BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP SVTH : NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 Khoá : 2012 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TH.S LẾ TẤN CƯỜNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2016Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TH.S LÊ TẤN CƯỜNG Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 Lớp: 12146CLC 1. Tên đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trường công nghiệp. 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu. Tài liệu tổng quan PLC và Wikipedia về PLC 3. Nội dung chính của đồ án. Tìm hiểu PLC. Thiết kế Module mở rộng. Tìm hiểu HMI. Thiết kế hệ thống demo. Lập trình giao diện điều khiển. Lập trình cho hệ thống. Chạy thử nghiệm. 4. Các sản phẩm dự kiến. 5. Ngày giao đồ án: 10032016. 6. Ngày nộp đồ án: 26072016. TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) □ Được phép bảo vệ………………………………………………………………Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử. Giảng viên hướng dẫn: Th.S LÊ TẤN CƯỜNG Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN: 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2.2 Nội dung đồ án: ( Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng áp dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể phát triên). ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii 2.3 Kết quả đạt được: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2.4 Những tồn tại (nếu có). ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3. Đánh giá. TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được 1 Hình thức và kết cấu ĐATN. 3.0 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục. 1.0 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài. 1.0 Tính cấp thiết của đề tài. 1.0 2 Nội dung ĐATN. 5.0 Kỹ năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội,… 0.5 Khả năng thực hiện phân tích tổng hợp đánh giá. 1.0 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. 1.5 Khả năng cải tiến và phát triển. 1.5 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành. 0.5 3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài. 1.0 4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN. 1.0 Tồng điểm 10.0 4. Kết luận. □ Được phép bảo vệ. □ Không được phép bảo vệ. TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016. Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên)Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV:12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử. Giảng viên phản biện: Th.S BÙI HÀ ĐỨC. Ý KIẾN NHẬN XÉT 1. Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 2 Nội dung đồ án: ( Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng áp dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể phát triên). ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 3 Kết quả đạt được: ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... .......................................................................................................................................Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP v 4 Những thiếu xót và tồn tại của ĐATN. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 5. Câu hỏi. ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... ....................................................................................................................................... 6. Đánh giá. TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được 1 Hình thức và kết cấu ĐATN. 3.0 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục. 1.0 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài. 1.0 Tính cấp thiết của đề tài. 1.0 2 Nội dung ĐATN. 5.0 Kỹ năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội,… 0.5 Khả năng thực hiện phân tích tổng hợp đánh giá. 1.0 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. 1.5 Khả năng cải tiến và phát triển. 1.5 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành. 0.5 3 Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài. 1.0 4 Sản phẩm cụ thể của ĐATN. 1.0 Tồng điểm 10.0 7. Kết luận. □ Được phép bảo vệ. □ Không được phép bảo vệ. TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016. Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên)Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vi CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: “Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trường công nghiệp.” Họ và tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 A. ĐÁNH GIÁ. TT Mục đánh giá Điểm tối đa Điểm đạt được 1 Hình thức và kết cấu ĐATN. 2.0 Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục. 0.5 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài. 1.0 Tính cấp thiết của đề tài. 0.5 2 Nội dung ĐATN. 5.0 Kỹ năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa học xã hội,… 0.5 Khả năng thực hiện phân tích tổng hợp đánh giá. 1.0 Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần hoặc quy trình đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế. 2.0 Khả năng cải tiến và phát triển. 1.0 Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành. 0.5 3 Kỹ năng thuyết trình. 