xây dựng module ghép nối máy tính đo mức đa kênh qua giao diện rs232

Được sự hướng dẫn của thầy TRẦN SINH BIÊN em đã hoàn thành bài tậpmôn điều khiển sản xuất máy tính với đề bài thiết kế trung tâm đo mức đa kênhtương tự ,số ghép nối mạng theo tiêu chuẩn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

Chương 1 3

TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN ĐO MỨC 3

1.1.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC 3

1.2.CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO MỨC 5

Chương 2 10

XÂY DỰNG MODULE GHÉP NỐI MÁY TÍNH ĐO MỨC ĐA KÊNH 10

2.1.SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG ĐO MỨC 10

2.2.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 13

Chương 3 23

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 23

3.2.CHƯƠNG TRÌNH TRÊN VB 24 KẾT LUẬN

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay sự phát triển của kĩ thuật ghép nối máy tính đã mở rộng đáng kểcác lĩnh vực ứng dụng của máy tính, đặc biệt trong đo lường và điều khiển Trongcông nghiệp các hệ thống tự động điều khiển quá trình cần có sự kiểm tra và giámsát hoạt động của hệ thống

Kết hợp giữa các phần mềM lập trình như C, C++, Visual C, Visual Basic … vớicác môdul ghép nối ta có thể quan sát, điều khiển được quá trình hoạt động của hệthống

Được sự hướng dẫn của thầy TRẦN SINH BIÊN em đã hoàn thành bài tậpmôn điều khiển sản xuất máy tính với đề bài thiết kế trung tâm đo mức đa kênh(tương tự ,số) ghép nối mạng theo tiêu chuẩn công nghiệp RS485,xây dựn modulgiám sát điều khiển dùng chuẩn RS232.Do kiến thức và thời gian có hạn nên bàilàm còn nhiều hạn chế và chưa thực sự được như mong muốn của bản thân Rấtmong được sự nhận xét chỉ bảo của thầy cô và các bạn để bài tập của em đượchoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn!

Hải phòng,11/2011Sinh viên :HOÀNG THỊ LOAN

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN ĐO MỨC 1.1.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC

Trong thời đại công nghiệp hiện nay,việc xác định mức chất lưu là vô cùng

quan trọng Khi mà con người không thể đo đạc trực tiếp và thực hiện một cáchliên tục thì công việc đó lại càng trở nên cần thiết.Mục đích của việc đo và pháthiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối lượng chất lưu trong các bìnhchứa.Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng

+ Khi đo liên tục, biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tíchchất lưu còn lại trong bình chứa

+ Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phâncho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không

Có 3 phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức:

+ Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện

+ Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu

+ Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu

1.1.1 Phương pháp thủy tĩnh.

-Phương pháp thủy tĩnh dùng để đo mức chất lưu trong bình chứa.1.1.2

Các loại cảm biến thường dùng là phao cầu,phao trụ,cảm biến vi sai ápsuất,loadcell…

1.1.2 Phương pháp điện

Các cảm biến đo mức bằng phương pháp điện hoạt độn theo nguyên tắc chuyển đổitrực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện củachất lưu.Các loại cảm biến thường dùng là cảm biến độ dẫn và cảm biến điện dung

1.1.3.Phương pháp bức xạ

Cảm biến bức xạ cho phép đi mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi trườngđo,ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức ở điều kiện môi trường có nhiệt độ,áp

suất cao hay môi trường có tính ăn mòn mạnh.

Các loại cảm biến thường thấy là cảm biến từ giảo,cảm biến sóng siêu âm,cảm biếntia lazer,cảm biến mức radar

1.2.CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO MỨC

1.2.1 Đo mức dùng phao nổi kết hợp với biến trở

Nguyên lý:Dưới tác dụng của trọng lực chất lỏng và không khí chiếc phao sẽ nổitrên bề mặt chất lỏng và dao động theo mức chất lỏng trong bình chứa.Khi mức

chất lỏng thay đổi phao sẽ nâng lên hạ xuống làm thay đổi biến trở,tín hiệu áp lấy

ra trên biến trở sẽ thay đổi tỷ lệ với mức chất lỏng,đo tín hiệu này sẽ suy ra mứcchất lỏng

