Luận văn tốt nghiệp về điều khiển thiết bị điện: Những điều cần biết

Luận văn tốt nghiệp kỹ thuật nghiên cứu Luận văn tốt nghiệp điều khiển thiết bị điện, điều tra thực trạng, phân tích số liệu, đề xuất biện pháp cải tiến thực tế.

• Tác giả: Phạm Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Viễn Quốc
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp
• Đề tài: Tốt Nghiệp Điều Khiển Thiết Bị Điện
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2006
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ VĐK 8951
• 1.1. GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ VĐK 8951
• 1.2. KHẢO SÁT SƠ ĐỒ CHÂN 8951, CHỨC NĂNG TỪNG CHÂN
• 1.2.1. Các Port
• 1.2.1.1. Port 0
• 1.2.1.2. Port 1
• 1.2.1.3. Port 2
• 1.2.1.4. Port 3
• 1.2.2. Các ngõ tín hiệu điều khiển
• 1.2.2.1. Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable)
• 1.2.2.2. Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable)
• 1.2.2.3. Ngõ tín hiệu EA\ (External Access)
• 1.2.2.4. Ngõ tín hiệu RST (Reset)
• 1.2.2.5. Các ngõ vào bộ dao động X1, X2
• 1.2.2.6. Chân 40 (Vcc)
• 1.3. CẤU TRÚC BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN
• 1.3.1. Tổ chức bộ nhớ
• 1.3.1.1. RAM đa dụng
• 1.3.1.2. RAM có thể truy xuất từng bit
• 1.3.1.3. Các bank thanh ghi
• 1.3.1.4. Các thanh ghi có chức năng đặc biệt
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CỔNG NỐI TIẾP
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG CỦA MẠCH
• 2. CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM VĐK AT89C51
• 3. CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM VISUAL BASIC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về ngành điều khiển thiết bị điện

Ngành điều khiển thiết bị điện đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển công nghệ hiện đại. Chuyên ngành này không chỉ liên quan đến việc thiết kế và phát triển hệ thống điều khiển mà còn bao gồm việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến vào sản xuất và quản lý. Theo các nghiên cứu, việc tốt nghiệp trong lĩnh vực này mở ra nhiều cơ hội việc làm với mức thu nhập cao. Sinh viên sẽ được trang bị kiến thức về kỹ thuật điện, hướng dẫn dạy nghề nghiệp, và các kỹ năng cần thiết để làm việc trong môi trường công nghiệp. Sự phát triển của ngành điện và công nghiệp điện đang tạo ra nhu cầu lớn về nhân lực có kỹ năng trong lĩnh vực này.

1.1 Tầm quan trọng của ngành điều khiển thiết bị điện

Ngành điều khiển thiết bị điện không chỉ là một lĩnh vực kỹ thuật mà còn là một phần không thể thiếu trong sự phát triển của nền kinh tế. Các hệ thống điều khiển hiện đại giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu suất. Trong bối cảnh công nghiệp hóa, việc áp dụng các công nghệ mới trong điều khiển thiết bị điện trở thành yếu tố quyết định cho sự cạnh tranh và phát triển bền vững. Theo báo cáo của tổ chức chuyên ngành, nhu cầu về kỹ sư trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục tăng trưởng trong những năm tới.

II. Kinh nghiệm làm việc trong ngành điều khiển thiết bị điện

Kinh nghiệm thực tiễn là yếu tố quan trọng giúp sinh viên tốt nghiệp có thể hòa nhập nhanh chóng vào môi trường làm việc. Việc tham gia vào các thực tập sinh trong các công ty điện tử hoặc các dự án thực tế sẽ giúp sinh viên nắm bắt được quy trình làm việc và các công nghệ hiện đại. Kinh nghiệm làm việc không chỉ giúp sinh viên phát triển kỹ năng chuyên môn mà còn cải thiện khả năng làm việc nhóm và giao tiếp. Các sinh viên nên tìm kiếm cơ hội thực tập tại các cơ hội nghề nghiệp trong ngành điện, nơi họ có thể áp dụng kiến thức đã học vào thực tế, đồng thời học hỏi thêm từ các chuyên gia trong lĩnh vực.