3.0 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, mạch lạc, truyền cảm hứng cho người nghe, có khả năng làm việc nhóm. 1.0 Trả lời câu hỏi phản biện với kiến thức về các vấn đề liên quan, hiểu được ảnh hưởng của các giải pháp của mình. 1.5 Hiểu được trách nhiệm nghề nghiệp và đạo đức nghề nghiệp. 0.3 Trang phục chỉnh tề và nghiêm túc. 0.2Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vii TỔNG ĐIỂM 10.0 B. CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁC. (Nếu có). ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... C. KẾT LUẬN (Ghi rõ cần phải bổ sung, chỉnh sửa những gì trong đồ án). ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... ........................................................................................................................................... TP.HCM, ngày tháng năm 2016 Người nhận xét (Ký, ghi rõ họ tên)Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP viii LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trường công nghiệp. GVHD: Th.S Lê Tấn Cường Họ tên sinh viên: Nguyễn Khắc Vũ MSSV: 12146234 Lớp: 12146CLC Địa chỉ sinh viên: Tân Thuận Bình, Chợ Gạo, Tiền Giang. Số điện thoại liên lạc: 0984181929 Email: khacvuspktgmail.com Họ tên sinh viên: Vũ Đức Huy MSSV: 12146266 Lớp: 12146CLC Địa chỉ sinh viên: Khu Văn Hải, TT Long Thành, Đồng Nai. Số điện thoại liên lạc: 01286592922 Email: prsabangmail.com Họ tên sinh viên: Châu Hoàng Nam MSSV: 12146114 Lớp: 12146CLC Địa chỉ sinh viên: Tân Thông Hội, Củ Chi, TP.HCM. Số điện thoại liên lạc: 0973511673 Email: namchauccgmail.com Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 26072016 Lời cam kết: “Chúng tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính chúng tôi nghiên cứu và thực hiện. Chúng tôi không sao chép bất kỳ một bài viết nào đã được công bố mà không trích rõ nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.” Tp. HCM, ngày 12 tháng 07 năm 2016 ( Ký tên)Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ix LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp được giao. Nhóm em xin chân thành gửi lời cám ơn đến: Ban Giám Hiệu, Các cán bộ công nhân viên nhà trường đã giúp đỡ nhóm em trong suốt thời gian học tập tại trường. Ban Chủ Nhiệm Khoa và các Thầy Cô trong Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao đã dạy nhóm em các kiến thức cơ bản và chuyên ngành. Các bạn cùng đồng hành với em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Đặc biệt xin gửi lời tri ân đến Thầy LÊ TẤN CƯỜNG, người trực tiếp hướng dẫn đề tài đã hỗ trợ cho nhóm em rất nhiều về kiến thức, tài liệu và cơ sở vật chất để nhóm em có thể hoàn thành tốt đề tài.Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP x TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, tự động hóa là một xu hướng tất yếu và là xu hướng có triển vọng rất lớn. Nhưng với đặc trưng là một hệ thống tích hợp nhiều công nghệ hiện đại nên giá thành rất cao gây ra nhiều khó khăn trong việc tiếp cận cũng như thực hiện trong thực tế. Với mong muốn ứng dụng những gì đã học vào thực tế cũng như bắt kịp xu thế của thế giới nên nhóm đã chọn đề tài “ Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trường công nghiệp “. Với hi vọng ứng dụng những công nghệ mới, vừa có giá thành phù hợp chúng tôi hi vọng đề tài của nhóm sẽ tạo ra một hệ thống điều khiển thông minh với độ tin cậy cao và giá thành phù hợp với yêu cầu thực tế.Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN .............................................Error Bookmark not defined. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ..........Error Bookmark not defined. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ............................................................. iii NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN PHẢN BIỆN ....................................... iiii LỜI CAM KẾT ............................................................................................................ viii LỜI CẢM ƠN............................................................................................................ viiix TÓM TẮT LUẬN VĂN.................................................................................................. x MỤC LỤC ......................................................................................................................xi DANH MỤC BẢN BIỂU .............................................................................................xiv DANH MỤC HÌNH VẼ ...............................................................................................xiv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... xvii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .........................................................................................1 1.1 Lý do chọn đề tài .................................................................................................... 1 1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu .............................................................. 1 1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ............................................................ 3 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 3 1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................... 