1.2.2.Cảm biến áp suất để đo mức

Loại này sử dụng một cảm biến áp suất vi sai để đo mức,bằng cách đo độ chênhlệch về áp suất ở đáy bình và áp suất tĩnh (áp suất của khoảng không khí trong bìnhchứa).Áp suất dưới đáy cột nước được tính theo công thức

P= h

Trong đó là trọng lượng riêng của chất lỏng

h là chiều cao cột chất lỏng

1.2.3.Cảm biến điện dung đo mức

Cảm biến hoạt động dựa trên sự khác biệt hằng số điệnmôi giữa chất lưu và không khí Điều kiện cần thiết để ápdụng phương pháp này là hằng số điện môi của chất lưuphải lớn hơn hằng số điện môi của không khí, thường làgấp đôi Hằng số điện môi của không khí là khoảng1.0,dầu có hằng số điện môi từ 1.8 đến 5; nước có hằng sốđiện môi ở giữa khoảng 50 đến 80 Khi mức chất lưu thayđổi thì điện dung cũng thay đổi tương ứng

C=

Trong đó là hằng số điện môi của chất lỏng

d là khoảng cách giữa các điện cực

1.2.4.Cảm biến siêu âm đo mức

Nguyên lý:Đo khoảng thời gian từ lúc truyền sóng đến lúc nhận được sóng phảnhồi để suy ra mức chất lỏng,sử dụng sóng ở dải tần 10kHz,tốc độ truyền 340m/strong không khí ở 15 độ C.

Chương 2

XÂY DỰNG MODULE GHÉP NỐI MÁY TÍNH ĐO MỨC ĐA KÊNH

2.1.SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG ĐO MỨC

Thuyết minh :

• Khối nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống

• Khối cảm biến :Hai cảm biến tương tự và số được gắn trên bình chứa nướccần đo

+Cảm biến tương tự:Ở đây em dùng phao để đo mức nước.Phao sẽ được gắn với 1biến trở,đọc giá trị điện áp trên điện trở để tính mức nước.(có thể sự dụng loại phaoxăng của xe máy)

+Cảm biến số: Trên bình em sẽ gắn 3 cảm biến on/off (công tắc hành trình) ở 3 vịtrí 1,2,3.Với quy ước khi nước chưa qua cảm biến (ở dưới cảm biến và cảm biến

chưa tác động) là mức 0 và khi nước dâng qua cảm biến

(ở trên cảm biến và cảm biến tác động) là mức 1.Đầu ra

của 3 cảm biến được nối với 3 dây dẫn làm 3 tín hiệu vào

và gửi về PC để xử lý kết quả

• Khối ADC:vì mức nước là một đại lượng liên tục nên tin hiệu cảm biến đưa vềcần được chuyển đổi thành tín hiệu số để làm việc với các linh kiện điện tử.Tín hiệu tương tự của điện áp đo được sẽ được đua vào một bộ biến đổiDAC.Ở đây em dùng vi mạch ADC0804

Giới thiệu vi mạch ADC0804:

Đây là bộ biến đổi A/D 8bit tác động nhanh do hãng NSC sản xuất.Vi mạch này

có đầu ra là dữ liệu song song tương thích chuẩn TTL.Các lối ra này sẽ ở trạng thái

trở kháng cao khi một trong 2 lối vào , ở mức logic cao,đặc tính này chophép vi mạch ADC0804 có thể ghép được vào bus dữ liệu.

Các thông số kĩ thuật :

+ Bus dữ liệu 8bit

+Có lối vào analog vi phân

+Tất cả các tín hiệu số tương thích TTL

+Bộ phát xung nhịp được tích hợp trên chip

+Dải tín hiệu Analog lối vào là 0 đến 5V khi điện áp nguồn nuôi là 5V

+Không cần tín hiệu chỉnh điểm 0

+Dòng tiêu thụ khoảng 1,9mA

• Các khối chuyển đổi:

+TTL/RS485 Vì tín hiệu làm việc của các IC theo chuẩn TTL nên để truyền thông bằng mạng 485 ta cần một bộ chuyển chuẩn TTL sang chuẩn RS485

