thuyết:. Thiết kế hệ thống:. Giới hạn đề tài.
Ý nghĩa thực tiễn. 11 hƣơng 2: Ơ SỞ LÝ THUYẾT. Chuẩn EIA RS-232-C. Những đặc điểm cần lƣu ý trong chuẩn RS-232.
Các mức điện áp thƣờng truyền. Cổng RS-232 trên PC. Truyền dữ liệu. Mạch giao tiếp RS-232 dùng IC max232.
Chuẩn RS-422/RS-485. Cấu hình mạng 2-dây RS-485. Cấu hình mạng 4-dây RS-485. ịnh thiên trong mạng RS-485.
Giao thức MODBUS. Nguyên tắc hoạt động của MODBUS. Sơ đồ trạng thái của Modbus. Kỹ thuật CRC.
Thuật toán CRC. 23 hƣơng 3 CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG. Giới thiệu về ATmega128. Cấu trúc bộ nhớ.
26 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các cổng vào ra. Các bộ định thời của ATmega128. Bộ truyền nhận dữ liệu nối tiếp USART.
Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm SHT11. Các thông số kỹ thuật. Khởi động cảm biến. Gửi một lệnh.
o độ ẩm và nhiệt độ. Chuỗi reset kết nối. Tính toán tổng kiểm tra CRC-8. Thanh ghi trạng thái.
Chuyển đổi tín hiệu ra. MMC/SD card. Sơ lƣợc về MMC/SD card. Giao tiếp AVR với MMC/SD card.
40 hƣơng 4 : THIẾT KẾ HỆ TH NG. Giới thiệu công cụ lập trình CodeVisionAVR. Phần mềm cho master. Phần mềm cho slave.
Lập trình phần mềm giao diện PC sử dụng VB. 64 Hƣớng phát triển đề tài. 64 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA H LIÊN QU N ẾN LUẬN VĂN. 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO.
66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 LỜ M Tôi xin cam đoan những nội dung trong luận văn n y l do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn trực tiếp của thầy giáo PGS-TS. Trần Quang Vinh. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều đƣợc trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đ o tạo, hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Tác giả luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) ồng Phạm Khôi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt SD card Secure Digital card EIA Electronic Industries Alliance TIA Telecommunications Industry Association IC Integrated circuit MMC card Multi Media Card PC Personal computer LCD Liquid-crystal display TTL Time to live ASCII American Standard Code for Information Interchange RTU Remote terminal unit CRC Cyclic Redundancy Check UART Universal asynchronous Receiver/Transmitter USART Universal Synchronous Receiver/Transmitter SPI Serial Peripheral Interface TQFP Thin quad flat pack EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory SRAM Static random-access memory I/O Input/output SHT Digital humidity and temperature sensor MSB Most Significant Byte or Most Significant Bit LSB Least Significant Byte or Least Significant Bit RH Relative humidity RxD Receive data pin TxD Transmit data pin INT Interrupt FAT File Allocation Table RTC Real-time clock VB.NET Visual Basic.NET Danh mục các bảng Bảng 3.1: bảng véc tơ ngắt của ATmega128 Bảng 3.2: Danh sách lệnh của SHT1x Bảng 3.3: Các hệ số chuyển đổi tối ưu cho sensor độ ẩm V4 Bảng 3.4: Các hệ số bù nhiệt độ Bảng 3.5: Các hệ số bù nhiệt độ Bảng 3.6: Các tham số để tính toán điểm sương (Td). Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống Hình 1.2: Kho bảo quản tên lửa hàng không LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 : Mức giới hạn điện áp trong chuẩn RS-232 Hình 2.2: Cổng RS-232 trên PC Hình 2.3: Mạch giao tiếp RS-232 dùng IC Max232 Hình 2.4: Liên kết RS-422 điểm-điểm Hình 2.5: Cấu hình mạng 2-dây RS-485 Hình 2.6: Đường truyền với kết thúc cáp Hình 2.7: Mạng RS-485 với hai điện trở 120Ω kết thúc cáp Hình 2.8: Khung Modbus trên đường truyền nối tiếp Hình 2.9: Cấu trúc khung ký tự ASCII Hình 2.10: Cấu trúc khung ký tự RTU Hình 2.11: Sơ đồ trạng thái của master Hình 2.12: Sơ đồ trạng thái của slave Hình 3.1: Bố trí chân của ATMEGA128 Hình 3.2: Bản đồ bộ nhớ dữ liệu Hình 3.3: Sơ đồ khối đơn giản của khối USART Hình 3.4: Hình dạng và kích thước của cảm biến nhiệt ẩm SHT11 Hình 3.5: Độ chính xác và dải hoạt động của các loại cảm biến SHT Hình 3.6:Sơ đồ chân của SHT11 Hình 3.7:Mạch ứng dụng của SHT11 Hình 3.8: Chuỗi khởi tạo truyền “Transmission Start” Hình 3.9: Chuỗi khởi tạo kết nối Connetion Reset Sequence Hình 3.10: Ghi vào thanh ghi trạng thái Hình 3.11: Đọc thanh ghi trạng thái Hình 3.13: Ví dụ về chuỗi đo RH Hình 3.12: Tổng quan của chuỗi đo. TS=khởi tạo truyền, MSB=Byte tín hiệu cao nhất, LSB = Byte