6 1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài ................................................................................... 6 1.4.1 Mục tiêu của đề tài ........................................................................................... 6 1.4.2 Nhiệm vụ của đề tài .......................................................................................... 6 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 6 1.6 Giới hạn đề tài ........................................................................................................ 6 1.7 Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................... 7 CHƯƠNG II: CỞ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................8 2.1 Giới thiệu chung về PLC ....................................................................................... 8 2.1.1 Khái niệm PLC ................................................................................................ 8 2.1.2 Cấu tạo và vùng nhớ PLC ............................................................................... 8 2.1.2.1 Cấu tạo ....................................................................................................... 8Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xii 2.1.2.1 Vùng nhớ.................................................................................................... 9 2.1.3 Ngôn ngữ lập trình .......................................................................................... 13 2.1.4 Module mở rộng ........................................... 1Error Bookmark not defined. 2.1.5 Ứng dụng của PLC ......................................................................................... 16 2.2 Giới thiệu về Arduino ........................................................................................... 18 2.2.1 Sức mạnh xử lý ............................................................................................... 19 2.2.2 Đọc và xuất tín hiệu (OUTPUTINPUT) ....................................................... 19 2.2.3 Chuẩn giao tiếp ............................................................................................... 19 2.2.4 Môi trường lập trình ....................................................................................... 20 2.2.5 Mã nguồn mở.................................................................................................. 21 2.2.6 Các loại bo mạch Arduino .............................................................................. 23 2.2.7 Ứng dụng Arduino ......................................................................................... 23 2.3 So sánh sơ bộ về các hệ thống điều khiển ............................................................ 26 CHƯƠNG III: BỘ ĐIỀU KHIỂN ARDUINO CÔNG NGHIỆP............................27 3.1 Phương án thiết kế................................................................................................ 27 3.2 Nguyên lý của Indruino Mega2560 ...................................................................... 27 3.3 Phương thức giao tiếp ........................................................................................... 29 3.3.1 Phương thức giao tiếp Modbus RTU ............................................................. 30 3.3.2 Phương thức giao tiếp Modbus TCP .............................................................. 31 3.3.3 Phương thức giao tiếp khác ............................................................................ 32 3.4 Xây dựng mô hình demo ...................................................................................... 33 3.4.1 Hệ thống điều khiển........................................................................................ 33 3.4.2 Cơ cấu chấp hành và cảm biến ....................................................................... 33 3.4.3 Giao tiếp sử dụng RS485 ................................................................................ 34 3.4.3.1 Giới thiệu RS485 ...................................................................................... 34 3.4.3.2 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động .............................................................. 34 3.4.3.3 Ưu điểm RS485 ........................................................................................ 35 3.4.4 Giao tiếp sử dụng Ethernet Shield ................. 3Error Bookmark not defined.Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xiii CHƯƠNG IV: MÀN HÌNH HMI ..............................................................................39 4.1 Giới thiệu màn hình HMI ..................................................................................... 39 4.2 Các thành phần cơ bản của HMI .......................................................................... 41 4.3 Thiết kế màn hình HMI ........................................................................................ 42 4.2.1 Phần cứng ....................................................................................................... 42 4.2.2 Phần mềm ....................................................................................................... 