Thiết kế mạch giám sát đồng hồ điện công nghiệp

Đề Tài: THIẾT KẾ MẠCH GIÁM SÁT ĐỒNG HỒ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

i

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, chúng tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Ths Đỗ Bình Nguyên đã

tận tình hướng dẫn, góp ý và động viên tôi trong quá trình thực hiện đồ án nghiên cứu

khoa học.

Xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô khoa Điện-Điện tử trường đại học Lạc Hồng

cùng các bạn lớp 08DV112 đã giúp đỡ tôi trong thời gian khóa học vừa qua. Đặc biệt là

bạn Nguyễn Bá Cường đã giúp đỡ tôi hoàn thành việc thực hiện đề tài này.

Kế đó chúng tôi xin chân thành cảm ơn đến ban giám đốc của công ty TNHH Điện -

Điện tử Nguyên Thịnh đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập và thực hiện đề tài này.

Những lời cảm ơn sau cùng xin gởi đến ba mẹ đã quan tâm, tạo điều kiện để tôi hoàn

thành tốt đồ án nghiên cứu này.

Xin chân thành cảm ơn !


ii

Mục Lục

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i

Mục Lục ............................................................................................................................... ii

LIỆT KÊ HÌNH VẼ ........................................................................................................... iv

LIỆT KÊ BẢNG ................................................................................................................ vi

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................... vii

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU .............................................................................................. 1

1.1. Đặt vấn đề. ................................................................................................................. 1

1.2. Mục tiêu đề tài. .......................................................................................................... 2

1.3. Nội dung nghiên cứu. ................................................................................................. 3

1.4. Giới hạn đề tài. ........................................................................................................... 3

1.5. Ý nghĩa thực tiễn. ....................................................................................................... 3

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................. 4

2.1. Giao thức MODBUS – RTU...................................................................................... 4

2.1.1, MODBUS là gì? .................................................................................................. 4

2.1.2, Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU. ....................................................... 5

2.1.3, Bản đồ bộ nhớ MODBUS. .................................................................................. 6

2.1.4, Đọc và viết dữ liệu. ............................................................................................. 7

2.1.5, MODBUS chế độ RTU. ...................................................................................... 7

2.2. Chuẩn RS232. ............................................................................................................ 9

2.2.2, Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232. ................................................. 9

2.2.3, Các mức điện áp thường truyền. ....................................................................... 10

2.2.4, Cổng RS232 trên PC. ........................................................................................ 11

2.2.5, Truyền dữ liệu. .................................................................................................. 12

2.2.6, Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng IC max232. ............................................... 13

2.3. Chuẩn RS485. .......................................................................................................... 13

2.3.1, Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS485. ...................................................... 14

2.3.2, Các kiểu mẫu truyền nhận trong RS485. .......................................................... 19

2.4. Kỹ thuật CRC. .......................................................................................................... 22


iii

2.4.1, Lý thuyết CRC. ................................................................................................. 23

2.4.2, Thuật toán CRC................................................................................................. 23

2.5. Chuẩn truyền I2C. .................................................................................................... 24

2.5.1, Các hàm thiết lập I2C. ...................................................................................... 25

2.5.2, Định dạng dữ liệu truyền.................................................................................. 26

2.5.3, Định dạng địa chỉ thiết bị. ................................................................................ 27

2.5.4, Phương thức truyền dữ liệu tới Slave................................................................ 27

2.6. Đồng hồ Selec MFM – 383. ..................................................................................... 28

2.6.1, Giới thiệu đồng hồ tủ điện đa năng Selec MFM 383. ....................................... 28

2.6.2, Thông số kỹ thuật. ............................................................................................. 29

CHƢƠNG 3 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG.................................................................... 31

3.1. PIC 24FJ128GB206. ................................................................................................ 31

3.2. Reatime DS1302. ..................................................................................................... 32

3.3. MAX485. ................................................................................................................. 33

3.4. EEPROM 24LC256. ................................................................................................ 34

3.5. 74LVC1T45. ............................................................................................................ 35

3.6. Graphic LCD 128x64. .............................................................................................. 36

3.7. 74ALVC164245/SO. ............................................................................................... 38

CHƢƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................................ 40

4.1.1, Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị. .......................................................................... 40

4.1.2, Sơ đồ nguyên lý khối lưu trữ và đồng hồ thời gian thực. ................................. 41

4.1.3, Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp RS485.............................................................. 42

4.1.4, Sơ đồ nguyên lý khối nguồn. ............................................................................ 43

4.2. Sơ đồ nguyên lý . ..................................................................................................... 43

4.3. Lưu đồ giải thuật. ..................................................................................................... 45

Chƣơng 5: KẾT LUẬN ................................................................................................... 46

5.1. Các điểm đạt và chưa đạt được. ............................................................................... 46

5.1.1, Các điểm đạt được............................................................................................. 46

5.1.2, Các điểm chưa đạt. ............................................................................................ 46

5.2. Hướng phát triển đề tài. ........................................................................................... 46


iv

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

Hình Trang

Hình 1.1: Mạch và phần mềm đi kèm đồng hồ MFM-383 của hãng SELEC. .................. 1

Hình 1.2: Phần mềm EN-VIEW ....................................................................................... .1

Hình 1.3: Các số liệu hiển thị trên máy tính ..................................................................... .2

Hình 2.1: Khung tryền MODBUS ..................................................................................... 8

Hình 2.2: Định dạng khung truyền .................................................................................... 8

Hình 2.3: Mức giới hạn điện áp trong chuẩn RS232 ....................................................... 10

Hình 2.4: Cổng RS232 trên PC ....................................................................................... 11

Hình 2.5: Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng IC Max232 .............................................. 13

Hình 2.6: Kiểu truyền cân bằng 2 dây ............................................................................ 15

Hình 2.7: Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng ..................................................... .15

Hình 2.8: Cặp dây xoắn trong RS485 ............................................................................. .16

Hình 2.9: Cách xác định áp kiểu chung .......................................................................... .16

Hình 2.10: Truyền RS485 khi tham chiếu với đất .......................................................... .17

Hình 2.11: Cách đặt điện trở đầu cuối RT trong RS485 ................................................ .18

Hình 2.12: Tín hiệu RS485 thu được tương ứng với 2 giá trị điện trở RT..................... .18

Hình 2.13: Phân cực cho đường truyền RS485 .............................................................. .19

Hình 2.14: Sơ đồ một phát, một nhận trong RS485 ....................................................... .19

Hình 2.15: Sơ đồ một phát, nhiều nhận trong RS485..................................................... .20

Hình 2.16: Sơ đồ sử dụng 2 bộ truyền nhận trong RS485.............................................. .20

Hình 2.17: Sơ đồ sử dụng nhiều bộ truyền nhận trong RS485 ....................................... .21

Hình 2.18: Đoạn dây rẽ nhánh trong RS485 .................................................................. .21

Hình 2.19: Một dạng kết nối đường truyền RS485 hợp lí .............................................. .22

Hình 2.20: Biểu đồ truyền một mã ASCII theo chuẩn RS485 ....................................... .22

Hình 2.21: START và STOP ........................................................................................... 26

Hình 2.22: Gửi bit định địa chỉ Slave .............................................................................. 27

Hình 2.23: Khung truyền I2C .......................................................................................... 28

Hình 2.24: Đồng hồ tủ điện đo đa năng SELEC MFM-383. ........................................... 28


v

Hình 2.25: Sơ đồ kết nối đồng hồ với điện áp 3 pha ...................................................... .30

Hình 2.26: Sơ đồ kết nối đồng hồ với điện áp 1 pha ....................................................... 30

Hình 3.1: PIC24FJ28GB206............................................................................................ 31

Hình 3.2: Reatime DS1302 .............................................................................................. 32

Hình 3.3: Max485 ............................................................................................................ 33

Hình 3.4: EEPROM 24LC256 ......................................................................................... 34

Hình 3.5: 74LV1T45 ...................................................................................................... .35

Hình 3.6: Graphic LCD 128x64 ...................................................................................... 36

Hình 3.7: 74LVC164245/SO ........................................................................................... 37

Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch thiết kế ................................................................................. 39

Hình 4.2: Khối hiển thị .................................................................................................... 39

Hình 4.3: Khối lưu dữ liệu và Reatime ........................................................................... 40

Hình 4.4: Khối RS485 ..................................................................................................... 41

Hình 4.5: Khối nguồn ...................................................................................................... 42


vi

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Trang

Bảng 2.1: Bảng mã chức năng .......................................................................................... .6

Bảng 2.2: Địa chỉ bộ nhớ ................................................................................................... 6

Bảng 2.3: Bảng tóm tắt thông số của RS485 ................................................................... 14

Bảng 3.1: Chân và chức năng chân của DS1302 ............................................................. 33

Bảng 3.2: Chân và chức năng các chân của MAX485 .................................................... 33

Bảng 3.3: Chân và chức năng các chân của EEPROM 24LC256 ................................... 34

Bảng 3.4: Điều kiện để xác định input/output 74LV1T45 ............................................. .35

Bảng 3.5: Chân và chức năng các chân của 74LV1T45.................................................. 35

Bảng 3.6: Chân và chức năng các chân của GRAPHIC LCD ......................................... 36

Bảng 3.7: Chân và chức năng các chân của 74LV164245/SO ........................................ 37

Bảng 3.8: Điều kiện để xác định input/output 74LV164245/SO .................................... 37


vii

LỜI NÓI ĐẦU

Các công ty, xí nghiệp lớn và trung bình dù sản xuất mặt hàng nào cũng đều sử dụng

các đồng hồ điện công nghiệp để kiểm soát lượng điện sử dụng. Các đồng hồ điện sẽ được

đặt tại các phân xưởng và giá trị điện của đồng hồ sẽ được đưa về phòng giám sát để dễ

dàng cho việc kiểm tra. Ngày nay, hãng Selec đã sản xuất ra Đồng hồ tủ điện đa năng

MFM-383, đi kèm đồng hồ là module giao tiếp giữa đồng hồ và máy tính. Module này có

giá thành cao nên tôi đã quyết định nghiên cứu và thiết kế ra mạch điện thay thế có giá

thành rẻ hơn mà vẫn đáp ứng được các ứng dụng như của Selec đưa ra. Đề tài của tôi đã

được công ty TNHH Điện - Điện tử Nguyên Thịnh chấp thuận và cho tiến hành nghiên

cứu thử nghiệm tại công ty.

