THIẾT KẾ HỆ THÓNG GIÁM SÁT,ĐIỀU KHIỂN VÀ THU THẬP DỮ LIỆU VÔ TUYẾN CHO MỘT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT,ĐIỀU KHIỂN VÀ THU THẬP DỮ LIỆU VÔ TUYẾN CHO MỘT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG GVHD : Th.s TRẦN THANH NGÔN SVTH : PHẠM NGỌC PHI HÙNG-811146D TRẦN VĂN TRUNG -811240D Lớp : 08DD3N Khố : 08 TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2009 i LỜI CẢM ƠN Để có kiến thức vững chuyên ngành ngày hôm em xin chân thành cảm ơn tồn thể thầy khoa Điện-ĐiệnTử, trường ĐH Tơn Đức Thắng hết lịng truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm quí báu suốt thời gian em học tập trường Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy TRẦN THANH NGƠN, Thầy tận tình hướng dẫn bảo cho em hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… iii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… iv MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Giới thiệu hệ thống SCADA 1.2 Giới thiệu sóng Radio Frequency(RF) 1.3 Lợi ích hệ thống SCADA khơng dây .5 1.4 Ứng dụng hệ thống SCADA không dây .6 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ,LINH KIỆN 2.1 Các loại Module RF thị trường 2.1.1 FS1000A 315 MHz Radio Transmitting Module 2.1.2 PCR1A 315 MHz Radio Superregeneration Receiver Module 2.1.3 Module CC1100_M .9 2.1.4 Module RF FSK 10 2.1.5.Module JZ861 11 2.2 Module RF sử dụng luận văn .13 2.3 AT_MEGA 16 13 2.3.1 Các ghi sử dụng luận văn: .18 2.3.1.1 Thanh ghi dùng xử ADC 18 2.3.1.1.1 Thanh ghi ADMUX .18 2.3.1.1.2 Thanh ghi ADCSRA 20 2.3.1.1.3 Thanh ghi ADCH,ADCL 20 2.3.1.2 Thanh ghi dùng xử lý USART 21 2.3.1.2.1 Thanh ghi vào/ra liệu (UDR) 22 2.3.1.2.2 Thanh ghi UCSRA 23 2.3.1.2.3 Thanh ghi UCSRB .24 2.3.1.2.4 Thanh ghi UCSRC .24 2.3.1.2.5 Thanh ghi tốc độ Baud 24 2.3.1.3 Thanh ghi dùng xử lý PWM: 24 2.3.1.3.1 Thanh ghi bit PWM0: 25 2.3.1.3.2 Thanh ghi 16 bit PWM1 25 2.3.1.3.2.a Thanh ghi 16 bit OCR1A 26 2.3.1.3.2.b Thanh ghi 16 bit OCR1B 26 2.3.1.3.3 Thanh ghi bit PWM2 27 2.4 AT_MEGA64 28 v 2.4.1 Các ghi sử dụng luận văn 29 2.4.1.1 Thanh ghi USART 29 2.4.1.1.a Thanh ghi vào/ra liệu (UDnR) .31 2.4.1.1.b Thanh ghi điều khiển trạng thái A (UCSRnA) 32 2.4.1.1.c Thanh ghi điều khiển trạng thái B (UCSRnB) 32 2.4.1.1.d Thanh ghi điều khiển trạng thái C (UCSRnC) 33 2.4.1.1.e Thanh ghi tốc độ Baud (UBRRL UBLLH) 33 2.5 Encoder 33 2.6 LCD 16x2 GlCD 34 2.6.1 LCD (Graphic Liquid Crystal ) 34 2.6.2 GLCD(Graphic Liquid Crystal Display) .35 2.7 Cảm biến nhiệt DS1820 35 2.8 Giao tiếp RS-232 36 2.9 Giao tiếp RS-485 37 2.9.1 Giới thiệu 37 2.9.2 Đường dây cân bất cân 38 2.9.3 Yêu cầu điện áp 40 2.9.4 Yêu cầu dòng 41 2.9.5 Tốc độ .42 2.9.6 Truyền song công 42 2.9.7 Truyền bán song công 42 2.9.8 Mạch bảo vệ 43 2.9.9 Đường dây dài ngắn .43 2.9.10 Trở kháng đường dây 44 2.9.11 Mạch phân cực .45 2.9.12 Cáp xoắn .46 2.9.13 Nối đất 46 2.10 Mạng truyền thông .47 2.10.1 Giới thiệu 47 2.10.2 Phân loại kênh truyền 47 