42 4.4 Hướng dẫn sử dụng màn hình ............................................................................. 42 4.4.1 Công cụ .......................................................................................................... 42 4.4.2 Thư viện sử dụng ............................................................................................ 49 4.4.3 Thư viện ảnh ................................................................................................... 49 4.4.4 Thư viện Font ................................................................................................. 49 4.4.5 Các đối tượng ................................................................................................. 51 CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MODULE MỞ RỘNG .......Error Bookmark not defined. 5.1 Thiết kế Base IO board cho Mega2560 .............................................................. 59 5.2 Thiết kế module OUTPUT Relay ....................................................................... 60 5.3 Thiết kế module INPUT cách ly ......................................................................... 61 5.4 Thiết kế board nguồn .......................................................................................... 62 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .......................................63 6.1 Kết luận ................................................................................................................... 63 6.2 Hướng phát triển đề tài ............................................................................................ 63 PHỤ LỤC 1: TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 65 PHỤ LỤC 2: NGUYÊN LÝ CÁC BOARD THIẾT KẾ............................................... 66Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................... DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sản phẩm FADUINO của công ty Comfile Technology .......................................... 3 Hình 1.2 Sản phẩm CONTROLLINO PLC............................................................................. 5 Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo của PLC ............................................................................................. 9 Hình 2.2 Sơ đồ vòng quét của CPU ....................................................................................... 12 Hình 2.3 Các dạng ngôn ngữ lập trình trong PLC ................................................................. 14 Hình 2.4 Digital Module của các hãng Simen, Mitshubishi, Omron .................................... 14 Hình 2.5 Analog Module của các hãng Simen, Mitshubishi, Omron .................................... 15 Hình 2.6 Ethernet Module của các hãng AllenBralley, Mitshubishi, Omron ...................... 15 Hình 2.7 Dây chuyền đóng gói .............................................................................................. 16 Hình 2.8 Dây chuyền sản xuất xe ôtô .................................................................................... 16 Hình 2.9 Dây chuyền sản xuất thực phẩm ............................................................................. 17 Hình 2.10 Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn .................................................................. 17 Hình 2.11 Board Arduino Uno .............................................................................................. 18 Hình 2.12 Board Arduino Mega2560 .................................................................................... 19 Hình 2.13 Môi trường lập trình trên nển tang CC++ ............................................................ 21 Hình 2.14 Thư viện có sẵn trên Arduino ............................................................................... 22 Hình 2.15 Máy in 3D Makerbot điều khiển bằng Arduino Mega2560 ................................. 23Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xv Hình 2.16 Robot di động tự tránh vật cản dùng Arduino nano ............................................. 24 Hình 2.17 Một thiết bị UAV .................................................................................................. 25 Hình 3.1 Board Arduino Mega2560 sau khi thiết kế........................................................ 2728 Hình 3.2 Sơ đồ cơ chế truyền thông của Modbus RTU trường hợp truyền thông thành công30 Hình 3.3 Sơ đồ cơ chế truyền thông của Modbus RTU trường hợp truyền thông không thành công .............................................................................................................................. 30 Hình 3.4 Lưu đồ quá trình phản hồi dữ liệu của trạm Slave .................................................. 31 Hình 3.5 Một nhánh mạng TCP trong Modbus ..................................................................... 32 Hình 3.6 Hệ thống demo ........................................................................................................ 33 Hình 3.7 Ảnh thực tế Module RS485 .................................................................................... 