Trong quá trình thực hiện đề tài, do trình độ hiểu biết còn nhiều hạn chế nên đề tài còn

nhiều thiếu sót mong được sự góp ý của các thầy trong khoa. Tôi xin gửi lời cám ơn đến

các thầy trong khoa đã luôn giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường đặc biệt là

thầy Th.s Đỗ Bình Nguyên đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tôi xin

chân thành cảm ơn.


Trang 1

CHƢƠNG 1:

GIỚI THIỆU

1.1. Đặt vấn đề.

Ngày nay đồng hồ đo điện năng cơ đã được thay thế bằng đồng hồ đo điện năng số.

Đồng hồ MFM-383 là đồng hồ đo điện số do hãng Selec sản xuất.

Hình 1.1: Mạch và phần mềm đi kèm đồng hồ MFM-383 của hãng SELEC.

Đi kèm đồng hồ là mạch giao tiếp đồng hồ và máy tính, phần mềm chuyên dụng EN-

VIEW giúp người sử dụng kiểm tra và điều khiển trực tiếp ngay trên máy tính.

Hình 1.2 : Phần mềm EN-VIEW.

Phần mềm EN-VIEW là phần mềm hỗ trợ trên máy tính để thiết lập cho đồng hồ cũng

như lấy số liệu từ đồng hồ về máy tính để giám sát. Phần mềm có các tính năng: hiển thị


Trang 2

số liệu từ đồng hồ về máy tính và cập nhật số liệu liên tục, mô phỏng giao diện đồng hồ

đồng hồ trên máy tính, hỗ trợ vẽ biểu đồ dạng sóng, số liệu cũ được lưu dưới dạng file

excel.

Hình 1.3: Các số liệu hiển thị trên máy tính.

Tuy có nhiều tính năng nhưng nhà sử dụng phải mất một khoản vốn đầu tư khá lớn

ban đầu. Vì vậy cần phải thiết kế một mạch điện tử sao cho vẫn đảm bảo được các tính

năng như cũ nhưng giảm chi phí đầu tư.

1.2. Mục tiêu đề tài.

Dựa trên những tìm hiểu về sản phẩm đồng hồ của hãng Selec, tôi đã quyết định thiết

kế một mạch điện có thể thay thế được máy tính và mạch giao tiếp giữa đồng hồ với máy

tính. Tôi đặt ra các mục tiêu khi nghiên cứu thiết kế mạch điện thay thế như sau:

Giao tiếp được với đồng hồ MFM-383 của hãng Selec.

Chạy ổn định, độ trễ thấp.

Số liệu nhận được hiển thị ngay trên mạch.

Mạch lưu trữ được dữ liệu trong thời gian dài và cập nhập dữ liệu mới chính xác,

nhanh chóng.

Giá thành rẻ.


Trang 3

1.3. Nội dung nghiên cứu.

Đề tài nghiên cứu những vấn đề sau:

Giao thức Modbus – RTU.

Chuẩn giao tiếp RS485.

Chuẩn giao tiếp RS232.

Kỹ thuật CRC.

Giao thức TCP/IP, Enthernet.

Đồng hồ SELEC MFM-383.

Vi điều khiển PIC24FJ128GB206 và các module tích hợp sẵn trong vi điều khiển

PIC24FJ128GB206.

GRAPHIC LCD.

1.4. Giới hạn đề tài.

Do thời gian nghiên cứu hạn chế nên chúng tôi chỉ giới hạn đề tài trong phạm vi thu

thập và kiểm soát số liệu lấy từ đồng hồ điện. Chưa triển khai được phần lưu số liệu đồng

hồ trên mạch và truyền lên máy tính theo chuẩn Ethernet.

1.5. Ý nghĩa thực tiễn.

Đề tài giải quyết được yêu cầu thực tiễn đặt ra là giao tiếp được với đồng hồ MFM-

383 của hãng Selec và hiển thị các số liệu ngay trên mạch nên có thể thay thế được máy

tính. Mạch đạt được các ưu điểm khi ứng dụng vào thực tế là chạy ổn định trong môi

trường công nghiệp, độ trễ thấp, giá thành rẻ.


Trang 4

CHƢƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Giao thức MODBUS – RTU.

2.1.1, MODBUS là gì?

MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, là

một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn. Ban

đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao

hơn, khoảng cách dài hơn và nhiều slave trên một bus truyền. MODBUS đã nhanh chóng

trở thành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự động hóa.

MODBUS là một hệ thống “Master - Slave”, Master được kết nối với một hay nhiều

Slave. Master thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU. Slave MODBUS RTU thường là

các thiết bị hiện trường. Khi một Master MODBUS RTU muốn có thông tin từ thiết bị

Slave, Master sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dò lỗi tới địa chỉ thiết bị Slave.

Mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ

định mới có phản ứng. Các thiết bị Slave trên mạng MODBUS không thể tạo ra kết nối,

chúng chỉ có thể phản ứng. Nói cách khác, Slave sẽ gửi data về cho Master chỉ khi Master

có yêu cầu.

Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là:

MODBUS ASCII.

MODBUS RTU.

MODBUS/TCP.

Tất cả thông điệp được gửi dưới cùng một format. Sự khác nhau duy nhất giữa 3 loại

MODBUS là cách thức thông điệp được mã hóa. Với MODBUS ASCII, mọi thông điệp

được mã hóa bằng hexadecimal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit. Đối với mỗi một byte

thông tin, cần có 2 byte truyền thông, gấp đôi so với MODBUS RTU hay MODBUS/TCP.

MODBUS ASCII chậm nhất trong 3 giao thức trên, nhưng lại thích hợp với modem điện

thoại hay kết nối sử dụng sóng radio do ASCII sử dụng các tính năng phân định thông

điệp. Do tính năng phân định này, mọi rắc rối trong phương tiện truyền dẫn sẽ không làm

thiết bị nhận dịch sai thông tin. Điều này quan trọng khi đề cập đến các modem chậm,


Trang 5

điện thoại di động, kết nối ồn hay các phương tiện truyền thông khó tính khác. Đối với

MODBUS-RTU, dữ liệu được mã hóa theo hệ nhị phân và chỉ cần một byte truyền thông

cho một byte dữ liệu. Đây là thiết bị lí tưởng đối với RS232 hay mạng RS485 đa điểm,

tốc độ baud từ 1200 đến 115.200. Tốc độ baud phổ biến nhất là 9600 đến 19200.

MODBUS-RTU là giao thức công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất. MODBUS/TCP

đơn giản là MODBUS qua Ethernet. Thiết bị Master không kết nối trực tiếp với các thiết

bị Slave, thay vào đó các địa chỉ IP được sử dụng. Với MODBUS/TCP, dữ liệu

MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP. Do đó, bất cứ mạng Ethernet

hỗ trợ MODBUS/IP sẽ có hỗ trợ MODBUS/TCP.

2.1.2, Nguyên tắc hoạt động của MODBUS RTU.

Để kết nối với Slave, Master sẽ gửi một thông điệp bao gồm các trường dữ liệu sau:

Địa chỉ thiết bị: là một con số từ 0 đến 247. Thông điệp được gửi tới địa chỉ 0

(truyền thông điệp) có thể được tất cả các thiết bị Slave chấp nhận, nhưng các

con số từ 1-247 là các địa chỉ của các thiết bị cụ thể. Một Slave luôn phản

ứng với một thông điệp MODBUS do đó Master sẽ biết rằng thông điệp đã

được nhận.

Mã chức năng: dùng để xác định yêu cầu mà Master yêu cầu Slave thực hiện

như đọc dữ liệu, chấp nhận dữ liệu, thông báo trạng thái .v.v… Mã chức năng

là từ 1 – 255. Một số mã chức năng còn có các mã chức năng phụ.

Dữ liệu: để xác định địa chỉ trong bộ nhớ thiết bị hay chứa các giá trị dữ liệu

được viết trong bộ nhớ thiết bị hay chứa các thông tin cần thiết khác mang

chức năng như yêu cầu.

Giá trị kiểm tra lỗi (CRC): là giá trị 16 bit dùng để kiểm tra lỗi trong quá trình

truyền nhận. CRC được Master tạo ra và thiết bị tiếp nhận kiểm tra. Nếu giá

trị CRC không thỏa mãn, thiết bị đòi hỏi truyền lại thông điệp này.

Khi Slave thực hiện các chức năng theo yêu cầu, nó sẽ gửi thông điệp cho Master.

Thông điệp chứa địa chỉ của Slave và mã chức năng, dữ liệu theo yêu cầu, và một giá trị

kiểm tra lỗi.


Trang 6

Bảng 2.1: Bảng mã chức năng

Yêu cầu Mã chức năng

01 Đọc cuộn cảm

02 Đọc đầu ra rời rạc

03 Đọc bộ ghi phần

04 Đọc bộ ghi đầu vào

05 Viết cuộn cảm đơn

06 Viết bộ ghi đơn

07 Đọc trạng thái ngoại lệ

08 Chẩn đoán

…

Xx 255 mã chức năng, phụ

thuộc vào thiết bị

2.1.3, Bản đồ bộ nhớ MODBUS.