2.10.3 Băng thông tốc độ bit 47 2.10.4 Điều chế tín hiệu 48 2.10.5 Kiểu truyền 48 vi 2.10.6 Truyền thông kiểu nối tiếp bất đồng .49 2.10.7 Thiết lập mạng .50 2.10.8 Giao thức quản lý mạng 51 2.10.9 Định địa 54 2.10.10 Gán địa 54 2.10.11 Kiểm tra CRC 54 2.10.12 Tính tốn CRC 55 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 56 3.1 Giải thuật điều khiển hệ thống 56 3.1.1 Giới thiệu Frame truyền .56 3.1.2 Giới thiệu giải thuật chung 56 3.2 Giới thiệu mơ hình trạm 57 3.2.1 Giới thiệu chung 57 3.2.2 Giải thuật điều khiển trạm 59 3.2.3 Thiết kế thi công mạch trạm 59 3.2.3.1 Thiết kế mạch điều khiển trung tâm CMU 59 3.2.3.2 GLCD (Graphic Liquid Crystal Display) .61 3.2.3.3 Sơ đồ mạch điều khiển cảm biến nhiệt DS1820 62 3.2.3.4 Mạch phát hiệm điểm Zero điện lưới 63 3.2.3.5 Mạch diver điều khiển cuộn dây nhiệt 64 3.2.3.6 Mạch động lực điều khiển động 65 3.2.3.7 Mạch nguồn 67 3.3 Giới thiệu mô hình trạm 69 3.3.1 Giải thuật điều khiển cho trạm 69 3.3.2 Mơ hình trạm 70 3.3.3 Sơ đồ mạch điều khiển .73 3.3.3.1 Khối điều khiển trung tâm 73 3.3.3.2 Khối đọc giá trị Encoder 75 3.3.3.3 Khối driver điều khiển tải động rơle 76 3.3.3.4 Khối driver điều khiển tải động dạng cầu H 76 3.4 Tổng thể truyền thông hệ thống .77 3.4.1 Module giao tiếp chủ 78 vii 3.4.1.1 Thiết kế module giao tiếp chủ 79 3.4.2 Module giao tiếp tớ 79 3.4.2.1 Thiết kế Module giao tiếp tớ 79 3.4.3 Thiết kế khối chuyển đổi RS232 sang RS485 80 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 84 PHỤ LỤC 85 A Chương trình AVR Studio 4.0 85 B Chương trình Visual Basic 6.0 .86 B1 Hướng dẫn chọn thông số cổng COM 86 B2 Các thuộc tính MSComm .88 C Giao diện luận văn trênVB 90 C1 Giao diện trạm 90 C2 Giao diện trạm 91 D Chương trình điều khiển trạm .91 E Chương trình điều khiển trạm .104 TÀI LIỆU THAM KHẢO .123 viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ADC-Analog-to-Digital Converter PWM-Pulse Width Modulator USART- The Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition RF- Radio Frequency RXC-USART Receive Complete TXC-USART Transmit Complete UDRE- USART Data Register Empty FE-Frame Erro URSEL-Register Select UMSEL-USART Mode Select URSEL-Register Select FOC-Force Output Compare WGM-Waveform Generation Mode COM-Compare Match Output Mode COMA-Compare Output Mode for Channel A COMB-Compare Output Mode for Channel B FOCA-Force Output Compare for Channel A FOCB-Force Output Compare for Channel B ICNC-Input Capture Noise Canceler ICES-Input Capture Edge Select CS-Clock Select ix DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.0 Bảng so sánh đặc tính AT MEGA16 AT89C51 .15 Bảng 2.1 Bảng thông số lựa chọn điện áp tham chiếu 19 Bảng 2.2 Bảng lựa chọn tần số xử lý ADC 20 Bảng 2.3 Bảng lựa chọn chế độ PWM0 25 Bảng 2.4 Bảng lựa chọn tần số PWM0 25 Bảng 2.5 Bảng lựa chọn tần số PWM1 26 Bảng 2.6 Bảng lựa chọn tần số PWM1(tiếp theo) 26 Bảng 2.7 Bảng Lựa chọn chế độ PWM2 .28 Bảng 2.8 Bảng