Thiết kế module ghép nối với PC qua cổng ISA để điều khiển và giám sát hệ thống cấp nước tự động từ bể ngầm lên tới bể chứa ở trên cao(sử dụng 3 bơm nước)

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật,máy tính trở thành công cụ vô cùng quan trọng.Sự phát triển của “Kỹ thuật ghép nối với máy tính” đã mở rộng đáng kể các lĩnh vực ứng dụng của máy tính,đặc biệt là trong đo lường và điều khiển.Các thiết bị ghép nối với máy tính theo các modul nhờ vậy mà máy tính có thể truyền nhận tín hiệu để thực hiện nhiệm vụ xử lý tín hiệu và điều khiển. Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thấp số liệu ngắn, nhưng còn đáng quan tâm hơn là mức độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý các kết quả đo, kể cả việc lập bảng thống kê cũng như in ra kết quả. ISA là một tiêu chuẩn của rãnh cắm mở rộng của máy tính,phần lớn các card ghép nối dùng trong kỹ thuật đo lường và điều khiển đều được chế tạo để đặt vào các rãnh cắm theo tiêu chuẩn ISA. Bài tập lớn này của em chỉ nêu lên một ứng dụng nhỏ của việc kết nối máy tính vào sản xuất nói chung và rãnh cắm mở rộng nói riêng.

LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật,máy tính trở thành công cụ vô cùng quan trọng.Sự phát triển của “Kỹ thuật ghép nối với máy tính” đã mở rộng đáng kể các lĩnh vực ứng dụng của máy tính,đặc biệt là trong đo lường và điều khiển.Các thiết bị ghép nối với máy tính theo các modul nhờ vậy mà máy tính có thể truyền nhận tín hiệu để thực hiện nhiệm vụ xử lý tín hiệu và điều khiển Các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển ghép nối máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thấp số liệu ngắn, nhưng còn đáng quan tâm hơn là mức độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý các kết quả đo, kể cả việc lập bảng thống kê cũng như in ra kết quả ISA là một tiêu chuẩn của rãnh cắm mở rộng của máy tính,phần lớn các card ghép nối dùng trong kỹ thuật đo lường và điều khiển đều được chế tạo để đặt vào các rãnh cắm theo tiêu chuẩn ISA Bài tập lớn này của em chỉ nêu lên một ứng dụng nhỏ của việc kết nối máy tính vào sản xuất nói chung và rãnh cắm mở rộng nói riêng

Qua một thời gian tìm hiểu, thiết kế với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn của thầy giáo bộ môn đến nay em đã hoàn thành bài tập lớn này Tuy nhiên, do

sự hiểu biết về thực tế và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bài tập lớn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ

1.1 Giới thiệu về chuẩn giao tiếp ISA

Ở máy tính PC/XT rãnh cắm trong máy tính chỉ có 1 loại với độ rộng bus là 8 bit và tuân theo tiêu chuẩn ISA(Industry Standard Architecture).Từ máy tính AT trở đi việc bố trí chân trên rãnh cắm trở lên phức tạp hơn,có loại rãnh cắm PS/2 với 16 bit theo tiêu chuẩn ISA.Rãnh cắm theo tiêu chẩn ISA được mô tả như sau:

Thông thường rãnh cắm có 62 đường tín hiệu dùng cho mục đích thông tin với 1 card cắm vào.Về cơ bản các đường tín hiệu này được chia thành các đường dẫn tín hiệu,đường dẫn địa chỉ

và đường dẫn điều khiển

Phía mạch in Phía linh kiện

+5V B29 A29 A2

H1.Sắp xếp chân ra của rãnh cắm mở rộng 8 bit Kích thước lớn nhất vủa các card ISA 8 bit là:

- Chiều cao 106,7 mm(hay 4,2 inhxơ)

- Chiều dài 333,5mm(hay 13,13 inhxơ)

- Chiều dày –kể cả linh kiện -12,7(hay 0,5 inhxơ)