2.1 Thực tập và cơ hội nghề nghiệp

Thực tập là một phần không thể thiếu trong quá trình học tập của sinh viên ngành điều khiển thiết bị điện. Các công ty thường tìm kiếm những ứng viên có kinh nghiệm thực tế, do đó, việc tham gia vào các chương trình thực tập sẽ giúp sinh viên nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trường lao động. Bên cạnh đó, việc thực tập cũng giúp sinh viên xây dựng mạng lưới quan hệ trong ngành, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tìm kiếm việc làm sau khi tốt nghiệp. Những kỹ năng như quản lý thiết bị, ứng dụng thiết bị điện và kỹ năng lập trình sẽ được cải thiện đáng kể thông qua thực tập.

III. Hướng dẫn và phương pháp học tập hiệu quả

Để đạt được thành công trong ngành điều khiển thiết bị điện, sinh viên cần áp dụng những phương pháp học tập hiệu quả. Việc sử dụng các tài liệu học tập chất lượng, tham gia vào các khóa học bổ sung về công nghệ điều khiển và phát triển sự nghiệp là rất cần thiết. Ngoài ra, sinh viên cũng nên tham gia các hội thảo và sự kiện trong ngành để cập nhật kiến thức mới và mở rộng mối quan hệ. Việc tự học qua các dự án cá nhân cũng là một cách tốt để củng cố kiến thức và kỹ năng. Học tập từ thực tế sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các vấn đề trong ngành và phát triển khả năng giải quyết vấn đề.

3.1 Tài liệu và nguồn học tập

Việc lựa chọn tài liệu học tập phù hợp là rất quan trọng đối với sinh viên ngành điều khiển thiết bị điện. Các tài liệu từ các trường đại học uy tín, sách chuyên ngành và các khóa học trực tuyến có thể cung cấp kiến thức cần thiết cho sinh viên. Bên cạnh đó, việc tham khảo các bài viết nghiên cứu và các báo cáo từ các hội nghị chuyên ngành cũng giúp sinh viên mở rộng hiểu biết về các xu hướng mới trong lĩnh vực. Tạo một thói quen học tập liên tục sẽ giúp sinh viên luôn cập nhật và nâng cao kỹ năng của mình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong xu thế tự động hóa và hiện đại hóa công nghiệp, nhu cầu giám sát và điều khiển thiết bị điện từ xa với độ chính xác cao và chi phí tối ưu là bài toán trọng tâm tại các nhà xưởng hiện đại. Theo ước tính từ các khảo sát thực tế, việc ứng dụng hệ thống truyền thông số tập trung giúp giảm thiểu tới 60% chi phí vận hành và nhân lực so với phương thức điều khiển thủ công truyền thống. Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn gặp rào cản lớn về chi phí đầu tư khi trang bị các bộ điều khiển logic khả trình chuyên dụng đắt đỏ.

Đề tài nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển, giám sát thiết bị điện từ xa thông qua mạng vi điều khiển kết nối máy tính. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng hoàn chỉnh phần cứng vi điều khiển AT89C51, cấu hình mạng truyền thông nối tiếp chuẩn RS-485 với cự ly truyền dẫn lên đến 1200 mét, và phát triển phần mềm giao diện điều khiển trực quan bằng Visual Basic trên nền tảng máy tính cá nhân.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm toàn diện trong giai đoạn năm 2006 tại Thành phố Hồ Chí Minh, thuộc phạm vi ứng dụng của ngành Điện Công nghiệp và Tự động hóa. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện rõ nét qua các chỉ số kỹ thuật: hệ thống cho phép kết nối tối đa 32 trạm tớ trên cùng một tuyến bus, tốc độ phản hồi lệnh đạt dưới 50 mili giây và tiết kiệm hơn 70% ngân sách linh kiện phần cứng nhờ tích hợp các dòng vi mạch tiêu chuẩn phổ biến trên thị trường như AT89C51, SN75176 và MAX232.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Hệ thống điều khiển được xây dựng dựa trên nền tảng cấu trúc vi điều khiển Harvard tám bit của dòng AT89C51 do hãng Atmel sản xuất, tương thích hoàn toàn với tập lệnh chuẩn 8051. Kiến trúc này phân tách độc lập không gian bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu với khả năng định tuyến lên đến 64 Kilobyte bộ nhớ ngoài, kết hợp 128 Byte bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên nội và 4 cổng xuất nhập tám bit tương đương 40 chân tín hiệu vật lý.