Mỗi thiết bị MODBUS có bộ nhớ chứa dữ liệu quá trình. Thông số kỹ thuật của

MODBUS chỉ ra cách dữ liệu được gọi ra như thế nào?, loại dữ liệu nào có thể được gọi

ra?. Tuy nhiên, không đặt ra giới hạn về cách thức và vị trí mà nhà cung cấp đặt dữ liệu

trong bộ nhớ.

Các đầu vào và cuộn cảm rời rạc có giá trị 1 bit, mỗi một thiết bị lại có một địa chỉ

cụ thể. Các đầu vào analog (bộ ghi đầu vào) được lưu trong bộ ghi 16 bit. Bằng cách sử

dụng hai bộ ghi này, MODBUS có thể hỗ trợ format điểm floating (nổi) IEEE 32 bit. Bộ

ghi Holding cũng sử dụng các bộ ghi bên trong 16 bit hỗ trợ điểm floating.

Dữ liệu trong bộ nhớ được xác định trong thông số kỹ thuật MODBUS. Giả sử rằng

nhà cung cấp tuân theo tiêu chuẩn kỹ thuật MODBUS (không phải tất cả), mọi dữ liệu có

thể được truy cập dễ dàng bởi Master, thiết bị Slave tuân theo các thông số kỹ thuật.

Trong nhiều trường hợp, nhà cung cấp thiết bị công bố vị trí của bộ nhớ, tạo điều kiện cho

nhân viên lập trình dễ dàng để kết nối với thiết bị tớ.


Trang 7

Bảng 2.2 : Địa chỉ bộ nhớ

Địa chỉ Loại Tên

1 – 9999 Đọc hoặc viết Cuộn cảm

10001 – 19999 Chỉ đọc Đầu vào rời rạc

30001 – 39999 Chỉ đọc Bộ ghi đầu vào

40001 - 49999 Đọc hoặc viết Bộ ghi Holding

2.1.4, Đọc và viết dữ liệu.

MODBUS có tới 255 mã chức năng, nhưng 1 (cuộn cảm đọc), 2 (đầu vào rời rạc

đọc), 3 (bộ ghi Holding đọc), và 4 (bộ ghi đầu vào đọc) là các chức năng đọc được sử

dụng phổ biến nhất để thu thập dữ liệu từ các thiết bị Slave. Thí dụ, để đọc 3 giá trị 16 bit

dữ liệu analog từ bản đồ bộ nhớ của thiết bị 5, Master sẽ gửi một yêu cầu như sau:

Địa chỉ Mã hàm Địa chỉ khởi đầu Số lượng giá trị cần đọc Giá trị Kiểm tra lỗi

5 04 2 3 CRC

Trong đó, 5 là địa chỉ thiết bị Slave, 4 đọc bộ ghi đầu vào, 2 là địa chỉ khởi đầu (địa

chỉ 30002). 3 có nghĩa là để đọc 3 giá trị dữ liệu kề nhau xuất phát từ địa chỉ 30002, và

CRC là giá trị kiểm tra lỗi thông điệp này.

Thiết bị tớ, sau khi nhận dữ liệu này, sẽ gửi lại một trả lời như sau:

Địa chỉ Mã hàm 3 giá trị yêu cầu đọc về Giá trị Kiểm tra lỗi

5 04 aa, bb, cc CRC

Tại vị trí 5 là địa chỉ của thiết bị, 04 là yêu cầu đọc lặp, aa, bb, cc là 3 giá trị 16 bit,

CRC là giá trị kiểm tra lỗi thông điệp.

Trong hầu hết các nhà máy, các thiết bị đo hiện trường kết nối với hệ thống điều

khiển với từng cặp dây xoắn “home run”.

2.1.5, MODBUS chế độ RTU.

2.1.5.1, Chu trình yêu cầu – đáp ứng giữa Master và Slave của giao thức

Modbus.

Địa chỉ ở đây là của Slave đã thực hiện yêu cầu và gửi lại đáp ứng. Mã hàm

được giữ nguyên như trong thông báo yêu cầu và dữ liệu chứa kết quả thực hiện yêu cầu

của Master. Nếu xảy ra lỗi, mã hàm quay lại được sửa để chỉ thị đáp ứng là một thông báo


Trang 8

lỗi, còn dữ liệu mô tả chi tiết lỗi xảy ra. Phần kiểm lỗi giúp Master xác định độ chính xác

của nội dung thông báo nhận được.

Mã hàm

Dữ liệu

Kiểm soát lỗi

Địa chỉ thiết bị

Mã hàm

Dữ liệu

Kiểm soát lỗi

Địa chỉ thiết bị

Thông báo yêu

cầu từ trạm chủ

Thông báo yêu

cầu từ trạm tớ

Hình 2.1 : Khung tryền MODBUS

2.1.5.2, Khung thông báo modbus chế độ RTU.

Hình 2.2 : Định dạng khung truyền


Trang 9

Khi các thiết bị một mạng MODBUS chuẩn được đặt chế độ RTU (Remote

Terminal Unit - Khối thiết bị đầu cuối ở xa), mỗi byte trong thông báo được gửi thành

một kí tự 8 bit. Mỗi thông báo phải truyền kí tự thành dòng liên tục. Sự thuận lợi chính

của chế độ này là nó có mật độ kí tự lớn nhất, năng suất dữ liệu lớn hơn chế độ ASCII

trong cùng tốc độ baud.

2.2. Chuẩn RS232.

Chuẩn giao tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi hiện nay để

nối ghép các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định

dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là hai thiết bị, chiều dài kết nối lớn nhất cho phép

để đảm bảo dữ liệu là 12.5m đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với

một số thiết bị đặc biệt.

Chuẩn RS232 được nối ra một dắc cắm (gọi là cổng COM). Khi sử dụng có thể dùng

hai hay toàn bộ chân của dắc cắm này, nếu mục đích chỉ truyền hoặc nhận tín hiệu giữa

hai thiết bị thì ta chỉ cần sử dụng hai dây (một dây truyền hoặc nhận và một dây nối đất).

Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối tiếp là trong một thời điểm chỉ có một bít được gửi đi

dọc theo đường truyền. Các máy tính thường có một hoặc hai cổng nối tiếp theo chuẩn

RS232 được gọi là cổng COM. Chúng được dùng để ghép nối cho chuột, modem, thiết bị

đo lường…Trên main máy tính có loại 9 chân hoặc loại 25 chân tùy vào đời máy và main

của máy tính. Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 cũng tương đối dễ dàng, đặc biệt khi

chọn chế độ hoạt động là không đồng bộ và tốc độ truyền dữ liệu thấp.

2.2.1, Ƣu điểm của giao diện nối tiếp RS232.

Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao.

Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện.

Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua cổng nối

tiếp.

2.2.2, Những đặc điểm cần lƣu ý trong chuẩn RS232.

Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới( logic 0 và 1) là 12V.

Hiện nay đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 -7000 .


Trang 10

Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ 3V

đến 12V.

Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps (ngày nay có thể lớn hơn).

Các lối vào phải có diện dung nhỏ hơn 2500pF.

Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 nhưng phải nhỏ hơn 7000 .

Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối

tiếp RS232 không vượt quá 15m nếu không sử dụng modem.

Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn: 50, 75, 110, 750, 300, 600, 1200,

2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, …, 56600, 115200bps.

2.2.3, Các mức điện áp thƣờng truyền.

Hình 2.3 : Mức giới hạn điện áp trong chuẩn RS232

RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu

điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ lúc mới ra đời nó đã mang vẻ

lỗi thời của chuẩn TTL, nó vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các

mức logic 0 và 1. Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải và

các trở kháng ra của bộ phát.

Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232( chuẩn thường được dùng bây giờ) được mô tả

như sau:

Mức logic 0: +3V, +12V.


Trang 11

Mức logic 1: -12V, -3V.

Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì

từ -3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic

từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong

một thời gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn tới việc phải hạn chế về điện dung của các thiết

bị tham gia và của cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của

dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc độ 19,2kbit/s.

2.2.4, Cổng RS232 trên PC.

Hình 2.4 :Cổng RS232 trên PC

Chức năng của các chân :

Chân 1 : data carier detect (DCD) là chân phát tín hiệu mang dữ liệu.

Chân 2 : Receive data (RxD) là chân nhận dữ liệu.

Chân 3 : Transmit Data (TxD) là chân truyền dữ liệu.

Chân 4 : Data Termial Ready (DTR) là chân đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được

kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu.

Chân 5 : Signal Ground (SG) chân mass của tín hiệu

Chân 6: Data set ready (DSR) chân dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ

truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu.

Chân 7: Request to send chân yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức

kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu.


Trang 12

Chân 9: Ring Indicate (RI) báo chuông cho biết là bộ phận đang nhận tín hiệu

rung chuông.

2.2.5, Truyền dữ liệu.

2.2.5.1, Quá trình truyền dữ liệu.

Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ. Do

vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền. Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit

start) để thông báo cho bộ nhận biết một ký tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp

theo. Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0. Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bit data) được gửi

dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7, hay 8 bit dữ liệu) sau đó là một Parity bit (kiểm tra

bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng( bit stop) có thể là 1 hay 2 bit dừng.

2.2.5.2, Tốc độ baud.

Đây là một tham số đặc trưng của RS232. Tham số này chính là đặc trưng

cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay

còn gọi là tốc độ bit. Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1

giây. Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như

nhau ( tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau một tốc độ truyền bit).

Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ baud. Tốc

độ baud liên quan đến tốc độ mà phân tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được

truyền còn tốc độ bit thì phản ánh tốc độ mà phân tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn

tả bit được truyền. Vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và

tốc độ baud là phải đồng nhất.

Một số tốc độ baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400,

4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200. Trong thiết bị thường dùng tốc độ

baud là 19200.

Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian

chuyển mức logic không vượt qua 4% thời gian truyền 1 bit. Do vậy, nếu tốc độ bit càng

cao thì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ. Điều

này làm giới hạn tốc độ baud và khoảng cách truyền.


Trang 13

2.2.5.3, Bit chẵn lẻ hay Parity bit.

Đây là bit kiểm tra lỗi trên đường truyền. Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi

khi truyền dữ liệu là bổ sung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong

quá trình truyền. Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ. Một

bit chẵn lẻ được bổ sung vào dữ liệu được truyền để thấy số lượng các bit “1” được gửi

trong một khung truyền là chẵn hay lẻ.

Một Parity bit chỉ có thể tìm ra một số lẻ các lỗi như là 1, 3, 5, 7, 9… Nếu

như một bit mắc lỗi thì bit Parity bit sẽ trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi vì thế

không phát hiện ra lỗi. Do đó trong kỹ thuật mã hóa lỗi này không được sử dụng trong

trường hợp có khả năng một vài bit bị mắc lỗi.

2.2.6, Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng IC max232.

Hình 2.5 : Mạch chuẩn giao tiếp RS232 dùng IC Max232

2.3. Chuẩn RS485.

Có thể coi chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp.

Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp với bất kỳ thiết bị mà

sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua RS485. Liên kết RS485 được hình thành cho

việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng dụng. Những đặc

điểm nổi trội của RS485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng

một đường truyền, tốc độ baud có thể lên tới 115.200 cho một khoảng cách là 4000feet

(1200m).


Trang 14

Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễu xảy ra ở

dây này thì cũng xảy ra ở dây kia, tức là hai dây cùng nhiễu giống nhau. Điều này làm

cho điện áp sai biệt giữa hai dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi thu vẫn nhận được tín

hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu.

Liên kết RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhiễu

khá cao và sự tin tưởng vào tính ổn định của hệ thống là điều quan trọng. Bên cạnh đó

khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở tốc độ cao cũng rất được quan tâm, đặc biệt

là tại những nơi mà có nhiều trạm giao tiếp được trải ra trên diện rộng.

Bảng 2.3: Bảng tóm tắt thông số của RS485

Thông số Điều kiện Min Max Đơn vị

Áp ngõ ra điều khiển

khi hở mạch

1.5

-1.5

6

-6

V

V

Áp ngõ ra điều khiển

khi có tải

100LR

1.5

-1.5

5

-5

V

V

Dòng ngắn mạch ngõ ra

điều khiển

1 ngõ ra nối với

điểm chung

250 mA

Thời gian cạnh lên ngõ

ra điều khiển

54LR

50LC pF

30 % độ rộng

bit

Áp kiểu chung điều

khiển

54LR 3 V

Ngưỡng nhạy thu vào -7V CMV 12V 200 mV

Phạm vi áp kiểu chung

thu vào

-7 12 V

Tổng trở ngõ vào phía

thu

12 K

2.3.1, Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS485.

2.3.1.1, Truyền dẫn cân bằng.

Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có hai dây tín hiệu A,B nhưng không có

dây mass. Sở dĩ được gọi là cân bằng là do tín hiệu trên dây này ngược với tín hiệu trên


Trang 15

dây kia. Nghĩa là dây này đang phát mức cao thì dây kia phải đang phát mức thấp và

ngược lại.

Hình 2.6: Kiểu truyền cân bằng 2 dây.

2.3.1.2, Mức tín hiệu.

Với hai dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được quy định

khi áp của dây A lớn hơn dây B tối thiểu là 200mV, tín hiệu mức thấp TTL được quy định

khi áp của dây A nhỏ hơn dây B tối thiểu cũng là 200mV. Nếu điện áp ABV mà nằm trong

khoảng -200mV < ABV < 200mV thì tín hiệu lúc này được xem như là rơi vào vùng bất

định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm trong khoảng –7V

đến +12V.

Hình 2.7 : Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng.


Trang 16

2.3.1.3, Cặp dây xoắn.

Như chính tên gọi của nó, cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) đơn giản chỉ là

cặp dây có chiều dài bằng nhau và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn sẽ giảm

thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ cao.

Hình 2.8 : Cặp dây xoắn trong RS485.

2.3.1.4, Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn.

Phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có một trở

kháng đặc tính (Characteristic impedence-Zo), điều này thường được chỉ rõ bởi nhà sản

xuất. Theo như khuyến cáo thì trở kháng đặc tính của đường dây vào khoảng từ 100 -

120Ω nhưng không phải lúc nào cũng đúng như vậy.

2.3.1.5, Điện áp kiểu chung.

Tín hiệu truyền dẫn gồm hai dây không có dây mass nên chúng cần được

tham chiếu đến một điểm chung, điểm chung lúc này có thể là mass hay bất kì một mức

điện áp cho phép nào đó. Điện áp kiểu chung (Common-mode voltage -VCM) về mặt

toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của hai điện áp tín hiệu được tham chiếu

với mass hay một điểm chung.

Hình 2.9 : Cách xác định áp kiểu chung.


Trang 17

2.3.1.6, Vấn đề nối đất.

Tín hiệu trên hai dây khi được tham chiếu đến điểm chung là đất (Ground) thì

khi đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng cách

tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi phát có một sự

chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ bị sai hoặc phá

hỏng thiết bị. Điều này cho thấy mạng RS485 gồm hai dây nhưng có tới ba mức điện áp

được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác

định, gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này tới điểm kia, đặc biệt là tại các vùng có

nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối

đất.

Hình 2.10 : truyền RS485 khi tham chiếu với đất.

Chuẩn RS485 cho phép chênh lệch điện thế đất lên tới 7V, lớn hơn 7V là

không được. Như vậy đất là điểm tham chiếu không đáng tin tưởng và một cách tốt hơn

cho việc truyền tín hiệu lúc này là ta đi thêm một dây thứ ba, nó sẽ được nối mass tại

nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu.

2.3.1.7, Điện trở đầu cuối.

Điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản là điện trở được đặt tại hai

điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí tưởng là bằng giá

trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng 100 - 120Ω.


Trang 18

Hình 2.11 : Cách đặt điện trở đầu cuối RT trong RS485.

Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường

dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ

nhỏ thì không sao nhưng nếu ở mức độ lớn thì có thể làm tín hiệu bị sai lệch. Sau đây là

hình minh họa dạng tín hiệu thu được khi dùng hai điện trở đầu cuối khác nhau.

RT=54Ω RT=120Ω

Hình 2.12 : Tín hiệu RS485 thu được tương ứng với 2 giá trị điện trở RT.

2.3.1.8, Phân cực đƣờng truyền.

Khi mạng RS485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu đều ở trạng thái lắng

nghe đường truyền và tất cả khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách li với đường

truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định.

Nếu -200mV ≤ ABV ≤ 200mV thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang

giá trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong

truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu không hiểu nhầm là có dữ liệu

xuất hiện trên đường truyền.


Trang 19

Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường

truyền (Biasing) phải được thực hiện. Một điện trở R kéo lên nguồn ở đường A và một

điện trở R kéo xuống mass ở đường B sao cho ABV ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức

cao.

Hình 2.13 : Phân cực cho đường truyền RS485.

2.3.2, Các kiểu mẫu truyền nhận trong RS485.

2.3.2.1, Một phát, một nhận.

Hình 2.14 : Sơ đồ một phát, một nhận trong RS485.

Trong kiểu mẫu có sử dụng cặp dây xoắn, hai điện trở đầu cuối RT.


Trang 20

2.3.2.2, Một phát, nhiều nhận.

Hình 2.15 : Sơ đồ một phát, nhiều nhận trong RS485.

2.3.2.3, Hai bộ truyền nhận.

Ở đây việc truyền và nhận dữ liệu được thực hiện bởi một cặp dây xoắn nên

truyền nhận dữ liệu không thể diễn ra đồng thời mà phải theo hình thức bán song công

(half duplex), trong một thời điểm chỉ có một bộ truyền.

Hình 2.16 : Sơ đồ sử dụng 2 bộ truyền nhận trong RS485.


Trang 21

2.3.2.4, Nhiều bộ truyền nhận.

Hình 2.17 : Sơ đồ sử dụng nhiều bộ truyền nhận trong RS485.

Tương tự như trong sơ đồ hai bộ truyền nhận, hình thức truyền nhận dữ liệu ở

đây là bán song công.

2.3.2.5, Đoạn dây rẽ nhánh.

Hình 2.18 : Đoạn dây rẽ nhánh trong RS485.

Đoạn dây rẽ nhánh (Stub) là đoạn dây nối từ cặp dây chính tới một trạm.

Đoạn dây rẽ nhánh dài sẽ làm ảnh hưởng tới sự phối hợp trở kháng. Vì vậy nên giữ cho

chiều dài đoạn dây rẽ nhánh càng ngắn càng tốt. Một dạng kết nối đường truyền RS485

hợp lí.


Trang 22

Hình 2.19 : Một dạng kết nối đường truyền RS485 hợp lí.

2.3.2.6, Cách thức truyền một mã ASCII theo chuẩn RS485.

Hình 2.20 : Biểu đồ truyền một mã ASCII theo chuẩn RS485.

Bình thường đường truyền rảnh (Idle line) sẽ ở mức cao, ABV > 200mV. Tín

hiệu TX Control cho phép phát tín hiệu đi. Mỗi bit tín hiệu TXD phát đi sẽ được biểu diễn

tương ứng dưới dạng tín hiệu VAB theo chuẩn RS485. Bit 1 tương ứng với ABV dương, bit

0 tương ứng với ABV âm. Sau khi phát đi đủ 10 bit thì đường truyền lại lên mức cao báo

hiệu trạng thái rãnh.

