Thiết kế modul ghép nối với PC qua giao diện RS232 để điều khiển và giám sát đèn tín hiệu giao thông ở ngã tư (Lạch Tray–Cầu Đất –Lê Lợi–Tô Hiệu)

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN SẢN XUẤT TÍCH HỢP MÁY TÍNH MÃ HỌC PHẦN Giảng viên Lớp Điều khiển sản xuất tích hợp máy tính Nhóm sinh viên HẢI PHÒNG.

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN SẢN XUẤT TÍCH HỢP MÁY TÍNH MÃ HỌC PHẦN: HẢI PHỊNG, 12/2020 LỜI MỞ ĐẦU Trong chục năm qua , khoa học máy tính xử lý thơng tin có bước tiến vược bậc ngày có đóng góp to lớn vào cách mạng khoa học kỹ thuật đại Đặc biệt đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật số làm cho ngành điện tử trở nên phong phú đa dạng Nó góp phần lớn việc đưa kỹ thuật đại thâm nhập rộng rãi vào lĩnh vực hoạt động sản xuất ,kinh tế đời sống xã hội Từ hệ thống máy tính lớn đến nhứng hệ thống máy tính cá nhân , từ việc điều khiển máy công nghiệp đến thiết bị phục vụ đời sống ngày người Với mong muốn tìm hiểu , ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật đại vào phục vụ sản xuất phục vụ đời sống người Đề tài ứng dụng sản xuất tích hợp máy tính đời sống thực tế phong phú đa dạng nhằm đáp ứng cho sống tiện nghi người Dựa kiến thức tiếp thu môn học nhà trường: Điện tử tương tự số, vi điều khiển,… với hiểu biết thiết bị điện tử, chúng em định thực đề tài: “ Thiết kế modul ghép nối với PC qua giao diện RS-232 để điều khiển giám sát đèn tín hiệu giao thơng ngã tư (Lạch Tray–Cầu Đất –Lê Lợi–Tô Hiệu) Xây dựng phần mềm giao diện đơn giản máy tính để điều khiển giám sát đèn này” với mục đích để tìm, làm quen thiết bị điện tử nâng cao hiểu biết cho Nội dung đồ án gồm chương Chương 1: Giới thiệu phương án thiết kế Chương 2: Giới thiệu phần cứng phần mềm moduule Chương 3: Thiết kế hệ thống mạch mô MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Mô tả hoạt động hệ thống - Mật độ giao thông phát triển mạnh mẽ thị lớn địi hỏi hệ thống điều khiển giao thơng phải xác, linh hoạt, đơn giản hiệu cao Hệ thống đèn giao thông ba pha ngã tư Lê Lợi – Lạch Tray – Cầu Đất – Tô Hiệu phần đáp ứng yêu cầu - Mỗi pha gồm đèn: Xanh – Vàng – Đỏ điều khiển phương tiện giới + Đèn xanh: Cho phép phương tiện di chuyển + Đèn vàng: Thông báo cho phương tiện giảm tốc độ chuẩn bị dừng lại + Đèn đỏ: Các phương tiện dừng lại Các đèn hoạt động chế độ điều khiển tự động giám sát hệ thống máy tính 1.2 Phương án thiết kế Hiện điều khiển sản xuất tích hợp với máy tính việc điều khiển, giám sát, quản lý phát triển mạnh mẽ ưu việt như: độ xác, khả lập trình, sử dụng đơn giản,… Các ứng dụng điều khiển q trình tích hợp máy tính phổ biến sử dụng nhiều nghành khác Trong ghép nối qua cổng RS232 kỹ thuật sử rộng rãi để ghép nối với thiết bị ngoại vi với máy tính Vì vậy, nhóm em thiết kế thống điều khiển giám sát đèn giao thông sử dụng vi điều khiển kết nối cổng RS232 Máy tính gửi tín hiệu xuống vi điều khiển để điều khiển đèn Đồng thời nhận tín hiệu từ vi điều khiển gửi lên để giám sát hoạt động đèn Phương án thiết kế có đặc điểm mạch gọn nhẹ, khơng q phức tạp, lập trình đơn giản dễ thao tác 1.3 Sơ đồ khối - PC: Có nhiệm vụ truyền tín hiệu điều khiển xuống vi điều khiển để điều khiển đèn giao thông Đồng thời nhận tín hiệu từ vi điều khiển thị lên hình để giám sát hoạt động đèn giao thơng - Vi điều khiển: Làm nhiệm vụ tính tốn, xử lý tín hiệu nhận từ máy tính để điều kiển đèn giao thơng gửi tín hiệu hoạt động đèn PC - Thiết bị ngoại vi: Hiển thị tín hiệu nhận từ vi điều khiển - Ta sử dụng cổng RS232 để giao tiếp máy tính vi điều khiển CHƯƠNG GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM CỦA MODUULE 2.1 Khái quát chuẩn giao tiếp RS232 Hình 1: Cổng nối tiếp RS232 2.1.1 Khái niệm RS232 chuẩn