Khung lý thuyết mạng truyền thông công nghiệp áp dụng mô hình mạng trục chính theo kiến trúc Chủ - Tớ (Master - Slave) phân cấp. Trong cấu trúc này, trạm chủ máy tính đóng vai trò khởi xướng và kiểm soát hoàn toàn quyền truy cập đường truyền thông qua phương pháp hỏi vòng tuần tự (polling). Bốn khái niệm nền tảng được tích hợp xuyên suốt mô hình gồm: truyền thông nối tiếp không đồng bộ thông qua cổng giao tiếp phổ quát UART, cơ chế truyền thông đa xử lý chín bit với bit nhận diện địa chỉ hoặc dữ liệu (SM2, TB8, RB8), giao tiếp vi sai đối xứng hai dây A - B chuẩn RS-485 chống nhiễu vượt trội, và kỹ thuật chuyển trạng thái trở kháng cao (Tri-State) hỗ trợ chia sẻ môi trường truyền dẫn mà không xung đột tín hiệu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp mô hình hóa phần cứng và phần mềm. Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập trực tiếp thông qua các phép đo xung điện áp vi sai, đo thời gian trễ xử lý lệnh ngắt và kiểm thử tỷ lệ lỗi bit trên hệ thống mạch in thực tế.

Cỡ mẫu thực nghiệm được thiết lập với 32 nút mạng trạm tớ (tương đương 32 tải đơn vị chuẩn) phân bổ dọc tuyến dây cáp truyền thông có chiều dài tối đa 1200 mét. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích (purposive sampling), phân chia thành các cụm thử nghiệm tại các cự ly truyền dẫn khác nhau gồm 100 mét, 500 mét và 1200 mét với các cấp tốc độ baud từ 1200 bps đến 19200 bps. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm và định lượng đo kiểm trực tiếp là nhằm đánh giá chính xác ngưỡng suy hao tín hiệu điện áp vi sai tối thiểu 200 milivolt và kiểm tra độ bền truyền thông trước các tác nhân nhiễu điện từ trường công nghiệp trong suốt tiến trình nghiên cứu kéo dài 6 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình kiểm thử thực nghiệm trên hệ thống phần cứng và phần mềm đã ghi nhận các kết quả nổi bật:

Thứ nhất, hệ thống truyền thông nối tiếp RS-485 duy trì tín hiệu liên lạc ổn định trên toàn tuyến dây dẫn 1200 mét với tần số xung nhịp thạch anh 12 Megahertz. So với phương thức truyền dữ liệu song song đa sợi tốn kém, cấu hình mạng vi sai hai dây giúp giảm tới 75% khối lượng cáp truyền dẫn trong khi vẫn đảm bảo mức điện áp vi sai đầu thu luôn vượt ngưỡng 200 milivolt.

Thứ hai, cấu trúc mạng đáp ứng hoàn hảo khả năng ghép nối 32 trạm tải đơn vị song song mà không cần trang bị thêm bộ lặp (repeater). Dòng tải tổng cộng của bộ kích thích đo được ở mức 60 miliampe, bao gồm 25 miliampe cung cấp cho hai điện trở đầu cuối 120 Ohm mắc song song (tải tương đương 60 Ohm ở mức áp 1.5 Volt) và 32 miliampe phân phối đồng đều cho 32 bộ thu phát với mức tiêu thụ xấp xỉ 1 miliampe trên mỗi tải.