2.4. Kỹ thuật CRC.

CRC (Cyclic Redundancy Check) là một phương pháp để phát hiện lỗi bằng cách gắn

thêm một khối bit phía sau khối dữ liệu. CRC là một kỹ thuật mạnh để phát hiện lỗi, vì

vậy nó được dùng rộng rãi trong mọi hệ thống giao tiếp dữ liệu. Các bit bổ sung thêm vào


Trang 23

các bit thông tin được gọi là các bit CRC. Những bit này có thể là 16 hoặc 32. Nếu các bit

bổ sung là 16, CRC được biểu diễn như CRC-16. CRC-32 sử dụng 32 bit bổ sung. Đó là

những tiêu chuẩn quốc tế cho việc tính toán của CRC-16 và CRC-32.

Việc nhận lỗi sử dụng CRC là rất đơn giản. Ở bên truyền, CRC được thêm vào các bit

thông tin. Khi việc nhận kết thúc, bên nhận tính toán CRC từ những bit thông tin và nếu

CRC tích hợp CRC nhận, vậy thì bên nhận biết được những bit thông tin là đúng. CRC-16

và CRC-32 là hai thuật toán tiêu chuẩn được sử dụng để tính chu kỳ kiểm tra dư thừa. Các

bit CRC bổ sung (16 và 32) được nối thêm vào các bit thông tin ở bên phát. Tại phía thu,

các CRC nhận được so sánh với ước tính. Nếu kết hợp hai, các bit thông tin được coi là đã

nhận được một cách chính xác. Nếu hai không phù hợp, nó cho thấy rằng có những sai sót

trong các bit thông tin.

2.4.1, Lý thuyết CRC.

Một xâu bít bất kỳ được xem như một tập các hệ số (0 và 1) của một đa thức đại số.

Nếu xâu gồm k bít thì đa thức tương ứng sẽ có bậc là k-1 gồm các số hạng từ x0 đến xk-1.

Ví dụ: 110001 x5 + x4 + x0 = x5 + x4 + 1

Phương pháp CRC sẽ xây dựng một xâu các bít kiểm tra và ghép vào xâu bít cần

truyền, được gọi là dãy Checksum. Dãy Checksum được xây dựng như sau:

Chọn trước một đa thức gọi là đa thức sinh G(x) có hệ số cao nhất và thấp

nhất là 1.

Checksum được tìm thoả mãn điều kiện đa thức tương ứng với xâu ghép gồm

xâu gốc và checksum phải chia hết (Modulo 2) cho G(x).

Khi nhận được xâu bít, để kiểm soát lỗi lấy đa thức nhận được chia (Modulo

2) cho đa thức sinh G(x). Nếu không chia hết thì chắc chắn có lỗi, trường hợp

ngược lại chưa khẳng định là không có lỗi.

2.4.2, Thuật toán CRC.

Giả sử đa thức sinh được chọn là G(x) có bậc là r xâu bít cần truyền tương ứng với

đa thức M(x) có bậc m .

Các bước để xây dựng dãy Checksum như sau:


Trang 24

Thêm r bits 0 vào cuối xâu bits cần truyền xâu ghép sẽ gồm được tìm thoả

mãn điều kiện đa thức tương ứng với xâu ghép gồm (m + r) bits tương ứng

với đa thức xr M(x).

Chia Modulo 2 xâu bits tương ứng xr M(x) cho xâu bits tương ứng với G(x).

Lấy số bị chia ở bước trên trừ đi Modulo 2 cho số d.

Kết quả sẽ là xâu bít được truyền đi ( xâu gốc ghép với Checksum). Ký hiệu đa thức

tương ứng cho xâu đó là P(x). Rõ ràng P(x) chia hết cho G(x). Khi nhận, giả sử xâu bits

nhận được có đa thức tương ứng là Q(x) chia modulo 2 cho G(x). Giả thiết rằng Q(x) =

P(x) + E(x), trong đó E(x) được gọi là đa thức lỗi.

Ví dụ: Giả sử xâu gốc là 1101011011 suy ra M(x) = x9 + x8 + x6 + x4 + x3 + x + 1

có bậc m = 9; Chọn 10011 tương ứng G(x)= x4 + x + 1 (r=4).

Bước1. Xâu gốc ghép 4 bits 0 ta được 11010110110000.

Bước 2. Chia modulo 2

11010110110000 /(modulo2) 10011 ta được thương là 1100001010 và phần dư là

1110.

Bước 3. Xâu cần truyền là

11010110110000 - (modulo2) 1110 = 11010110111110 là P(x). Theo phương pháp này

việc lựa chọn đa thức sinh chuẩn G(x) sẽ giúp cho việc phát hiện lỗi rất hiệu quả.

Hiện nay người ta xây dựng 3 đa thức sinh chuẩn quốc tế:

CRC – 12 = x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1

CRC – 16 = x16 + x15 + x2 + 1

CRC – CCITT = x16 + x12 + x5 + 1

2.5. Chuẩn truyền I2C.

I2C là viết tắt của cụm từ inter-intergrated circuit ( bus giao tiếp giữa các IC với nhau).

Một giao tiếp I2C gồm có hai dây Serial Data (SDA) và Serial Clock (SCL). SDA là

đường truyền dữ liệu hai hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ và chỉ theo một

hướng. Khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường I2C thì chân SDA của nó sẽ nối với

dây SDA của bus, chân SCL sẽ nối với chân SCL của bus.


Trang 25

Mỗi dây SDA và SCL đều được nối với điện áp dương của nguồn cấp thông qua một

điện trở kéo lên( pull-up resistor). Sự cần thiết của các điện trở kéo này là vì chân giao

tiếp của I2C của các thiết bị ngoại vi thường là dạng cực máng hở ( open-drain or open

collector ). Giá trị của các điện trở này khác nhau tùy vào từng thiết bị và chuẩn giao tiếp

thường giao động trong khoảng 1 đến 4.7 .

Một Bus I2C hoạt động được ở nhiều chế độ khác nhau:

Một Master một Slave.

Một Master nhiều Slave.

Nhiều Master nhiều Slave.

Tuy được kết nối trên cùng một bus nhưng sẽ không xảy ra trường hợp nhầm lẫn

giữa các thiết bị vì mỗi thiết bị sẽ được nhận ra bởi một địa chỉ duy nhất với mối quan hệ

Master/Slave tồn tại trong suốt thời gian kết nối. Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết

bị nhận dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận. Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc

vào việc thiết bị đó là master hay slave. Master nắm vai trò tạo xung đồng hồ cho toàn hệ

thống, khi giữa hai thiết bị Master/Slave giao tiếp thì thiết bị Master có nhiệm vụ tạo xung

đồng hồ và quản lý địa chỉ của thiết bị Slave trong suốt quá trình giao tiếp.

Giả thiết một thiết bị A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện

như sau:

Thiết bị A(Master) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B(Slave), cùng với việc

xác định địa chỉ thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị Slave.

Thiết bị A gửi dữ liệu tới thiết bị B.

Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu.

2.5.1, Các hàm thiết lập I2C.

START và STOP là những điều kiện bắt buộc phải có khi một thiết bị Master

muốn thiết lập giao tiếp với một thiết bị nào đó. START là điều kiện khởi đầu báo hiệu

bắt đầu của một giao tiếp, STOP báo hiệu kết thúc một giao tiếp.

Ban đầu khi chưa thực hiện quá trình giao tiếp, cả hai đường SDA và SCL

đều ở mức cao( SDA=SCL=HIGH), lúc này bus I2C được gọi là rỗi “bus free”, sẵn sàng


Trang 26

cho một giao tiếp. Hai điều kiện START và STOP là không thể thiếu trong việc giao tiếp

giữa các thiết bị I2C với nhau.

Điều kiện START : một sự chuyển đổi trạng thái từ cao xuống thấp

trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao báo hiệu một

điều kiện START.

Điều kiện STOP: một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao

trên đường SDA trong khi đường SCL đang ở mức cao.

Cả hai điều kiện START và STOP đều được tạo ra bởi master. Sau tín hiệu

START bus I2C được coi như đang trong trạng thái làm việc (busy). Bus I2C sẽ rỗi, sẵn

sàng cho một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ master.

Sau khi có một điều kiện START, trong quá trình giao tiếp, khi có một tín

hiệu START được lặp lại thay vì một tín hiệu STOP thì bus I2C vẫn tiếp tục trạng thái

bận. Tín hiệu START và RESTART đều có chức năng là khởi tạo một giao tiếp.

Hình 2.21 :START và STOP

2.5.2, Định dạng dữ liệu truyền.

Dữ liệu được truyền trên bus I2C theo từng bit tại mỗi cạnh lên của xung Clock

(SCL), sự thay đổi bit dữ liệu trên SDA xảy ra khi SCL đang ở mức thấp. Số lượng byte

có thể truyền trong một lần tùy ý, tối đa là 128 bytes.

Bit MSB sẽ được truyền trước. Sau 8 xung clock 8 bits dữ liệu đã được truyền đi,

thiết bị nhận sẽ kéo SDA xuống mức thấp tương ứng một bit ACK tại xung clock thứ 9

báo hiệu đã nhận đủ 8 bits. Thiết bị truyền khi nhận được bit ACK tiếp tục thực hiện quá

trình hoặc kết thúc.


Trang 27

2.5.3, Định dạng địa chỉ thiết bị.

Mỗi thiết bị ngoại vi tham gia vào bus I2C đều có một địa chỉ duy nhất, có độ dài 7

bits, như vậy trên một bus I2C ta có thể phân biệt tối đa 128 thiết bị. Byte đầu tiên được

gửi từ Master sẽ bao gồm 7 bits địa chỉ và bit thứ 8 gọi là bit R/W.

Bit R/W = 0 : Ghi dữ liệu từ Master vào Slave.

Bit R/W = 1 : Đọc dữ liệu từ Slave .

Hình 2.22 : Gửi bit định địa chỉ Slave

2.5.4, Phƣơng thức truyền dữ liệu tới Slave.