Kích thước lớn nhất vủa các card ISA 16 bit là:

- Chiều cao 121,92 mm(hay 4,8 inhxơ)

- Chiều dài 333,5mm(hay 13,13 inhxơ)

- Chiều dày –kể cả linh kiện -12,7(hay 0,5 inhxơ)

Từ cách sắp xếp chân ra,rõ ràng 62 đường tín hiệu nằm cả ở mặt hàn thiếc lẫn mặt sắp xếp linh kiện.Do đó các bản mạch (card) cắm vào bao giờ cũng là những card mạc in 2 mặt

Bộ giải mã địa chỉ 74HC688 so sánh các đường dẫn địa chỉ từ A2 đến A9 xem có thống nhất với các địa chỉ cơ bản được thiết lập trên card mở rộng bằng chuyển mạch DIP,74HC688 so sánh 2 trong số 8 bit xem có giống nhau không và khi các bit xếp kề sát đồng nhất sẽ tạo ra tín hiệu Low ở chân 19.Mạch lôgic của mạch giải mã

có chứa 2 vi mạch 74HC00 và 74HC138.Ba cổng NAND làm cho bộ đệm bú 74HC245 sau đấy chỉ trở nên được kích hoạt(/G=0)khi các điều kiện sau được thực hiện:Thứ nhất là card mở rộng cắm vào đã trao đổi được(chân 19 của vi mạch 74HC688 bằng 0) thứ hai là 1 chu trình đọc hay 1 chu trình ghi được thực hiện(IRO=0 hoặc IRW=0)

1.2 Giới thiệu về các linh kiện sử dụng trong sơ đồ

1.1.1 Vi mạch 8255

8255A là vi mạch phối ghép được dùng rất phổ biến trong các mạch mở rộng cổng vào ra song song

Các chân tín hiệu của 8255:

- Reset: đặt trạng thái làm việc ban đầu cho 8255A.Chân này phải được nối với tín hiệu Reset chung của toàn hệ(khi reset thì các cổng được định nghĩa là cổng vào để không gây ra sự cố cho các mạch điều khiển)

- /CS:Chân chọn vỏ,được nối với mạch giả mã địa chỉ để đặt mạch 8255A vào một địa chỉ cơ sở nào đó

A0,A1: Các chân tín hiệu địa chỉ cho phép chọn ra 4 thanh ghi bên trong 8255A:một thanh ghi để ghi từ điều khiển cho hoạt động của 8225A,và 3 thanh ghi khac tương ứng với các cổng PA,PB,PC để ghi đọc các dữ liệu.Địa chỉ của cổng chính là địa chỉ cơ sở của 8255A

Bảng chân lý vi mạch 8255

A1 A0 RD WR CS Chức năng

Có hai loại từ điều khiển cho 8255

- Từ điều khiển định nghĩa cầu hình cho các cổng PA, PB, PC

- Từ điều khiển lập/xóa từng đầu ra của cổng PC

* Từ điều khiển định nghĩa cấu hình

Các cổng PA, PB, PC được chia thành 2 nhóm Nhóm A gồm cổng PA và 4 bít cao của PC (gọi 4 bit này là CA), nhóm B gồm cổng PB và 4 bit thấp của cổng PC (gọi 4 bit này là CB) Từ điều khiển dùng để điều khiển định nghĩa cấu hình các cổng như sau.

Trong đó:

- MA1, MA0: Là 2 bit định chế độ cho nhóm A

00: Chế độ 0 01: Chế độ 1 1x: Chế độ 2

- Bit A dùng để đặt cổng PA là cổng ra (A=0) hay cổng vào (A=1)

- Bit CA dùng để đặt 4 bit cao của cổng PC là cổng ra (CA=0) hay cổng vào (CA=1)

- Bit MB là bit định chế độ làm việc cho nhóm B:

MB=0: Chế độ 0 MB=1: Chế độ 1

- Bit B để đặt cổng PB là cổng ra (B=0) hay cổng vào (B=1)