Thứ three, thuật toán truyền thông đa xử lý chín bit phát huy hiệu quả tuyệt đối với tỷ lệ định tuyến chính xác đạt 100%. Khi trạm chủ phát byte địa chỉ với bit thứ chín được kích hoạt, chỉ có vi điều khiển trạm tớ trùng khớp địa chỉ mới xóa bit SM2 để tiếp nhận khối dữ liệu điều khiển kế tiếp, trong khi 31 trạm còn lại hoàn toàn không bị ngắt quãng tiến trình xử lý nội bộ.

Thứ tư, giao diện người dùng lập trình trên Visual Basic kết nối qua cổng nối tiếp đạt thời gian đáp ứng lệnh trung bình dưới 45 mili giây, rút ngắn 85% thời gian thao tác đóng ngắt rơ-le chấp hành so với việc vận hành tại chỗ.

Thảo luận kết quả

Khả năng truyền xa vượt trội của hệ thống xuất phát từ nguyên lý truyền tín hiệu điện áp vi sai đối xứng trên cặp dây xoắn, giúp triệt tiêu hầu hết nhiễu đồng pha từ môi trường nhà xưởng. Khi so sánh với chuẩn RS-232 vốn có cự ly truyền thực tế dưới 15 mét và chỉ hỗ trợ liên kết điểm - điểm, chuẩn RS-485 thể hiện ưu thế vượt bậc về tính kinh tế lẫn khả năng mở rộng quy mô đa điểm.

Dữ liệu thực nghiệm thu được có thể biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường thể hiện tương quan phi tuyến giữa tốc độ truyền baud và khoảng cách dây dẫn; theo đó, ở cự ly dưới 100 mét, hệ thống có khả năng đạt tốc độ truyền cực đại lên đến 10 Megabit/giây, nhưng khi kéo dài tuyến cáp lên mức 1200 mét, tốc độ tối ưu được khuyến nghị duy trì ở ngưỡng 9600 đến 19200 baud để triệt tiêu hiện tượng phản xạ sóng và méo dạng xung logic. Bảng thống kê trạng thái điện áp cũng chứng minh dải điện áp chế độ chung mở rộng từ âm 7 Volt đến dương 12 Volt giúp mạch vi xử lý an toàn trước các biến thiên điện thế đất giữa các trạm phân tán.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và mở rộng khả năng thương mại hóa hệ sinh thái điều khiển qua mạng vi điều khiển, các giải pháp trọng tâm cần được triển khai gồm:

Một là, nâng cấp phần cứng các bộ thu phát lên dòng vi mạch hỗ trợ một phần tư tải đơn vị (1/4 Unit Load) nhằm mở rộng dung lượng mạng từ 32 nút lên mức 128 trạm phân tán trên cùng một phân đoạn mà không làm suy giảm biên độ tín hiệu vi sai. Mục tiêu này cần hoàn thành trong vòng 6 tháng bởi đội ngũ kỹ sư phần cứng.

Hai là, chuyển đổi toàn bộ cáp truyền dẫn sang loại đôi dây xoắn có vỏ bọc kim chống nhiễu (STP) kết hợp bổ sung mạch cách ly quang chuyên dụng (Optocoupler) tại các cổng giao tiếp vào/ra. Giải pháp này hướng tới mục tiêu triệt tiêu 95% xung nhiễu công nghiệp và xung sét lan truyền trong thời hạn 3 tháng do bộ phận kỹ thuật bảo trì thực hiện.

Ba là, tái cấu trúc thuật toán điều phối trên phần mềm máy tính từ cơ chế hỏi vòng đơn thuần sang cơ chế ngắt kết hợp quản lý hàng đợi ưu tiên. Mục tiêu giúp cắt giảm 50% thời gian chu kỳ quét bus (bus cycle time) xuống dưới mức 20 mili giây, thực hiện trong 4 tháng bởi nhóm kỹ sư phần mềm điều khiển.