giao tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều với thiết bị chiều, chiều dài kết nối lớn cho phép để đảm bảo liệu 12.7 – 25.4 m, tốc độ 20kBit/s tốc độ 115kBit/s với số thiết bị đặc biệt .1.2 Đặc điểm chuẩn RS232 − Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn (logic 1) +-12V Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ 3000 ôm 7000 ôm − Mức logic có điện áp nằm khoảng -3V đến -12V, mức logic từ +− − − − 3V đến 12V Tốc độ truyền nhận liệu cực đại 100kbps ( ngày lớn hơn) Các lối vào phải có điện dung nhỏ 2500pF Trở kháng tải phải lớn 3000 ôm phải nhỏ 7000 ôm Độ dài cáp nối máy tính thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m − Các giá trị tốc độ truyền liệu chuẩn hay dùng : 9600, 19200, 28800, 38400 56600, 115200 bps 2.1.3 Các mức điện áp đường truyền RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch dây dẫn đất Do từ đời mang vẻ lỗi thời chuẩn TTL, sử dụng mức điện áp tương thích TTL để mơ tả mức logic Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cố định giá trị trở kháng tải đấu vào bus phận trở kháng phát Mức điện áp tiêu chuẩn RS232C (chuẩn thường dùng bây giờ) mô tả sau: + Mức logic 0: +3V, +12V + Mức logic 1: -12V, -3V Các mức điện áp phạm vi từ -3V đến 3V trạng thái chuyển tuyến Chính từ -3V tới 3V phạm vi không định nghĩa, trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao từ cao xuống thấp, tín hiệu phải vượt qua quãng độ thời gian ngắn hợp lý Điều dẫn đến việc phải hạn chế điện dung thiết bị tham gia đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số hệ thống hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd 2.1.4 Cấu tạo cổng RS232 Trong thực tế cổng RS232 hay gọi cổng COM có hai loại đầu nối DB-25 DB-9 Trong DB-25, có 25 chân có sẵn sử dụng cho nhiều ứng dụng, số ứng dụng khơng sử dụng tồn 25 chân Vì vậy, đầu nối chân chế tạo để thuận tiện cho thiết bị kết nối với Hình 2: Cổng RS232 25 chân kết nối Hình 3: Cổng RS232 chân kết nối Ta xét sơ đồ chân cổng Com chân: Bảng 1: Chức chân RS232 Số chân Hướng truyền Chức DCE đến DTE DCE đến DTE DTE đến DCE DTE đến DCE Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang liệu Receive Data (RxD) : Nhận liệu Transmit Data (TxD) : Truyền liệu Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối liệu sẵn sàng kích hoạt phận muốn truyền liệu Singal Ground ( SG) : Mass tín hiệu DCE đến DTE DTE đến DCE DCE đến DTE DCE đến DTE Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, kích hoạt truyền sẵn sàng nhận liệu Request to Send : yêu cầu gửi,bô truyền đặt đường lên mức hoạt động sẵn sàng truyền liệu Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi ,bơ nhận đặt đường lên mức kích hoạt động để thơng báo cho truyền sẵn sàng nhận tín hiệu Ring Indicate (RI) : Báo chng cho biết nhận nhận tín hiệu rung chng 2.1.5 Quá trình truyền liệu Truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 thực không đồng Do nên thời điểm có bit truyền (1 kí tự) Bộ truyền gửi bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết kí tự gửi đến lần truyền bit tiếp the Bit bắt đầu mức Tiếp theo bit liệu (bits data) gửi dạng mã ASCII (có thể 5,6,7 hay bit liệu) Sau Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit dừng - bit stop 1, 1,5 hay bit dừng 2.1.6 Tốc độ Baud Đây tham số đặc trưng RS232 Tham số đặc trưng cho trình truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 tốc độ truyền nhận liệu hay gọi tốc độ bit Tốc độ bit định nghĩa số bit truyền thời gian giây hay số bit truyền thời gian giây Tốc độ bit phải thiết lập bên phát bên nhận phải có tốc độ ( Tốc độ vi điều khiển máy tính phải chung tốc độ truyền bit) Ngồi tốc độ bit cịn tham số để mô tả tốc độ truyền tốc độ Baud Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa liệu sử 10 + Terminal: cổng mà liệu truyền qua Block Diagram Front Panel, Nodes Block Diagram Các Terminal hiển thị dạng Icon Function + Nodes: phần tử thực chương trình, chúng hàm, mệnh đề, tốn tử, chương trình ngơn ngữ lập trình thơng thường Khi nối hàm lại với đầu vào, hàm có mầu để ta nhận biết kiểu liệu đầu Nếu kiểu liệu khơng phù hợp nối xảy lỗi, chương trình khơng thực Ngoài Front Panel Block Diagram cịn có cơng cụ để thực số chức chạy, dừng − Biểu tượng kết nối (Icon Connector) + Icon (biểu tượng) biểu tượng VI, sử dụng từ VI muốn sử dụng chức VI khác Khi VI gọi SubVI, nói cách khác SubVI chương trình ngơn ngữ lập trình khác + Connector (bộ nối) : phần tử Teminal dùng để nối đầu vào đầu VI với sử dụng Mỗi VI có Icon connector mặc định hiển thị phía góc trái Block Diagram Front Panel 2.5.4 - Ứng dụng LABVIEW Trong đo lường môi trường công nghiệp Thiết kế hệ thống nhúng Trong dạy học nghiên cứu …………… 29 2.6 Khái quát phần mềm CCS - CCS trình biên dịch lập trình ngơn ngữ C cho Vi điều khiển PIC hãng Microchip - Chương trình tích hợp trình biên dich riêng biết cho dịng PIC khác là: + PCB cho dòng PIC 12‐bit opcodes + PCM cho dòng PIC 14‐bit opcodes + PCH cho dòng PIC 16 18‐bit - Tất trình biên dich đuợc tích hợp lại vào chương trình bao gồm trình soạn thảo biên dịch CCS, phiên PCWH Compiler Ver 3.227 - Giống nhiều trình biên dich C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh vi điều khiển PIC sử dụng PIC dự án Các chương trình diều khiển thực nhanh chóng đạt hiệu cao thơng qua việc sử dụng ngơn ngữ lạp trình cấp cao – Ngơn ngữ C.Tài liệu hướng dẫn sử dụng có nhiều, chi tiết Help kèm theo phần mềm (tài liệu Tiếng Anh) Trong trợ giúp nhà sản xuất mô tả nhiều hằng, biến, thị tiền xủa lý, cấu trúc câu lệnh chương trình, hàm tạo sẵn cho người sử dụng… 30 Hình 12: Cửa sổ CCS CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Nguyên lý vận hành hệ thống Hình 1: Sơ đồ phân luồng giao thơng Chú thích: 31 Đèn 1: Đèn Lạch Tray Đèn 4: Đèn Lạch Tray thẳng Đèn 2: Đèn Lê Lợi Đèn 5: Đèn rẽ phải Lê Lợi Đèn 3: Đèn Lạch Tray rẽ trái Đèn 6: Đèn rẽ phải Tô Hiệu Nguyên lý hoạt động: Tại thời điểm ban đầu, đèn đèn trạng thái đèn đỏ với thời gian sáng 70 giây 35 giây Đèn chuyển xanh với thời gian sáng 30 giây cho phép phương tiện từ Tô Hiệu Lạch Tray sang Cầu Đất Lúc này, đèn rẽ phải Lê Lợi Tô Hiệu sáng cho phép phương tiện rẽ phải Sau đó, đèn chuyển đỏ 65 giây, đèn chuyển xanh 30 giây cho phép phương tiện di chuyển sang Tô Hiệu Lạch Tray Đèn trạng thái đèn đỏ với thời gian chờ lại 35 giây Khi đèn chuyển đỏ với thời gian sáng 60 giây, đèn chuyển xanh với thời gian sáng 20 giây cho phép phương tiện rẽ trái sang Tô Hiệu tiếp tục lặp lại chu kỳ 3.2 Xây dựng sơ đồ mạch, viết chương trình 3.2.1 Sơ đồ mạch 32 Hình 2: Sơ đồ mạch 3.2.2 Viết chương trình điều khiển a Viết chương trình CCS #include #FUSES NOWDT #FUSES HS #FUSES NOBROWNOUT #FUSES NOLVP #use delay (clock=4000000) #use rs232(UART1,baud=9600,parity=N,stream=UART_CUNG,errors) #use fast_io(d) #use fast_io(b) #use fast_io(c) #use fast_io(a) #byte portd=0x08 #bit rb0=0x06.0 // led1 #bit rb1=0x06.1 // led2 #bit rb2=0x06.2 // led3 #bit rb3=0x06.3 // led4 #bit rb4=0x06.4 // led5 #bit rb5=0x06.5 // led6 #bit rc0=0x07.0 // x1 33 #bit rc1=0x07.1 // v1 #bit rc2=0x07.2 // d1 #bit rc3=0x07.3 // x2 #bit rc4=0x07.4 // v2 #bit rc5=0x07.5 // d2 #bit ra0=0x05.0 // x3 #bit ra1=0x05.1 // v3 #bit ra2=0x05.2 // d3 #define bat #define tat // -int m[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; int num1,donvi1,chuc1; int num2,donvi2,chuc2; int num3,donvi3,chuc3; char ts; signed int8 gg; // -delay void delay(int ms) { int a,b; for(a=0;a