- Bit CB dùng để đặt 4 bit thấp của cổng PC là cổng ra (CB=0) hay cổng vào (CB=1)

* Từ điều khiển lập/xóa bit PCi

Trong đó:

- Các bit a, b, c dùng để chọn một trong 8 bit: PC0 … PC7 của cổng PC Bit được chọn sẽ có giá trị bằng bit S/R ( 0 hoặc 1) Bit S/R có thể được đặt là 0 hoặc 1 tại thời điểm ghi điều khiển

Các chế độ làm việc của 8255A có thể được đặt bằng cách ghi nội dung vào

từ điều khiển ( thường được ký hiệu là CWR) 8255A có 4 chế độ làm việc

- Chế độ 0: Vào/ra cơ sở Trong chế độ này mỗi cổng PA, PB, PCH hay PCL đều có thể được định nghĩa là cổng vào hoặc cổng ra

- Chế độ 1: Vào ra có xung cho phép Trong chế độ này mỗi cổng PA,

PB có thể được định nghĩa là cổng vào hoặc cổng ra với các tín hiệu móc nối do các bit tương ứng của cổng PC trong cùng nhóm đảm nhiệm

- Chế độ 2: Vào ra 2 chiều Trong chế độ này chỉ riêng cổng PA có thể được định nghĩa là cổng vào/ra 2 chiều với các tín hiệu móc nối do các bit của cổng

PC đảm nhiệm Cổng PB có thể làm việc ở chế độ 1 hoặc 2

- Lập xóa các bit cổng PC

1.2.2 Giới thiệu về ULN2803

Vi mạch ULN 2803 để khuếch đại dòng tải của các đầu ra từ modul cơ sở để cấp cho các rơle,ULN2803 là một bộ đệm khá đặc biệt,nó chứa bên trong 8 bộ khuếch đại darlington với các điôt bảo vệ đã được tích hợp sẵn cho các trường hợp tải cảm kháng.Các bộ khuếch đại darlington này được điều khiển trực tiếp bởi các tín hiệu logic TTL và có thể cung cấp 1 dòng tải ở đầu ra đến 500mA.Các đầu ra đều là đầu

ra collector hở

1.2.3 Giới thiệu về 74HC245

Bộ đệm bus 2 chiều 74HC245 gồm có 20 chân, ,bộ đệm chỉ hoạt động khi có tín hiệu low ở chân 19.Nó có chứa 8 vi mạch đệm với các lối ra 3 trạng thái để trao đổi thông tin giữa các đường dẫn bus dữ liệu theo 2 hướng Hướng truyền dữ liệu được xác định bằng chân DIR: DIR = 0, dữ liệu được chuyển từ B sang A Việc chuyển hướng dữ liệu cho phép quản lý đơn giản bằng tín hiệu /IOR Ta có thể nối trực tiếp

ra chân DIR Qua đó đảm bảo bộ đệm chỉ cho phép dữ liệu đưa vào từ bên ngoài đưa lên bus dữ liệu của máy tính khi PC thực hiện một quá trình truy nhập đọc (/IOR = 0)

1.2.4 Giới thiệu về 74HC688

Bộ giả mã địa chỉ 74HC688 so sánh các tín hiệu từ A0-A7 xem có thống nhất với các địa chỉ của tín hiệu trên các chân tương ứng B0-B7.74HC688 so sánh hai trong

số tám bit xem có giống nhau không và khi các bit xếp kề sát đồng nhất sẽ tạo ra một tín hiệu Low ở chân19

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MODUL THEO YÊU CẦU

2.1 Sơ đồ hệ thống bơm nước

CB3 CB4

CB2

bom 3

bom 2 bom 1

Một bồn chứa có 3 bơm cấp nước

 Yêu cầu hoạt động là:

+ Khi nước ở dưới mức cảm biến 1 thì hệ thống bắt đầu TTBĐ

+ Khi mức nước ở trong khoảng từ CB1 đến CB2 thì cả 3 bơm hoạt động + Khi mức nước ở trong khoảng từ CB2 đến CB3 thì bơm 1 và bơm 2 hoạt động