36 Hình 3.8 Kết nối giữa Module RS485với nhau ..................................................................... 37 Hình 3.9 Shield Ethernet thực tế............................................................................................ 38 Hình 4.1 HMI của hãng ProFace.......................................................................................... 39 Hình 4.2 HMI của hãng Delta................................................................................................ 40 Hình 4.3 HMI của hãng Omron ............................................................................................. 40 Hình 4.4 HMI của hãng Advantech....................................................................................... 41 Hình 4.5 Mô hình hoạt động của chương trình Arduino ....................................................... 43 Hình 4.6 Arduino IDE............................................................................................................ 44 Hình 4.7 Arduino Toolbar...................................................................................................... 44 Hình 4.8 IDE menu ................................................................................................................ 45 Hình 4.9 File menu ................................................................................................................ 45 Hình 4.10 Examples menu ..................................................................................................... 46 Hình 4.11 Sketch menu .......................................................................................................... 46 Hình 4.12 Edit menu .............................................................................................................. 47 Hình 4.13 Tool menu ............................................................................................................. 47 Hình 4.14 Board Arduino sử dụng ......................................................................................... 48Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xvi Hình 4.15 Hiển thị Board và Serial Port ................................................................................ 48 Hình 4.16 Folder chứa Font và Sketch .................................................................................. 49 Hình 4.17 Khai báo Font vào Sketch ..................................................................................... 50 Hình 4.18 Test Font ............................................................................................................... 50 Hình 4.19 Cách dùng hàm prinf ............................................................................................. 51 Hình 4.20 In kí tự và số lên màn hình ................................................................................... 52 Hình 4.21 Cách dùng hàm drawBitmap ................................................................................. 53 Hình 4.22 Load ảnh bằng ảnh số ........................................................................................... 53 Hình 4.23 Load ảnh thông qua thẻ SD................................................................................... 54 Hình 4.24 Cách sử dụng hàm serviceCreateButton ............................................................... 55 Hình 4.25 Ảnh thực tế khi sử dụng hàm serviceCreateButton .............................................. 55 Hình 4.26 Hiển thị thanh bar ngang ....................................................................................... 56 Hình 4.27 Cách sử dụng hàm bar_meter_Vertical ................................................................ 57 Hình 4.28 Hiển thị thanh bar dọc ........................................................................................... 58 Hình 4.29 Hiển thị các DualState Button ............................................................................. 58 Hình 5.1 Base IO board Mega2560 ...................................................................................... 59 Hình 5.2 Module 8 chanel output relays ................................................................................ 60 Hình 5.3 Module 8 input cách ly ........................................................................................... 61 Hình 5.4 Module nguồn 5V ................................................................................................... 62Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP xvii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller CPU Central Processing Unit IO OutputInput LAD Ladder logic FBD Function Block Diagram STL Statement ListĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Lý do chọn đề tài Hiện nay, xã hội ngày càng một phát triển, việc lao động chân tay dần dần được thay thế bằng tự động hóa trong quá trình sản xuất và trong các lĩnh vực khác trong cuộc sống. Thế nhưng không phải ai cũng có thể dễ dàng sở hữu và sử dụng với các thiết bị điều khiển hệ thống tự động hóa. Vì giá thành của các bộ điều khiển trong công nghiệp có tầm giá khá cao. Nhưng ngày nay do nhu cầu người sử dụng về những thiết bị điều khiển ngày càng tăng, nên nhiều vấn đề đã được đặt ra. Từ những vấn đề đặt ra và đã có hướng giải quyết đó chính là Arduino. Arduino từ lúc hình thành phát triển một cách nhanh chóng nhưng chưa đáp ứng được cho việc ứng dụng cho công nghiệp. Do vậy, đã có nhiều cá nhân, công ty đã nghiên cứu, phát triển và cung cấp nhiều sản phẩm nhằm mục đích trong công nghiệp. Và đất nước chúng ta hiện nay chưa biết đến nhiều về công nghệ mới này. Vì thế nhóm em đã chọn đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng Arduino trong môi trường công nghiệp” Nhằm tạo ra một hệ thống điều khiển với độ tin cậy cao và giá cả phù hợp với người sử dụng để mọi người có thể dễ dàng sở hữu và ứng dụng vào các lĩnh vực mà mình quan tâm. Giúp đất nước ta chuyển sang giai đoạn công nghệ mới. 1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực Quá trình tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp, tự động hóa đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học…Để ứng dụng những lý thuyết đó thì một hệ thống sản xuất cần phải có khả năng tự khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã đạt được xác định nhằm đạt kết quả tốt nhất ở sản phẩm đầu ra khi đó thì được gọi là Hệ thống điều khiển. Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại: Điều khiển nối cứng. Điều khiển logic khả trình. Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần sau: Khối vào. Khối xử lýđiều khiển. Khối ra.Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 Khối vào: Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có thể ONOFF hoặc dạng liên tục(analog). Khối xử lý: Khối có nhiệm vụ xử lý thông tin từ khối vào để tạo những tín hiệu ra đáp ứng yêu cầu điều khiển. Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu này được sử dụng tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở ngõ ra. Các ngõ ra là: động cơ điện, xy lanh, solenoid, van, role… Từ những cở sở trên mà nhiều hệ thống điều khiển ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng rãi nhất là bộ điều khiển lập trình PLC. Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968(Công ty General MotorMỹ), với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển : Dễ lập trình và thay đổi chương trình. Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa. Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đã tạo ra sự phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng : Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông. Bộ nhớ lớn hơn. Nhiều loại Module chuyên dùng hơn. Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực… Các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ thống được cảiĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn. Ngày nay, hệ thống PLC là một phần không thể thiếu trong các nhà máy để quản lý, vận hành trong quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển đó thì Arduino cũng xuất hiện và gây nhiều sóng gió trên thị trường. Số lượng người dùng cực lớn và đa đạng với trình độ trải rộng từ phổ thông lên đại học đã làm cho ngay cả người tạo ra chúng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến. Từ những ưu điểm trên thì đã có nhiều nhóm phát triển để đưa Arduino vào trong công nghiệp phục vụ dây chuyền sản xuất như một PLC thực thụ. 1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thê giới Trên thê giới Arduino đã được ứng dụng nhiều vào trong công nghiệp.Các nhóm nghiên cứu phát triển đã xây dựng thiết kế sản phẩm.Và nhiều sản phẩn đã được bày bán trên thị trường thế giới. Điển hình như sản phẩm: Sản phẩm FADUINO của Comfile Technology, một công ty của Hàn Quốc: Hình 1.1 Sản phẩm FADUINO của công ty Comfile TechnologyĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 FADUINO là một bộ điều khiển được thiết kế dựa nên nền tảng PLC. Nó có những tính năng tương tự như những sản phẩm Arduino khác và có khả năng lập trình được với công cụ Arduino IDE. Giá: £59.00 DataSheet của sản phẩm: Power 24VDC Microcontroller ATmega2560 Clock Speed 16MHz SPRAM 8Kb EEPROM 4Kb Program Memory 256Kb Comunication Port 1 x RS232 Development Tools Free http:arduino.cc 8 Optoisolated DC Inputs (9V~26 VAC Min 10mA) 4 Optoisolated Relay Outputs (0~250 VAC10A , 0~30VDC10A) 4 x 010V analogue inputs at 10bit 4 x 020mA analogue inputs at 10bit DIN Rail Mount LCD and Keypad Connectors Dimensions 90mm x 70mm x 43mmĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 Sản phẩm CONTROLLINO PLC (ARDUINO compatible) của SGTronic, một công ty của Cộng Hòa Czech: Hình 1.2 Sản phẩm CONTROLLINO PLC Datasheet của sản phẩm : Power 24VDC Input current Max 30A Microcontroller ATmega2560 Clock Speed 16MHz SPRAM 8Kb EEPROM 4Kb Program Memory 256Kb 21 AnalogDigital Inputs 12 Digital Outputs High Side Switch (12V or 24V 2A) 12 Digital Outputs Half Bridge (12V or 24V 2A) 16 Relay Outputs (230V 6A)Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước Hiện nay lĩnh vực ứng dụng Arduino vào môi trường công nghiệp chưa được phát triển. Vì thế cần phát triển lĩnh vưc này để phục vụ cho quá trình sản xuất. 1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài 1.4.1 Mục tiêu của đề tài Tạo ra một hệ thống điều khiển tin cậy có thể ứng dụng vào môi trường công nghiệp với mức chi phí phù hợp và mọi người có thể tiếp cận và sử dụng một cách hiệu quả. 1.4.2 Nhiệm vụ của đề tài Xây dựng và thiết kế một hệ thống điều khiển và các module cách ly, chống nhiễu tốt để có thể hoạt động trong môi trường công nghiệp, cung cấp các công cụ cho người dùng có thể dễ dàng lập trình ,sử dụng và kết nối các thiết bị với chi phí thấp nhất với độ tin cậy cao. Lập trình giao diện giám sát hoạt động của hệ thống. 