lựa chọn tần số PWM2 28 Bảng 2.9 Sơ đồ chân RS232 36 x PHỤ LỤC { if(CTHTTAY=1) break; } OCR2=0; } void movat() { OCR0=0; OCR2=0; DCHIEUTAY=1; OCR2=255; _delay_ms(1200); OCR2=0; } //================================================ ====== //CHAY LEN XUONG //================================================ ====== void chaylendacongtacdunglai() { DCHIEULENXUONG =1; OCR1A=5; //95% cong suat hien_thi_LCD(); while (1) { if(CTHTTREN==0) break; } OCR1A=255;//tat PWM _delay_ms(1000); 109 SVTH:Phạm Ngọc Phi Hùng 811146D Trần Văn Trung 811240D PHỤ LỤC } void chayxuongdacongtacdunglai() { DCHIEULENXUONG=0; OCR1A=5;//95% cong suat hien_thi_LCD(); while (1) { if(CTHTDUOI==0) break; } OCR1A=255;//tat PWM _delay_ms(1000); } void chayxuong100() { DCHIEULENXUONG=0; OCR1A=5;//95% cong suat while(1) { _delay_ms(300); OCR1A=255;//tat PWM break; } DCHIEULENXUONG=1;//thang lai } //================================================ ====== //QUAY TRAI,QUAY PHAI //================================================ ====== void quay_P(gocquay,huongquay) 110 SVTH:Phạm Ngọc Phi Hùng 811146D Trần Văn Trung 811240D PHỤ LỤC { OCR0 = 50; gocquay=((gocquay*77)/18); DCHIEUQUAY=1; while(1) { hien_thi_LCD(); if(temp>= gocquay) { OCR0 = 0; break; } } } void quay_T(gocquay) { OCR0 = 50; gocquay=((gocquay*77)/18); DCHIEUQUAY=0; while(1) { hien_thi_LCD(); if(temp>= gocquay) { OCR0 = 0; break; } } } /* void quay(gocquay,huongquay) { temp=0; OCR0 = 50; gocquay=((gocquay*77)/18); 111 SVTH:Phạm Ngọc Phi Hùng 811146D Trần Văn Trung 811240D PHỤ LỤC switch (huongquay) { case 0: DCHIEUQUAY=0; break; case 1: DCHIEUQUAY=1; break; } while(1) { hien_thi_LCD(); if(temp >= gocquay)//lon hon giatri dat thi dung lai { OCR0 = 0; temp1=(temp-gocquay);//kiem tra sai so _delay_ms(30); if (temp1>0)//neu co sai so { temp=0; OCR0 = 15; switch (huongquay)//dao huong quay nguoc lai diem { case 0: DCHIEUQUAY=1; break; case 1: DCHIEUQUAY=0; break; } _delay_ms(30); if(temp>=temp1)//quay nguoc lai bu sai so { OCR0 = 0; temp=0; 112 SVTH:Phạm Ngọc Phi Hùng 811146D Trần Văn Trung 811240D PHỤ LỤC temp1=0; } } else { temp=0; temp1=0; } break; } } } */ void quay(gocquay,huongquay) { temp=0; OCR0 = 60; gocquay=((gocquay*77)/18); switch (huongquay) { case 0: DCHIEUQUAY=0; break; case 1: DCHIEUQUAY=1; break; } while(1) { temp1=gocquay-25; hien_thi_LCD(); if(temp >= temp1)//lon hon giatri dat tru 50 { _delay_ms(50); OCR0 = 25; if(temp >= gocquay)//lon hon giatri dat thi dung lai 113 SVTH:Phạm Ngọc Phi Hùng 811146D Trần Văn Trung 811240D PHỤ LỤC { OCR0 = 0; break; } } } } /***************************************************************** ********* //khai bao truyen du lieu usart ****************************************************************** *********/ void install_USART() { //Set baud rate UBRRL=(uint8_t)UBRRVAL; //low byte UBRRH=(UBRRVAL>>8); //high byte //Set data frame format: asynchronous mode,no parity, stop bit, bit size UCSRC=(0