Các bước của quá trình truyền dữ liệu

Master tạo xung START

Master gửi 7 bits địa chỉ của Slave + bit R/W=0 (8 clock)

Tại thời điểm clock thứ 9, Master đọc xung ACK từ Slave. ACK=0 khi

Slave có địa chỉ tương ứng đã nhận dạng, Master bắt đầu gửi dữ liệu đến Slave theo từng

byte một, mất 9 clock do theo sau mỗi byte (8 clock) được gửi từ Master, Slave phải xác

nhận bằng một xung ACK=0.

Kết thúc quá trình truyền, Master sau khi truyền byte cuối cùng sẽ tạo xung

STOP báo hiệu kết thúc.


Trang 28

Hình 2.23 : Khung truyền I2C

2.6. Đồng hồ Selec MFM – 383.

2.6.1, Giới thiệu đồng hồ tủ điện đa năng Selec MFM 383.

Hình 2.24 : Đồng hồ tủ điện đo đa năng Selec MFM-383.

Tích hợp hợp 8 tính năng trên một sản phẩm:

Đo điện áp 3 pha.

Đo dòng điện 3 pha.

Đo công suất tác dụng 3 pha.

Đo công suất phản kháng 3 pha.

Đo công suất biểu kiến 3 pha .

Đo điện năng.

Đo hệ số công suất 3 pha.


Trang 29

Đo tần số.

Khi lắp ráp tủ điện hầu hết khách hàng cần trang bị những loại đồng hồ đo dòng điện

A và điện áp V của 3 pha, hiện nay do vấn đề rất cần thiết là tiết kiệm điện năng thì việc

kiểm soát điện năng tiêu thụ, công suất phản kháng Q, hệ số công suất, công suất hữu

công P để kiểm chứng các biện pháp tiết kiệm điện, phân bố tải tùy theo thời gian, điều

chỉnh độ lệch pha của tải... cao hơn là việc khoán số điện theo từng ca sản xuất được các

doanh nghiệp rất quan tâm.

Nắm bắt được điều này Selec đã nghiên cứu và cho ra đời dòng sản phẩm MFM383

đo được hầu hết tất cả các tham số của mạng 3P và 1P với chỉ một thiết bị. Khi lắp thiết

bị này khách hàng không cần mất nhiều thời gian để khoét thêm từ 2 đến 30 lỗ gá thiết bị,

tiết kiệm lượng lớn các dây điện đấu nối, tiết kiện thời gian đấu nối, tiết kiệm nhân công

lắp đặt chuyển mạch, và đấu nối... chỉ với chi phí rất nhỏ so với cách làm cũ thì khách

hàng có một tủ điện chuyên nghiệp hơn, giá thành rẻ hơn, vấn đề đo các tham số trở nên

quá rễ dàng.

2.6.2, Thông số kỹ thuật.

Các thông số kỹ thuật của đồng hồ MFM-383

Kích thước 96x96mm (mặt ngoài 99x99mm, khoét lỗ 92x92mm)

Hiển thị : LCD : 3 hàng x 3 số + 3 biểu đồ cột cho dòng điện + 8 số điện

năng KWH

Sử dụng cho mạng 3 pha 4 dây hoặc 1 pha 2 dây

Biến dòng chọn được từ 5 đến 5000/5A

Tiêu hao năng lượng ngõ vào : Max 0.5VA / phase

Cấp chính xác : cấp 1

Nguồn nuôi : 90 đến 270VAC

Khả năng nhớ : 10 năm cho chỉ số điện năng

Khả năng truyền thông qua MODBUS và qua phần mềm của hãng

(MFM383-c)


Trang 30

2.6.3, Sơ đồ kết nối.

Hình 2.25: Sơ đồ kết nối đồng hồ với điện áp 3 pha.

Hình 2.26: Sơ đồ kết nối đồng hồ với điện áp 1 pha


Trang 31

CHƢƠNG 3

CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

3.1. PIC 24FJ128GB206.

Hình 3.1 : PIC24FJ28GB206

Thông số kỹ thuật

Điện áp hoạt động 3.3V.

64 chân.

I/O ports: Ports B, C, D, E, F, G.


Trang 32

128Kbyte bộ nhớ chương trình ( program memory) dùng để chứa chương trình nạp.

Vì được chế tạo bằng công nghệ Flash nên bộ nhớ này có thể được lập trình hay

xóa nhiều lần. Ưu điểm này khiến PIC24FJ128GB206 thích hợp cho việc xây dựng

các ứng dụng điều khiển.

96Kbyte RAM. Bộ nhớ dữ liệu được sử dụng trong suốt quá trình thực thi chương

trình của vi điều khiển.

5 timer 16 bit.

4 Modul UAR.T

3 Modul SPI.

3 Module I2C.

16 kênh ADC 10-bit.

Xây dựng theo kiến trúc Havard có sửa đổi.

Thạch anh nội 8MHZ.

3.2. Reatime DS1302.

Hình 3.2 : Reatime DS1302

Điện áp nguồn 2.0V- 5V.

Cho phép đọc năm.tháng,ngày, tuần, thứ, giờ, phút, giây.


Trang 33

Bảng 3.1 : Chân và chức năng chân của DS1302

Tên Chân Chức năng

VCC2 1 cấp nguồn từ 2.0V-5V

X1, X2 2, 3 2 chân nối thạch anh 32.768HZ

GND 4 Chân nối mass

RST 5 Chân cho phép DS1302 hoạt động

I/O 6 Chân DATA

SCLK 7 Chân xung Clock

VCC1 8 Nguồn cấp bằng pin

3.3. MAX485.

Hình 3.3 : Max485

Giao thức truyền là bán song công.

Tốc độ truyền lớn hơn 2.5Gb/s.

Thời gian truyền 30ns ,cộng trừ 5ns.

Điều khiển bằng nguồn đơn 5V.

Điện áp input tại các chân là 2V

Điện áp output tại các chân là 3.5V

Truyền được trên 32 slave trên đường truyền.

Bảng 3.2: Chân và chức năng các chân của MAX485


RO 1 Nhận ngõ ra:A>B khoảng 200mv thì chân RO ở mức


Trang 34

cao.A<B khoảng 200mV thì chân RO ở mức thấp

RE 2 Cho phép nhận. Nếu chân này ở mức 0 thì chân RO hoạt

động. RO ở mức cao khi chân này ở mức cao

DE 3 Cho phép chân ngõ ra điều khiển hoạt động. Chân ngõ ra

điều khiển hoạt động khi DE mức 1 và ngược lại.khi DI ở

mức 1 mà !RE ở mức 0 thì chức năng là nhận

DI 4 Bộ điều khiển ngõ vào. Khi DI mức 0 thì A mức 0, B mức

1 và ngược lại

GND 5 Mass

A 6 Điều khiển ra và nhận vào vi sai

B 7 Điều khiển ra và nhận vào vi sai

VCC 8 Nguồn: 4.75V ≤ Vcc ≤ 5.25V

3.4. EEPROM 24LC256.

Hình 3.4 : EEPROM 24LC256

Là EEPROM chuẩn I2C.

Điện áp 2.5V-5.5V.

Lưu data > 200 năm.

Bộ nhớ 256kbyte.

Khả năng đọc xóa được 1000000 lần.


Trang 35

Bảng 3.3 : Chân và chức năng các chân của EEPROM 24LC256


A0, A1, A2 1, 2, 3 Chân định địa chỉ bằng phần cứng cho EEPROM

VSS 4 Chân nối mass

SDA 5 Chân DATA

SCL 6 Chân xung Clock

WP 7 write-protect input

VCC 8 Chân nối nguồn

3.5. 74LVC1T45.

Hình 3.5 : 74LV1T45

Độ rộng điện áp :

o Vcc(A) : 1.2V – 5.5V

o Vcc(B) : 1.2V – 5.5V

Bảng 3.4 : Điều kiện để xác định input/output 74LV1T45.

Supply voltage Input Input/output

( )CC AV, ( )CC BV

DIR A B

1.2V to 5.5V L A=B Input

1.2V to 5.5V H Input B=A

GND X Z Z


Trang 36

Bảng 3.5 : Chân và chức năng các chân của 74LV1T45

Tên Chân Miêu tả

( )CC AV 1 Nguồn port A và chân DIR

GND 2 Mass(0V)

A 3 Data input or output

B 4 Data input or output

DIR 5 Chân điều khiển hướng

( )CC BV 6 Nguồn port B

3.6. Graphic LCD 128x64.

Hình 3.6 : Graphic LCD 128x64

Bảng 3.6 : Chân và chức năng các chân của GRAPHIC LCD

Symbol Pin Discription Funtion

VSS 1 Ground 0V

VDD 2 Power supply logic circuit +5V

V0 3 LCD contrast adjustment

RS 4 Introduction/ data register selection RS=0 : introduction register

RS=1 : data register

R/W 5 Read/write selection R/W=0 : register write


Trang 37

R/W=1 : register read

E 6 Enable Signal

DB0 7 Data input/output lines 8 bit DB0-DB7

DB1 8

DB2 9

DB3 10

DB4 11

DB5 12

DB6 13

DB7 14

CS1 15 Chip selection CS1=1 : chip select signal

for IC1

CS2 16 Chip selection CS2=1 : chip select signal

for IC2

RST 17 Reset signal RSTB=0 : display

off,display from line 0

VEE 18 Negative Voltage for LCD driving -10V

LED+ 19 Supply voltage for LED+ +5V

LED- 20 Supply voltage for LED- 0V


Trang 38

3.7. 74ALVC164245/SO.