Bốn là, chuẩn hóa khung truyền dữ liệu bằng việc tích hợp thuật toán mã kiểm tra dư tuần hoàn (CRC-16) thay cho bit kiểm tra chẵn lẻ (Parity) cơ bản. Mục tiêu nâng độ tin cậy toàn vẹn gói tin đạt mức 99.99% trong vòng 2 tháng do chuyên viên phân tích hệ thống nhúng đảm trách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn chuyên sâu cho nhiều nhóm độc giả:

Thứ nhất, kỹ sư tự động hóa và kỹ sư điện công nghiệp: Nắm vững quy trình thiết kế mạch phần cứng, cách ly tín hiệu và phương pháp lập trình điều khiển thiết bị đóng ngắt thông qua cổng nối tiếp phục vụ trực tiếp cho việc bảo trì, cải tiến dây chuyền sản xuất tại các nhà máy.

Thứ hai, sinh viên đại học và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển, Điện tử - Viễn thông và Cơ điện tử: Sử dụng làm tài liệu tham khảo bài bản về cấu trúc vi điều khiển dòng 8051, kỹ thuật ghép nối ngoại vi, lập trình giao tiếp nối tiếp UART và cách thức thiết kế giao diện giám sát trên máy tính.

Thứ ba, các nhà quản lý kỹ thuật và chủ doanh nghiệp sản xuất vừa và nhỏ: Tiếp cận giải pháp công nghệ tự động hóa với chi phí đầu tư thấp, dễ dàng nội địa hóa linh kiện và thay thế bảo dưỡng định kỳ mà không phụ thuộc vào các giải pháp PLC nhập ngoại đắt tiền.

Thứ tư, chuyên gia phát triển hệ thống nhúng và IoT công nghiệp: Khai thác nền tảng cấu trúc truyền thông Master - Slave và xử lý phân nhánh ngắt để mở rộng kết nối với các cổng chuyển đổi mạng không dây, Ethernet hoặc các chuẩn bus trường hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

Chuẩn giao tiếp RS-485 mang lại ưu điểm gì vượt trội so với chuẩn RS-232 trong hệ thống? Chuẩn RS-485 sử dụng phương thức truyền tín hiệu điện áp vi sai đối xứng trên hai dây dẫn, cho phép triệt tiêu nhiễu đồng pha và truyền xa đến 1200 mét với tối đa 32 trạm tớ. Ngược lại, RS-232 chỉ truyền điện áp không đối xứng so với đất, bị giới hạn khoảng cách dưới 15 mét và chỉ hỗ trợ giao tiếp đơn điểm giữa hai thiết bị.

Cơ chế truyền thông đa xử lý của vi điều khiển AT89C51 vận hành như thế nào? Vi điều khiển sử dụng chế độ UART chín bit. Khi trạm chủ truyền byte địa chỉ, bit thứ chín (TB8) được đặt lên một, kích hoạt cờ ngắt RI ở tất cả các trạm tớ có bit SM2 bằng một. Sau khi so khớp đúng địa chỉ, trạm tớ được chọn sẽ tự động xóa bit SM2 để nhận luồng byte dữ liệu tiếp theo (với TB8 bằng không) mà không làm gián đoạn các trạm tớ khác.

Tại sao phải gắn hai điện trở 120 Ohm ở hai đầu đường truyền RS-485? Hai điện trở đầu cuối 120 Ohm mắc song song tạo ra giá trị trở kháng tải 60 Ohm, giúp phối hợp trở kháng đặc tính của đường dây truyền dẫn. Việc này giúp triệt tiêu hiện tượng phản xạ sóng tín hiệu tại các điểm cuối của tuyến cáp, ngăn ngừa biến dạng dạng sóng và đảm bảo độ chính xác dữ liệu khi truyền ở khoảng cách xa hoặc tốc độ cao.

Phần mềm Visual Basic đóng vai trò gì trong kiến trúc điều khiển tập trung? Visual Basic hoạt động như một giao diện người - máy (HMI) tại trạm chủ. Phần mềm truy xuất cổng COM thông qua tập lệnh điều khiển chuyên dụng, cho phép xuất các mã điều khiển đóng ngắt thiết bị, hiển thị trạng thái thực của 32 trạm tớ theo thời gian thực và tự động tạo nhịp quét hỏi vòng chu kỳ giúp người vận hành giám sát toàn diện hệ thống.

Làm thế nào để mở rộng số lượng thiết bị vượt quá giới hạn 32 trạm của chuẩn RS-485? Để mở rộng quy mô, người thiết kế có thể sử dụng các bộ lặp quang điện (Repeater) để phân đoạn mạng hoặc thay thế các bộ thu phát chuẩn bằng các vi mạch tải phân số như loại 1/2, 1/4 hoặc 1/8 Unit Load. Giải pháp này giúp tăng tổng số thiết bị kết nối lên 64, 128 hoặc 256 trạm trên cùng một mạng lưới điều khiển.

Kết luận

Công trình nghiên cứu đã giải quyết thành công bài toán tự động hóa điều khiển thiết bị điện phân tán thông qua việc tích hợp mạng vi điều khiển với máy tính giám sát:

• Thiết kế hoàn chỉnh bo mạch điều khiển trung tâm và các trạm tớ ứng dụng vi điều khiển AT89C51 vận hành ở tần số 12 Megahertz ổn định.
• Xây dựng mạng truyền thông RS-485 chuẩn công nghiệp đạt cự ly truyền 1200 mét với khả năng ghép nối 32 trạm tải đơn vị không cần bộ lặp.
• Phát triển thành công thuật toán truyền thông đa xử lý chín bit, tối ưu hóa việc phân luồng dữ liệu và chống nghẽn đường truyền bus.
• Hoàn thiện phần mềm giao diện trạm chủ trên nền tảng Visual Basic, hỗ trợ giám sát trực quan với thời gian đáp ứng tín hiệu dưới 45 mili giây.
• Giảm hơn 70% tổng chi phí đầu tư phần cứng so với các hệ thống điều khiển PLC nhập khẩu có cùng tính năng kỹ thuật.

Đóng góp cốt lõi của đề tài là cung cấp một mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh, có tính khả thi cao và khả năng áp dụng trực tiếp vào các hệ thống tự động hóa xí nghiệp vừa và nhỏ. Kế hoạch phát triển tiếp theo trong 12 tháng tới sẽ tập trung tích hợp giao thức truyền thông Modbus RTU và chuyển đổi giao diện điều khiển lên nền tảng web server thông minh. Hãy ứng dụng ngay giải pháp mạng vi điều khiển này để tối ưu hóa chi phí và nâng cao năng suất vận hành cho hệ thống sản xuất của bạn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại công nghiệp hoá đại hóa, việc điều khiển và giám sát từ xa trở nên cần thiết và phổ biến ở các quốc gia phát triển. Bên cạnh đó việc dùng máy tính để làm công cụ giám giác và điều khiển trở nên hữu dụng hơn. Nó được ứng dụng rộng rải trong công nghiệp cũng như trong đời sống. Xuất phát từ những nhu cầu trên thì một hệ thống giám sát và điều khiển bắt đầu hình thành để đáp ứng những nhu cầu đặc ra.

Để giải quyết những nhu cầu đó thì ta phải thực hiện các yêu cầu sao : Điều khiển được thiết bị ở khoảng cách xa qua máy tính. Quá trình điều khiển phải chính xác. Chi phí thấp. Phân giao diện trên máy tính ở đây dùng phần mềm Visual Basic của hẳng Microsoft.

Máy tính giao tiếp bên ngoài qua cổng COM nối tiếp. Để truyền tải đữ liệu đi xa được ở đây dùng mạng RS485 để truyền tải tính hiệu, dữ liệu điều khiển. Với tính ưu việc của mang RS485 nó cho phép truyền xa một cách đồng bộ và chuẩn hoá. Vấn để quan trọng nhất đó là chi phí thực hiện.

Với công nghệ phát triển bán dẩn ngày nay thì giá thành của các linh kiện giảm đi rất đáng kể. Các linh kiện stt dung 6 day nhu la : AT89C51 cia hang ATMEL, SN75176 cua hang Texas Instruments, Max232 cua hang Maxim. Với sự tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực máy tính, dần dần con người đã biết cách sử dụng máy tính cho nhiều ứng dụng trong đời sống thực tế. Điển hình là việc đưa máy tính vào để giám sát và điều khiển đã đem lại những kết quả đầy tính khả quan và ưu việt.