+ Khi mức nước ở trong khoảng từ CB3 đến CB4 thì chỉ bơm 1 hoạt động + Khi mức nước chạm CB4 thì hệ thống ngừng hoạt động

2.2 Thiết kế mạch điều khiển ghép nối máy tính

2.2.1 Mạch vào ra ghép nối ISA

2.2.2 Mạch cảm biến

2.2.3 Mạch đầu ra role

D K 3

D K 4

R L 1 4

3 1

2

4

3 1

2

R L 3 4

3 1

2

4

3 1

2

U 1 9

U L N 2 8 0 3

C O M

1 0

I N 1 1

I N 2 2

I N 3 3

I N 4 4

I N 5 5

I N 6 6

I N 7 7

I N 8 8

O U T 1 1 8

O U T 2 1 7

O U T 3 1 6

O U T 4 1 5

O U T 5 1 4

O U T 6 1 3

O U T 7 1 2

O U T 8 1 1

V C C

V C C

V C C

V C C

T o i b o m 1

T o i b o m 2

T o i b o m 3

T o i b o m 4

D K 1

D K 2

2.2.4 Mạch cấp nguồn

C 8

G N D

+ 8 V

+ 5 V

- 8 V

D 1

D I O D E B R I D G E _ 4 2 1 3

4

2

+ 1 0 V ~

- 1 0 V ~

U 5

L M 7 8 0 8 / T O

V I N 1

U 6

L M 7 9 0 8 / T O 3

V I N 3

U 7

L M 7 8 0 5 / T O

V I N 1

C 2

C 3

C 4

C 5

C 6

C 7

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM

Các shape xanh khi bơm ngừng hoạt động và đỏ khi bơm hoạt động 3.1 Giao diện phần mềm

Dim a, b, c As Integer

Private Sub Command1_Click()

MsgBox "day la chuong trinh dieu khien bom nuoc qua giao dien ISA " End Sub

Private Sub Command2_Click()

End

End Sub

Private Sub Command3_Click()

Timer1.Interval = 10

Outportb &H303, 144 'ghi tu dieu khien

b = Inportb(&H300)

If b > 0 Then

MsgBox "be dang con nuoc, hay xa het nuoc" Else

a = 1

End If

End Sub

Private Sub Form_Load()

Shape1.Visible = False

Shape2.Visible = True

Shape3.Visible = True

Shape4.Visible = True

Shape5.Visible = False

Shape6.Visible = True

End Sub

Private Sub Timer1_Timer()

If a = 1 Then

Outportb &H301, 7 'bat ca ba bom

Shape1.Visible = True

Shape4.Visible = True

Shape5.Visible = True

Shape2.Visible = False

Shape3.Visible = False

Shape6.Visible = False

b = Inportb(&H300)

If b = 3 Then

Outportb &H301, 3 'tat bom 3

Shape1.Visible = False

Shape2.Visible = True

b = Inportb(&H300)

If b = 7 Then

Outportb& H301, 1 'tat bom 3 va bom 2

Shape3.Visible = True

Shape4.Visible = True

b = Inportb(&H300)

If b = 15 Then

Shape6.Visible = True

Shape5.Visible = False

Outportb& H301, 0 'tat tat ca cac bom

End If

End If

End If

End If

End Sub

Kết luận

Sau nhiều ngày tìm hiểu và làm bài tập lớn dưới sụ hướng đẫn của các thầy và bạn bè, em đã hoàn thành xong được đề tài này Sau khi làm xong đã giúp cho em

có nhiều hiểu biết hơn về vi điều khiển và hoạt động của nó Mặc dù em đã rất cố gắng, xong do kiến thức còn hạn chế nên không thoát khỏi những sai lầm trong khi thiết kế, mong thầy có thể chỉ ra những sai sót đó để em có thể lắm rõ hơn nữa về vấn đề Em xin chân thành cảm ơn