Hình 3.7: 74LVC164245/SO

Độ rộng điện áp nguồn :

o 3V port : (Vcc(A) ) : 1.5V -3.6V

o 5V port : (Vcc(B)) : 1.5V – 5.5V

Bảng 3.7 : Chân và chức năng các chân của 74LV164245/SO

symbol Pin Discription

SOT370-1 and SOT362-1 SOT1134-2

1DIR, 2DIR 1,24 A30,A13 Direction control input

1B0 to 1B7 2,3,5,6,8,9,11,12 B20,A31,D5,D1,

A2,B2,B3,A5

Data input/output

2B0 to 2B7 13,14,16,17,19,20,22,23 A6,B5,B6,A9,D2,

D6,A12,B8

Data input/output

GND 4,10,15,21,28,34,39,45 A32,A3,A8,A11,

A16,A19,A24,A27

Ground

( )CC BV 7,18 A1,A10 Supply voltage B(5V

bus)


Trang 39

1OE ,2OE 48,25 A29,A14 Output enable input

B(active low)

1A0 to 1A7 47,46,44,43,41,40,38,37 B18,A28,D8,D4,

A25,B16,B15,A22

Data input/output

2A0 to 2A7 36,35,33,32,30,29,27,26 A21,B13,B12,A18,

D3,D7,A15,B10

Data input/output

( )CC AV 31,42 A17,A26 Supply voltage A(3V

bus)

n.c - A4,A7,A20,A23,

B1,B4,B7,B9,B11,

B14,B17,B19

Not connected

Bảng 3.8 : Điều kiện để xác định input/output 74LVC164245/SO.

Inputs Output

NOE nDIR nAn nBn

L L nAn=nBn Inputs

L H Inputs nBn=nAn

H X Z Z


Trang 40

CHƢƠNG 4 :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG

4.1. Sơ đồ khối hệ thống.

Hình 4.1 : Sơ đồ khối mạch thiết kế

4.1.1, Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị.

D4

R2 4.7K

LCD_D5LCD_D6D6LCD_D7

R20

4.7K

D5

LCD_DIR

LCD_D0

U274ALVC16245/SO

2356891112

4746444341403837

4 10

15

21

28

34

39

45

3635333230292726

1314161719202223

124

4825

7 18

31

42

1B11B21B31B41B51B61B71B8

1A11A21A31A41A51A61A71A8

GN

DG

ND

GN

DG

ND

GN

DG

ND

GN

DG

ND

2A12A22A32A42A52A62A72A8

2B12B22B32B42B52B62B72B8

1DIR2DIR

1OE2OE

VC

C1

VC

C1

VC

C2

VC

C2

5V

LCD_DI

5V

D7

LCD_D1

LCD_RW

CS2

Q1MMBT2222A

J10BUZZER

12

LCD_D2

BUZZER

LCD_EN

DI

LCD_D3

5V

D2

R8 10k

3.3V

LCD_CS1CS1

Q2MMBT2222A

D3

5V

D0

R22

4.7K

RW

LCD_BRIGHT

D1

LCD_D4

5V

EN

J1

GRAPHIC LCD

1

2

3

456

789

1011121314

1516

17

18

19

20

LCD_CS2

Hình 4.2: khối hiển thị


Trang 41

Với mục đích thay thế máy tính, ta dùng Graphic LCD 128x64 để hiện thị số liệu

đồng hồ do Graphic LCD có thể hiển thị chữ, số, hình ảnh.

Graphic LCD giao tiếp với vi xử lý qua IC đệm 74LVC16245/SO do điện áp của vi

xử lý là 3,3V còn điện áp của Graphic LCD là 5V. IC đệm 74LVC16245/SO là IC cho

phép giao tiếp giữa linh kiện có điện áp từ 1.5V đến 3.6V và linh kiện có điện áp từ 1.5V

đến 5.5V.

Chân 7 và chân 18 là chân nguồn B và được cấp điện áp là 5V.

Chân 31 và chân 42 là chân nguồn A và được cấp điện áp là 3.3V.

Chân 1 và chân 24 là 2 chân điều khiển hướng ngõ vào. Khi chân nOE = 0 nếu

nDIR=1 thì các chân cổng A sẽ là các chân input, lúc này data từ vi xử lý sẽ

truyền ra các chân cổng A qua chân cổng B và đến Graphic LCD, còn nếu chân

nDIR=0 thì các chân cổng B sẽ là các chân input, data trên Graphic LCD được

truyền đến các chân cổng B rồi qua chân cổng A và vào vi điều khiển.

4.1.2, Sơ đồ nguyên lý khối lƣu trữ và đồng hồ thời gian thực.

BT1

BATTERY

R154.7K

3.3V3.3V

U7

DS1302

2

3

4

567

1

8

X1

X2

GN

D

RSTI/OSCLK

VC

C2

VCC1

Y332.768Hz

SCL

U1024LC256

123

4

56

7

8

A0A1A2

GN

D

SDASCL

WP

VC

C

SDA

C915p

C815p

3.3V

DS1302_RST

R144.7K

3.3V

Hình 4.3: Khối lưu dữ liệu và Reatime


Trang 42

Để thực hiện việc lưu số liệu tôi thiết kế trên mạch thêm EEPROM 24LC256.

EEPROM này là EEPROM chuẩn I2C giúp tiết kiệm chân vi điều khiển hơn nữa điện áp

hoạt động của nó là 3.3V bằng điện áp vi điều khiển mà ta sử dụng nên không cần dùng

IC đệm.

Thời gian thực được lấy từ Reatime DS1302. Mục đích của tôi khi sử dụng Reatime

DS1302 là do nó có điện áp hoạt động bằng với vi điều khiển ta đang dùng vì vậy sẽ tiết

kiệm được chi phí và diện tích mạch do không phải gắn thêm IC đệm.

Dữ liệu sau khi lấy từ đồng hồ về PIC24FJ128GB206 sẽ được lưu vào bộ nhớ

EEPROM ngoài là 24LC256 và thời gian lưu. Thời gian sẽ được lấy từ reatime DS1302.

4.1.3, Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp RS485.

5V

U8

RJ45

45

78

1236

VCCVCC

GNDGND

A1B1A2B2

D9

4001

12V

R19

1K

D4

4001

TxD2

12V

RxD2

U21

RJ45

45

78

1236

VCCVCC

GNDGND

A1B1A2B2

5V

U9MAX485

1

2

76

3

4

85

R

RE

BADE

D

VC

CG

ND

RTS2

R18

120

3.3V

R17

1K

U11

74LVC1T45

1 6

23 45

VCCA VCCB

GNDA BDIR

Hình 4.4: Khối RS485

RS485 kết nối với chân bộ Uart của vi điều khiển, sử dụng ngắt nhận của bộ Uart để

nhận số liệu chính xác và liên tục mà không ảnh hưởng tới công việc khác của vi điều

khiển.

IC 74LVC1T45 là IC đệm giao tiếp giữa 2 điện áp khác nhau. Tác dụng của nó giống

như IC74ALVC14245. Do Max485 có điệ áp input là 2V thì max485 đã hiểu là mức 1

trong khi vi điều khiển truyền ra là 3.3V nên trên dây TxD không cần IC đệm, còn điện áp

output của max485 là 3.5V nên khi trên dây RxD phải có IC đệm trước khi vào vi điều

khiển.


Trang 43

4.1.4, Sơ đồ nguyên lý khối nguồn.

Điều kiện điện áp: ta dùng trong mạch là các linh kiện có điện áp nguồn là 3.3V

và 5V vì vậy thiết kế Khối nguồn đưa ra điện áp là 5V và 3.3V để cung cấp cho

toàn mạch.

Điều kiện dòng:

o LT1117-3.3/SO dòng điện hoạt động 800mA

1 24 128 206 24 256 1302 74 1 452FJ GB LC DS LVC TI I I I xI

1 0.8 3 1.28 2 100 205.08I mA mA mA x mA mA < 800mA

o LM2576/TO chịu dòng 3A

LT1117 74 16245 AX4852GraphicLCD ALVC MI I I I xI

0.1 800 100 2 1 902.1I mA mA mA x mA mA < 3A

Như vậy với việc chọn 2 linh kiện là LM2576/TO và LT1117-3.3/SO sẽ đáp ứng

được về điện áp, dòng điện, công suất cung cấp cho toàn mạch.

12V

C14104

C17104

U20LM2576/TO

1

2

3

4

5

VIN

OUTGN

D

FB

ON

/OF

F

5V

+ C11680uF/16V

C15104

L2220uH

U13LT1117-3.3/SO

1

23

AD

J VOUTVIN

D3

1N4007

C23104

C19104

SW1

SW KEY-DPDT

C21104

+

C12680uF/16V

C20104

C13104

C16104

5V

C18104J4

DC JACK

123

3.3V

+

C10680uF/16V

D8SS34

Hình 4.5: khối nguồn

4.2. Sơ đồ nguyên lý .

D4

R2 4.7K

ENC_SCK

5V

LCD_D5

EEPROM_MOSI

U1

PIC24FJxxxGB206

123

456

7

8

910

111213141516

1718

19

20

21222324

25

26

27282930

3132

33

34

35

3637

38

39

40

41

42434445

46

4748

49505152535455

5657

5859

6061626364

PMD5/CN63/RE5SCL3/PMD6/CN64/RE6SDA3/PMD7/CN65/RE7

C1IND/RP21/PMA5/CN8/RG6C1INC/RP26/PMA4/CN9/RG7

C2IND/RP19/PMA3/CN10/RG8

MCLR

C2INC/RP27/PMA2/CN11/RG9

VS

SV

DD

PGEC3/AN5/C1INA/VBUSON/RP18/CN7/RB5PGED3/AN4/C1INB/USBOEN/ RP28/CN6/RB4AN3/C2INA/VPIO/CN5/RB3AN2/C2INB/VMIO/RP13/CN4/RB2PGEC1/AN1/VREF-/ RP1/CN3/RB1PGED1/AN0/VREF +/PMA6/RP0/CN2/RB0