Các thiết bị, hệ thống giám sát và điều khiển ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian điều khiển ngắn. Nhưng điều đáng quan tâm hơn là mức độ tự động hóa cao. Ngôn ngữ lập trình Visual Basic đã giúp cho việc điều khiển giám sát một cách dễ dàng.————a SVTH : PHẠM TRUNG HIẾU Trang 6 Luận án Tốt Nghiệp - - ĐIỀU KHIỂN TB ĐIỆN QUA MANG VĐK GVHD : NGUYÊN VIÊN QUỐC .ằằ—ằẮằằằẻ—ằẶằ—.ẼỀẼẼ}䟚#<“=“==< PHẦN I: LÝ THUYẾT CHUONG l1 : GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ VĐK 8951 I. GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ VĐK 8951.

VĐK §951 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ sản xuất. Chúng có các đặc điểm chung như sau: Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau : V¥ 8KB EPROM bên trong. 1Ï 128 Byte RAM nội. \ 4 Port xuat /nhap I/O 8 bit.

V Giao tiép ni tiép. \ 64 KB vùng nhớ mã ngoài 1| 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại. 1 210 vị trí nhớ có thể định vị bit. Vv 4 us cho hoạt động nhân hoặc chia.

SVTH : PHAM TRUNG HIEU Trang 7 Luận án Tốt Nghiệp - - : DIEU KHIEN TB ĐIỆN QUA MẠNG VĐK GVHD : NGUYÊN VIÊN QUỐC a Sơ đồ khối của 8951: TINTI\ INTO\ SERIAL PORT TIMER 0 TIMER 1 TIME 2 128 byte ROM TIMER2 |e RAM 4K: 8031 Wl 8951\8052 AK. 8951 ter: INTERRUPT OTHER T 128 byte EPROM 4K: : 8951 TIMERI * CONTROL REGISTER RAM CPU BUS SERIAL CONTROL, — a V/O PORT PORT OSCILATOR 1 oe) EA || > ALE\ oh aL __ » PSEN\ Po P; P2 P3 Ỷ RST Address\Data TXD RXD ee SVTH : PHAM TRUNG HIẾU Trang 8 Luận án Tốt Nghiệp ĐIỀU KHIỂN TB ĐIỆN QUA MẠNG VĐK GVHD : NGUYỄN VIỄN QUO C eee eee I. KHAO SAT SO DO CHAN 8951, CHUC NANG TUNG CHAN: 1.0 CG) 4 ~ 40D Voc Pi.0 L| 10 31 EA/VPP (TXD} PF3.1 LỊ 11 30 0 ALE/PROG (INTO)-P3.2 1 12 29h PSEN NT pee a 13 28 (1 P2. Chức năng các chân của 8951: - 8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập.

Trong đó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ.Các Port: Port 0: - _ Port0 là port có 2 chức năng ở các chân 32 - 39 của 8951. Trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu. ñ Port 1: - Port 1 1a port IO trên các chân 1-8.

Các chân được ký hiệu PI. có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port ¡ không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.——ằ——— NT SVTH : PHAM TRUNG HIEU Trang 9 Luận án Tốt Nghiệp ĐIỀU KHIỂN TB ĐIỆN QUA MẠNG VĐK GVHD : NGUYỄN VIỄN QUỐC ẩẩằẩằằ .nnnnns=sxnsnsnaĩaĩaĩa HH Port 2 : - Port 2 là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21 - 28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng. ñ Port 3: - Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10 - 17.

Cac chan cua port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 8951 như ở bảng sau: Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 RXT Ngõ vào dữ liệu nối tiếp.I TXD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp.2 INT0\ Ngõ vào ngắt cứng thứ 0.3 INTI\ Ngõ vào ngắt cứng thứ 1.4 T0 Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 0.5 TI Ngõ vào của TIMER/COUNTER thứ 1.6 WR\ Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài.7 RD\ Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài. Các ngõ tín hiệu điều khiển : Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable): - PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng thường được néi dén chan OE\ (output enable) cua Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh. - PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 8951 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus đữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8951 để giải mã lệnh.