*Giới thiệu về chuẩn RS485:Chuẩn này ra đời sau chuẩn RS232 với mục

đích khắc phục những nhược điểm của chuẩn RS232 là đường truyền ngắn và dễ bịnhiễu,do chuẩn RS485 sử dụng phương pháp truyền hai dây vi sai do đó loại đượcnhiễu chung.Hơn nữa với chuẩn RS485 ta có thể ghép nối bus nhiều modul,khácvới RS232 là kết nối điểm -điểm ,chỉ tối đa 2 thiết bị được giao tiếp vớinhau,chuẩn RS485 cho phép ta mở rộng tới 32 thiết bị.Như vậy ta có thể xây dựngnhững hệ thống đo từ nhiều modul riêng biệt mà ở đây em ứng dụng cho 2 kênh đotương tự và số.Tất nhiên,tại một thời điểm chỉ có 2 thiết bị được giao tiếp vớinhau,việc này được thực hiện bằng cách gán địa chỉ cho các slaver,và thiết bị đóngvai trò master sẽ gửi lệnh chọn địa chỉ,khi 1 slaver được chọn thì các slaver khác sẽ

ở mức trở khác cao tách ra khỏi hệ thống

+RS485/RS232:Do qui định mức tín hiệu logic của 2 chuẩn này là khác nhau(RS232:”1”=-3 đến -12V,”0”=3 đến 12V,RS485:”1” =-1.5 đến -5V,”0”=1.5 đến

5V) nên ta cần dùng một bộ chuyển chuẩn phù hợp mới có thể truyền thông vớimáy tính qua cổng COM.

• PC :giao diện Visual Basic để điều khiển chọn kênh và hiển thị mức nước đo về

đó nhờ SN75176 chuyển sang chuẩn RS485 và truyền về máy tính qua bộ chuyểnđổi RS485/RS232.Vận tốc truyền được xác định bởi tần số tín hiệu ở chân RRC vàTRC,nhờ vi mạch chia tần HC4060 có thể thay đổi các tốc đọ khác nhau

*Nhận:Khi một byte được truyền tới vi mạch 6402 từ TxD,chân DR sẽ chuyển

mức 1,byte truyền tới được xuất ra song song ở RBR1-RBR8,muốn xóa DR ta cho

ở mức 0

Các bit điều khiển:CLS1=1,CLS2=1(00:5bit,01:6 bit,10:7 bit,11:8 bit),PI=1(khôngdùng bit chẵn lẻ),SBS=0 (1 bit stop,bằng 1 thì 2 bit stop),EBE=1 (bit chẵn được sửdụng,bằng 0 bit lẻ được sử dụng).Khuôn mẫu này được dùng để thiết lập bên máytính nếu không bộ UART sẽ nhận những dữ liệu sai

• Kênh tương tự:

* Module nhận tín hiệu từ cảm biến tương tự

Khi D36402R nhận 1 byte từ TxD nó sẽ cho DR ở mức cao đưa vào chân

của ADC0804 để bắt đầu chuyển đổi A/D.Đổi xong tác động đưa vào

nạp 8 bit đã đổi vào thanh ghi đệm truyền và truyền đi nối tiếp,đồng thời đưa vào

làm xóa DR ngưng đổi cho đến khi có một byte mới vào RRI

• Kênh số:

*Module nhận tín hiệu từ cảm biến số:

2 2.2.Modul chuyển đổi tín hiệu RS232/TTL

MAX232 là IC gồm 2 bộ điều khiển và 2 bộ nhận có thể

tạo ra mức điện áp theo chuẩn RS232 từ 1 nguồn đơn 5V

nhờ việc kết nối những tụ điện bên ngoài.Điều này giúp

việc giao tiếp các thiết bị bên ngoài với máy tính qua

cổng COM trở nên dễ dàng hơn.Mỗi 1 bộ nhận

(Rin-Rout) của MAX232 sẽ chuyển đổi mức điện áp RS232 của máy tính thành mứcđiện áp TTL tương thích với các IC.Mỗi 1 bộ điều khiển (Tin-Tout) của MAX232

sẽ chuyển đổi những mức điện áp TTL của các IC thành mức điện áp RS232 tươngthích với máy tính

Mức logic 1 phía bên RS232 sẽ mang điện áp âm,sau khi qua MAX232 sẽ mang ápdương tương ứng với mức logic 1 bên phía TTL và ngược lại.Mức logic 0 bên phíaRS232 sẽ mang điện áp dương,sau khi qua MAX232 sẽ mang mức áp tương ứngvới mức logic 0 bên phía TTL.Cách mắc các tự thực hiện đúng theo hướng dẫn củanhà sản xuất,tận dụng 2 chân 7 và 10 còn trống của MAX232 ta tạo ra mức điện ápâm,từ đò gắn điện trở 4,7k làm điện trở kéo lên cho chân TxD

Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi chuẩn TTL sang RS232

2.2.3.Sơ đồ chuyển tín hiệu TTL thành RS485

Ở đây em sử dụng IC SN75176BP,là IC chuyên

nhận dữ liệu dựa vào sự sai lệch tín hiệu trên đường

truyền.Nó là mạch tích hợp được thiết kế cho việc

truyền thông dữ liệu 2 chiều trên những đường truyền đa điểm.SN75176BP truyền

dữ liệu theo kiểu cân bằng,phù hợp cho những chuẩn ANSI 422B,TIA/EIA485-A và ITU Recommendation V.11,X.27

StandardsTIA/EIA-SN75176BP được kết hợp 1 chân điều khiển (DE) và 1 chân thu (RE) cho phép cácngõ ra tương ứng đạt được 3 trạng thái.Tất cả được vận hành chỉ với 1 nguồn đơn 5VDC.Chân điều khiển tác động mức cao là cho phép phát đi,chân thu tác động mức thấp là cho phép nhận vào.Hai ngõ thu tín hiệu sai biệt và 2 ngõ phát tín hiệu sai biệt được nối lại với nhau bên trong IC tạo thành 1 bus xuất nhập 2 dây,điều

này cho phép tải trên bus là nhỏ nhất khi chân điều khiển không được tích cực.

• Mạch nhận tín hiệu:

Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi tín hiệu RS485 sang tín hiệu TTL

Chân được nối mass cho phép SN75176BP thực hiện chức năng nhận tín hiệuvào.Tín hiệu RS485 với đường truyền 2 dây cân bằng từ các modul quaSN75176BP chuyển thành tín hiệu TTL,qua ngõ vào chân 11 của MAX232 rồi kếtnối với máy tính qua cổng COM.R4,R5 là 2 điện trở phân cực,ngõ ra R có led hiệnthị

Vcc cho phép SN75176BP phát tín hiệu.Tín hiệu TTL từ ngõ ra chân 12 MAX232qua SN75176BP chuyển đổi thành tín hiệu RS485 đi đến các modul điềukhiển.Mạch có led hiển thị trạng thái phát,H là Jumper có thể tháo ra khi khôngdùng đến 2 điện trở phân cực R4,R5

• Mạch bảo vệ đường truyền:

Việc kết nối này nhằm đảm bảo áp trên đường dây A,B khong dương quá 11,2Vhay âm quá -6,2V.Nếu áp trên mỗi đường dây quá cao có thể gây nhiễu hay hưhỏng thiết bị

• Sơ đồ nguyên lý mạch chọn kênh:

Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi từ RS485 sang RS232:

Kênh số

Truyền thông

Kết thúc

Dim level As Double

Dim Lref As Double

SENDBYTE (1) 'CHON KENH TUONG TU

Private Sub CMD_HELP_Click()

Label3 = "HAY KIEM TRA LAI CAC THIET BI VA DAY NOI"End Sub

Private Sub Form_Load()

OPENCOM ("COM1,9600,N,8,1")

End Sub

Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer)

Sau thời gian tìm hiểu và thực hiện bài tập lớn của em đã đạt được một số vấn đề sau:

-Nghiên cứu các loại cảm biến đo mức,tìm hiểu nguyên lý đo và một số loại cảm biến hiện có trên thị trường.

-Tìm hiểu một số chuẩn giao tiếp máy tính RS232 và RS485,xây dựng được modul đo mức 2 kênh ghép nối máy tính ứng dụng hai chuẩn này -Xây dựng được giao diện và chương trình giám sát và điều khiển trên phần mềm VisualBasic6.0.

Tuy nhiên bài làm còn một số hạn chế sau:

-Chưa hiểu cẵn kẽ phần chuyển đổi ADC nên chương trình chưa hoàn thiện.

-Kiến thức lập trình VB chưa thành thạo nên giao diện và chương trình còn đơn giản.

-Bài làm chỉ mang tính chất lý thuyết,mô phỏng ,chưa xây dựng được mạch phần cứng nên chưa có tính ứng dụng cao.

Hải phòng,ngày 2/12/2011 Người thực hiện

Sinh viên HOÀNG THỊ LOAN