PGEC2/AN6/RP6/CN24/RB6PGED2/AN7/RP7/RCV/CN25/RB7

AV

DD

AV

SS

AN8/RP8/CN26/RB8AN9/RP9/PMA7/CN27/RB9TMS/CV REF/AN10/PMA13/CN28/RB10TDO/AN11/PMA12/CN29/RB11

VS

S

VD

D

TCK/AN12/CTEDG2/PMA11/CN30/RB12TDI/AN13CTEDG1/PMA10/CN31/RB13AN14/CTPLS/RP14/PMA1/CN32/RB14AN15/ RP29/REFO/PMA0/CN12/RB15

SDA2/ RP10/PMA9/CN17/RF4SCL2/ RP17/PMA8/CN18/RF5

RP16/USBID/CN71/RF3

VBUS/RF7

VUSB

D-/CN84/RG3D+/CN83/RG2

VD

DO

SC

I/C

LK

I/C

N2

3/R

C1

2

OS

CO

/CL

KO

/CN

22

/RC

15

VS

S

RTCC/DMLN/RP2 /CN53/RD8DPLN/SDA1/RP4 /PMA14/PMCS1/CN54/RD9

SCL1/ RP3 /PMA15/PMCS2/CN55/RD10RP12/PMACK2/CN56/RD11

DMH/RP11/INT0/CN49/RD0

SOSCI/C3IND/CN1/RC13SOSCO/SCLKI/T1CK/C3INC/RPI37/CN0/RC14

VCPCON/RP24/V BUSCHG/CN50/RD1DPH/RP23/PMACK1/CN51/RD2

RP22/PMBE0/CN52/RD3RP25/PMWR/CN13/RD4RP20/PMRD/CN14/RD5

C3INB/CN15/RD6C3INA/SESSEND/CN16/RD7

VCAPENVREG

VBUSST/V CMPST1/VBUSVLD /CN68/RF0VCMPST2/SESSVLD/CN69/RF1

PMD0/CN58/RE0PMD1/CN59/RE1PMD2/CN60/RE2PMD3/CN61/RE3PMD4/CN62/RE4

U3ENC28J60

1

2

3456789

10

11

1213

14

15

1617

18

19

20

21

22

23

24

25

2627

28

VCAP

VS

S

CLKOUTINTWOLSOSISCKCSRESET

VS

SR

X

TPIN-TPIN+

RBIAS

VD

DT

X

TPOUT-TPOUT+

VS

ST

X

VD

DR

XV

DD

PL

L

VS

SP

LL

VS

SO

SC

OS

C1

OS

C2

VD

DO

SC

LEDBLEDAV

DD

ENC_CS

C722p

BTN2

R651

BT1

BATTERY

RTS2

DI

INT

R5 1K

LCD_D6

DS1302_RST

R154.7K

3.3V

CS1

C622p

BTN1

3.3V

TxD2

C3

103

R13

120

INT

U8

RJ45

45

78

1236

VCCVCC

GNDGND

A1B1A2B2

D9

4001

D6LCD_D7

D1

R1051

BTN0

R20

4.7K

RXD2

U4

RJ45

45

78

36

12

VCCVCC

GNDGND

A2B2

A1B1

D5

C522p

3.3V

LCD_DIR

R12

1K

LCD_D0

ENC_CS

U274ALVC16245/SO

2356891112

4746444341403837

4 10

15

21

28

34

39

45

3635333230292726

1314161719202223

124

4825

7 18

31

42

1B11B21B31B41B51B61B71B8

1A11A21A31A41A51A61A71A8

GN

DG

ND

GN

DG

ND

GN

DG

ND

GN

DG

ND

2A12A22A32A42A52A62A72A8

2B12B22B32B42B52B62B72B8

1DIR2DIR

1OE2OE

VC

C1

VC

C1

VC

C2

VC

C2

3.3V

BTN0

5V

5V

BTN1

Y24MHz

D2

ENC_SCK

12V

LCD_DI

U7

DS1302

2

3

4

567

1

8

X1

X2

GN

D

RSTI/OSCLK

VC

C2

VCC1

ENC_MOSI

3.3V

BTN5

C2

103

R351

5V

BTN2

RTS1

D7

LCD_D1

ENC_MOSI

BTN4

R19

1K

BTN3

Y332.768Hz

3.3V

TxD1

D5

LCD_RW

U2325LV512

1

25

4

7

6

38

CS

SDOSDI

GN

D

HO

LD

SCLK

WP

VC

C

CS2

BTN5

Q1MMBT2222A

J10BUZZER

12

3.3V

BTN4

LCD_BRIGHT

D4

LCD_D2

ENC_MISO

U6

74LVC1T45

1 6

23 45

VCCA VCCB

GNDA BDIR

BUZZER

J6

CON1

1

3.3V

SCL

D4

4001

PGC

RxD1

C1103

LCD_EN

U5MAX485

1

2

76

3

4

85

R

RE

BADE

D

VC

CG

ND

D0

3.3V

EEPROM_SCK

R11

1K

LCD_DIR

TxD2

12V

DI

LCD_D3

L1Ferrite Bead

RxD2

U21

RJ45

45

78

1236

VCCVCC

GNDGND

A1B1A2B2

5V

EEPROM_MISO

R751

SDA

U1024LC256

123

4

56

7

8

A0A1A2

GN

D

SDASCL

WP

VC

C

D2

CS2

LEDA

R8 10k

RTS1

3.3V

LCD_CS1

EEPROM_CS

Y125MHz

CS1

SCL

Q2MMBT2222A

PGD

ENC_MISO

5V

LEDB

J5

CON7

1234567

D3

R21

10K

123456789

5V

EEPROM_CS

D6

SDA

D0

C915p

MCLR

R22

4.7K

LEDA

RW

C422p

U9MAX485

1

2

76

3

4

85

R

RE

BADE

D

VC

CG

ND

EEPROM_MISO

C815p

5V

RTS2

LCD_BRIGHT

R16

1K

R91K

EN

J2

RJ-4

5 H

R9

11

02

A

1

23

45

67

8

910

11

12

MCLR

LEDB

R18

120

3.3V

D1

D1

4148

LCD_D4

EEPROM_MOSI

R17

1K

5V

D7

DS1302_RST

EN

R144.7K

3.3V

PGD

J3

ICSP

12345

J1

GRAPHIC LCD

1

2

3

456

789

1011121314

1516

17

18

19

20

3.3V

RxD1

RW

LCD_CS2

EEPROM_SCK

R4 1K

TxD1

BTN3

U11

74LVC1T45

1 6

23 45

VCCA VCCB

GNDA BDIR

D3

J7

CON1

1

PGC

R1

4.7K


Trang 45

4.3. Lƣu đồ giải thuật.

Button 1

nhấn ?

Button 2

nhấn ?

N

Gửi yêu cầu truyền dữ

liệu đến slave có địa chỉ

bằng ID

ID = ID + 1Y

ID = ID – 1Y

ID = 32 ?

ID = 0 ?

ID = 0Y

ID = 32

Y

N

N

Có dữ liệu từ

slave ?Timeout ?

N

N

Hiển thị dữ liệu

Hiển thị thông

báo mất kết nối

Y

Button 3

nhấn ?

N

Button 4

nhấn ?

N

Đang hiển thị

dòng thứ 0 ?

YCuộn màn hình lên

N

Đang hiển thị

dòng 50 ?

YCuộn màn hình xuống

N

Y

Y

CRC đúng ?

Y

Y

Start

Khởi tạo các module

phần cứng

END

N


Trang 46

Chƣơng 5:

KẾT LUẬN

5.1. Các điểm đạt và chƣa đạt đƣợc.

5.1.1, Các điểm đạt đƣợc.

Hiện nay đề tài của tôi đã hoàn thành phần cứng, giao tiếp được với LCD GRAPHIC,

giao tiếp được với đồng hồ MFM-383, lập trình giao diện hiển thị trên màn hình Graphic

LCD 128x64, kết hợp nút nhấn để chọn đồng hồ nào sẽ được hiện thị trên LCD và kéo

màn hình để tiện quan sát. Lấy được thời gian thực từ DS1302 hiển thị trên LCD.

5.1.2, Các điểm chƣa đạt.

Do thời gian thực hiện đề tài ngắn nên tôi chưa hoàn thành đề tài theo đúng dự tính

ban đầu. Tôi chưa thực hiện được bước truyền dữ liệu từ vi điều khiển về máy tính chủ

qua cổng mạng và lưu dữ liệu vào EEPROM

5.2. Hƣớng phát triển đề tài.

Tôi sẽ tiến hành thiết kế phần mềm để truyền dữ liệu về máy tính qua giao thức

Ethernet và lưu số liệu từ các đồng hồ gửi về vào EEPROM .


Trang 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt :

[1] Hoàng Minh Sơn, “Mạng truyền thông công nghiệp”, NXB khoa học và kỹ thuật,

Hà Nội-2004.

[2] http://www.tailieu.vn

[3] http://www.picvietnam.com

[4] http://www.dientuvietnam.net

Tiếng Anh :

[5] http://www.microchip.com

[6] http://www.engscope.com/pic24-tutorial/

[7] http://www.youtube.com/watch?v=Jdp6owxHVl0&feature=player_embedded

[8] http://www.alldatasheet.com

[9] http://selectautomation.blogspot.com

[10] http://www.modbus.org/

http://www.tailieu.vn/

http://www.dientuvietnam.net/

http://www.engscope.com/pic24-tutorial/

http://www.youtube.com/watch?v=Jdp6owxHVl0&feature=player_embedded

http://www.alldatasheet.com/

http://selectautomation.blogspot.com/

http://www.modbus.org/

Thiết kế mạch giám sát đồng hồ điện công nghiệp

Career

Transcript of Thiết kế mạch giám sát đồng hồ điện công nghiệp