tín hiệu sau cùng, LSb= Bít tín hiệu cuối cùng. Bảng 6: Các hệ số chuyển đổi tối ưu cho sensor độ ẩm V4 Hình 3.13: Chuyển đổi từ SORH sang độ ẩm tương đối Bảng 3.3: Các hệ số bù nhiệt độ Bảng 3.4: Các hệ số bù nhiệt độ Bảng 3.5: Các tham số để tính toán điểm sương (Td).14: Bố trí chân của MMC và SD card Hình 3.15: IC CD4050 chuyển đổi mức tín hiệu giữa vi điều khiển và MMC/SD card Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý của master Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý khối thu/phát dữ liệu Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp giữa master và PC Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý mạch thời gian thực DS1307 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý mạch điều chỉnh thời gian Hình 4.7: Sơ đồ mạch in master Hình 4.8: Mạch in master sau khi lắp ráp linh kiện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.9: Sơ đồ nguyên lý của slave Hình 4.10: Sơ đồ mạch in của các slave Hình 4.11: Mạch in slave sau khi lắp ráp linh kiện và chạy thử Hình 4.12: Tạo một Project mới trong CodeVisionAVR Hình 4.12: Lựa chọn dòng vi điều khiển Hình 4.13: Chọn loại vi điều khiển và tần số hoạt động Hình 4.24: Chọn ngắt ngoài và chế độ hoạt động của ngắt Hình 4.15: Cấu hình cho timer1 Hình 4.16: Cấu hình cho UART0 Hình 4.17: Cấu hình cho UART1 Hình 4.18: Cấu hình cho I2C giao tiếp với DS1307 Hình 4.19: Cấu hình để giao tiếp với LCD2004 Hình 4.20: Tạo và lưu Project Hình 4.21: Tạo một Project mới Hình 4.22: Lựa chọn dòng vi điều khiển Hình 4.23: Chọn loại vi điều khiển và tần số hoạt động Hình 4.24: Cấu hình cho UART Hình 4.25: Cấu hình giao tiếp với LCD 1602 Hình 4.26: Giao diện chương trình trên PC Hình 4.27: Giao diện chương trình khi hoạt động Hình 4.28: Chạy thử toàn bộ hệ thống LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 MỞ ẦU Hiện nay Quân đội ta đang bảo quản một số lƣợng lớn các trang bị quân sự, với khí hậu nhiệt đới, độ ẩm và nhiệt độ cao v bi n độ thăng giáng lớn ảnh hƣởng rất lớn tới tuổi thọ và khả năng sẵn sang chiến đấu của các trang bị quân sự.
Theo các nghiên cứu về kỹ thuật nhiệt đới thì khoảng độ ẩm từ 40-60% là phù hợp cho hầu hết các loại vật liệu. Trong khoảng này các loại vật liệu từ kim loại đến phi kim ít bị ăm mòn nhất, khoảng độ ẩm n y cũng hạn chế sự phát triển của các loại nấm mốc. Với các vũ khí trang bị hiện đại thì đƣợc bảo quản trong điều kiện này là cần thiết. Hệ thống tôi dự kiến chế tạo sẽ gồm các modul đo nhiệt độ v độ ẩm của các hòm bảo quản tên lửa, các thông số đo đƣợc l cơ sở để điều khiển máy hút ẩm duy trì độ ẩm trong các thùng bảo quản từ 40-60%, các số liệu về nhiệt độ v độ ẩm của từng thùng bảo quản cũng đƣợc gửi về máy tính dựa trên giao thức Modbus qua đƣờng truyền RS-485 để hiển thị lên máy tính.
Phần mềm trên máy tính có chức năng hiển thị độ ẩm hiện thời, trạng thái hoạt động của máy hút ẩm v lƣu các giá trị n y v o cơ sở dữ liệu trên máy tính. Ngoài việc lƣu giữ số liệu trên máy tính thì hệ thống còn có thể lƣu số liệu vào thẻ nhớ SD card, đảm bảo khi tắt máy tính hoặc khi đƣờng truyền có sự cố thì số liệu vẫn đƣợc lƣu giữ trong SD card. Hệ thống đƣợc thiết kế đơn giản, dễ vận hành, bảo trì và sửa chữa, có độ chính xác cao, giá thành rẻ các vật tƣ linh kiện hầu hết có sẵn trên thị trƣờng Việt Nam. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 hƣơng 1: TỔNG QUAN 1.
ơ đồ tổng quan hệ thống LCD2004 MASTER MAX232 PC ATMEGA128 MAX485 DS1307 MMC/SD CARD BUS RS485 SHT11 SLAVE 1 LCD1602 Hòm bảo quản 1 Máy hút ATMEGA16 MAX485 ẩm 1 RELAY. BUS RS485 SHT11 SLAVE N LCD1602 Hòm bảo quản N Máy hút ATMEGA16 MAX485 ẩm N RELAY Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống Trên hình 1.1 hệ thống gồm 1 master và các slave đƣợc nối với nhau theo chuẩn truyền thông EIA/TIA-485. Master và các slave giao tiếp với nhau theo giao thức MODBUS RTU. Các thành phần chính của master: Vi điều khiển ATmega128, màn hình LCD2004 gồm 20 cột và 4 hàng, IC MAX232 giao tiếp với máy tính PC theo chuẩn RS-232, IC thời gian thực DS1307, thẻ nhớ để lƣu trữ dữ liệu nhiệt độ v độ ẩm theo chu kỳ đặt trƣớc, IC MAX485 nối với đƣờng truyền theo chuẩn EIA/TIA-485.
Các thành phần chính của slave: Vi điều khiển ATmega16, màn hình LCD1602 gồm 16 cột và 2 hàng, cảm biến nhiệt độ, độ ẩm SHT11, rơ le để điều khiển máy hút ẩm, IC truyền nhận dữ liệu MAX485.