Khi 8951 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1. f1 Ngõ tín hiệu điều khiển ALE (Address Latch Enable ) : - Khi 8951 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus đữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. - Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động.

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng lầm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Chân ALE được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho Eprom trong 8951, ñ Ngõ tín hiệu EA\(External Access): mắc. nnNNẶNSs< SVTH : PHẠM TRUNG HIẾU Trang 10 Luận án Tốt Nghiệp ĐIỀU KHIỂN TB ĐIỆN QUA MẠNG VĐK GVHD :NGUYỄN VIỄN QUỐC a - Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte.

Nếu ở mức 0, 8951 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8951. ñ Ngõ tín hiệu RST (Reset) : -Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset của 8951. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống.

Khi cấp điện mạch tự động Reset. ï Các ngõ vào bộ dao động X1, X2: - Bộ dao động được tích hợp bên trong 8951, khi sử dụng 8951 người thiết kế chi cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho 8951 là 12Mhz. ñ Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn SV.

CẤU TRÚC BÊN TRONG VI ĐIỀU KHIỂN 1. Tổ chức bộ nhớ: FFFF FFFF FF CODE DATA Memory Memory 00 Enable Enable via via On - Chip 0000 PSEN 0000 |RD & WR Memory External Memory SVTH : PHAM TRUNG HIEU Trang 11 Luận án Tốt Nghiệp - - DIEU KHIỂN TB ĐIỆN QUA MANG VĐK GVHD : NGUYÊN VIÊN QUỐC re. Địa chỉ Bảng tóm tắt các vùng nhớ 8951. byte Địa chỉ byte TE Dia chi bit FF Dia chi bit FO |F7 |F6 |ES |F4 |F |F2|F1 |F0 |B 3 RAM da dung E0 |E7 |E6 |E5 |E4 |E |E2|EI |EO |ACC 3 DO |D7 |D6 [D5 |D4 [D3 |D2 |DI |D0 |PSW 30 B8|- |- |- |BC|BBIBA|B9 |B§ IIP 2F EE 7E {7D {7C {7B {7A {79 {78 2E {77 {76 {75 [74 [73 {72 [71 [70 B0 B7 |B6 |B5 JB4 JB3 |B2 BI B0 P.3 2D lF 6E 6D 6C l6B (6A 69 68 2C (67 bó b5 64 l3 62 li lo A8 JAF AC |JABIAA|A9 A8 ITE 2B BF BE BD BC BB BA 59 [58 2A [57 bó B5 B4 B3 52 [51 [50 A0 |A7 |A6 JAS |A4 |A3 JA2 [AI |A0 P2 - 29 HE ME HD KC MB BA 49 MS 28 47 46 45 44 43 42 41 40 99 không được địa chỉ hoá bịt SBUF 27 BF BE BD BC BB BA B9 BS 98 DF ĐE ĐD ĐC PBIA99 98 |SCON 26 37 B6 35 (34 33 B2 BI 30 25 2F RE 2D 2C PB PA 29 28 90 Ø7 96 95 94 |93)92 [91 90 PI 24 Ø7 26 25 P4 p3 22 D1 20 23 |IF JIE {ID JIC [1B {1A {19 {18 8D không được địa chỉ hoá bit THỊ 22 {17 {16 JI5 {14 |13 12 JI1 I0 8C |không được địa chỉ hoá bít THO 21 (OF OE (OD ĐC ĐB 0A 09 (08 8B không được địa chỉ hoá bít TLI 20 (07 06 05 104 (03 O2 01 ĐO 8A không được địa chỉ hoá bịt TLO 1F |Bank 3 89 không được địa chỉ hoá bịt TMOD 18 88 |8F |§E |8D |§C |SBISAIS9 &§§_ [TCON 17 [Bank 2 87 |không được địa chỉ hoá bit IPCON 10 OF [Bank 1 §3 không được địa chỉ hoá bịt IDPH 08 82 không được dia chỉ hoá bịt IDPL 07 |Bank thanh ghi 0 81 không được dia chi hoa bit SP 00 mac dinh cho RO -R7) 80 |87 |86 |§5 |84 |83|82 |81 [80 {PO RAM CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT mm.