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.5.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là hệ thống PLC, chip xử lý MEGA 2560 , màn hình HMI 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu Thiết kế bộ xử lý trung tâm với chip MEGA 2560 phù hợp để có thể hoạt động trong môi trường công nghiệp, lập trình giao diện điều khiển HMI giao tiếp với người dùng. Nghiên cứu, thiết kế một số moldule cơ bản : module nguồn, input cách ly, output relay cách ly. 1.6 Giới hạn của đề tài Một hệ thống PLC gồm nhiều phần : khối xử lý trung tâm(CPU), hệ thống giao tiếp vàora (IO), hệ thống giao diện giao tiếp với người dùng, các module mở rộng (module input, output, module relay, module giao tiếp, truyền thông, module nguồn)… Do giới hạn về mặt thời gian thực hiện đề tài nên nhóm chỉ chú trọng nghiên cứu về một số phần quan trọng của một hệ thống PLC là: xây dựng khối xử lý trung tâm bằng chip MEGA 2560, xây dựng màn hình HMI giao tiếp PLC với người dùng, thiết kế một số module mở rộng cơ bản.Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 1.7 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, tự động hóa là một xu hướng tất yếu và là hướng có triểnvọng rất lớn. Nhưng với đạc trưng là một hệ thống điều khiển công nghiệp nên giá thành của các bộ điều khiển như PLC có giá thành rất cao gây khó khăn trong việc tiếp cận và ứng dụng vào thực tế. Với mong muốn ứng dụng những gì đã học vào thực tế cũng như bắt kịp xu thế của những nước phát triển nên nhóm đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu và ứng Arduino trong công nghiệp”. Với hi vọng ứng dụng những công nghệ mới nhóm có thể tạo ra một hệ thống điều khiển đáp ứng được với môi trường công nghiệp với giá thành thấp nhất, phù hợp với yêu cẩu thực tế và mọi người có thể nghiên cứu và phát triển.Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung về PLC 2.1.1 Khái niệm PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như: Siemens, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell... Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình. Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp. Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Modul mở rộng. Giá cả có thể cạnh tranh được. 2.1.2 Cấu tạo và bộ nhớ của PLC 2.1.2.1 Cấu tạo của PLC Gồm 2 phần: Khối xử lý trung tâm Hệ thống giao tiếp vàora (IO)Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 Khối trung tâm: là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: thực hiện chương trình, xử lý vàora và truyền thông với các thiết bị bên ngoài. Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo của PLC 2.1.2.2 Bộ nhớ của PLC Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter được chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau: ROM (Read Only Memory): là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác. RAM (Random Access Memory): có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cungĐại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 cấp năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOS RAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn. EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory): là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó được gắn sẵn trong máy, đã được nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới hạn. Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình. Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài. Kích thước bộ nhớ : Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo. Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K 16K, có khả năng chứa từ 2000 16000 dòng lệnh. Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM. Cấu trúc bộ nhớ : Bộ nhớ gồm 48KB RAM, 48KB ROM, không có khả năng mở rộng và tốc độ xử lý gần 0.3ms trên 1000 lệnh nhị phân, bộ nhớ được chia trên các vùng: Nguyên lý làm việc : CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệ thống số nhị phân, do đó tốc độ quét vòng chương trình có thể đạt đến vài phần ngàn giây, các Software dùng để lập trình PLC tích hợp cả phần biên dịch. Các dòng lệnh khi lập trình chúng ta đưa từ chương trình vào thì trình biên dịch sẽ chuyển đổi sang mã máy và ghi từng bit “0” hay bit “1” lên đúng vào vị trí có địa chỉ đã được quy ước trước trong PLC lên PC được thực thi xảy ra ngược lại và trình biên dịch đã làm xong nhiệm vụ của mình trước khi trả chương trình lên Monitor..Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song: Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau. Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu. Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC. Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song. Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian hạn chế. Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và IO. Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về địnhthời, đồng hồ của hệ thống. Vòng quét của chương trình: PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle). Mỗi vòng quét được bắt đàu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU. Mỗi vòng quét có thể mô tả như sau:Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 12 Hình 2.2 sơ đồ vòng quét của CPU Chú ý: Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vàora tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm. Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông. Trong vòng quét đó. Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao. Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ khối OB40, OB80,... Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi vòng quét chứ không phải bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn một tín hiệu báo ngẵt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nênviết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 Tại thời điểm thực hiện lệnh vàora, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vàora mà chỉ thông qua bộ nhớ đệm của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền thông giữa bộ đêm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vàora ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện với cổng vàora 2.1.3 Ngôn ngữ lập trình Lập trình cho S7 và các PLC khác của hãng Siemens dựa trên 3 phương pháp cơ bản: Phương pháp hình thang (Ladder logic LAD). Phương pháp khối hàm (Function Block Diagram FBD). Phương pháp liệt kê câu lệnh (Statement List STL). Nếu chương trình được viết theo ngôn ngữ LAD (hoặc FBD) thì có thể chưyển sang ngôn ngữ STL hay FBD (hoặc LAD) tương ứng. Nhưng không phải bất cứ chương trình viết theo STL nào cũng chuyển sang ngôn ngữ LAD hay FBD được. Bộ tập lênh STL được trình bày trong giáo án này đều có một chức năng như các tiếp điểm, cuộn dây, các hộp (trong LAD) hay IC số trong FBD. Những lệnh này phải phối hợp được trạng thái các tiếp điểm để quyết định về giá trị trạng thái đầu ra hoặc giá trị logic cho phép hoặc không cho phép thực chức năng của một (hay nhiều) cuộn dây hoặc hộp. Trong lập trình lôgic thường hay sử dụng hai ngôn ngữ LAD và STL vì nó gần gũi hơn đối với chuyên ngành điện. Sau đây là những định nghĩa cần phải nắm khi bắt tay vào thiết kế một chương trình: 2.1.3.1 Ngôn ngữ bảng lệnh (STL) Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là ngôn ngữ lập trình thô
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP SVTH : NGUYỄN KHẮC VŨ CHÂU HOÀNG NAM VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146234 MSSV: 12146114 MSSV: 12146266 Khoá : 2012 Ngành : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: TH.S LẾ TẤN CƯỜNG Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TH.S LÊ TẤN CƯỜNG Họ tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146266 MSSV: 12146114 12146CLC Lớp: Tên đề tài: - Nghiên cứu ứng dụng Arduino môi trường công nghiệp Các số liệu, tài liệu ban đầu - Tài liệu tổng quan PLC Wikipedia PLC Nội dung đồ án - Tìm hiểu PLC - Thiết kế Module mở rộng - Tìm hiểu HMI - Thiết kế hệ thống demo - Lập trình giao diện điều khiển - Lập trình cho hệ thống - Chạy thử nghiệm Các sản phẩm dự kiến Ngày giao đồ án: 10/03/2016 Ngày nộp đồ án: 26/07/2016 TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) □ Được phép bảo vệ……………………………………………………………… ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Giảng viên hướng dẫn: Th.S LÊ TẤN CƯỜNG Họ tên sinh viên: Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: Nhận xét kết thực ĐATN: 2.1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN: 2.2 Nội dung đồ án: ( Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả áp dụng đồ án, hướng nghiên cứu phát triên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao 2.3 Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có) Đánh giá TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung ĐATN Kỹ ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐATN Tồng điểm Điểm tối Điểm đạt đa 3.0 1.0 1.0 1.0 5.0 0.5 1.0 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 10.0 Kết luận □ Được phép bảo vệ □ Không phép bảo vệ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016 Giảng viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) iii Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV:12146114 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG ARDUINO TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP.” Ngành đào tạo: Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Giảng viên phản biện: Th.S BÙI HÀ ĐỨC Ý KIẾN NHẬN XÉT Kết cấu, cách thức trình bày đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án: ( Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả áp dụng đồ án, hướng nghiên cứu phát triên) Kết đạt được: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Những thiếu xót tồn ĐATN Câu hỏi Đánh giá TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu ĐATN Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài Tính cấp thiết đề tài Nội dung ĐATN Kỹ ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể ĐATN Tồng điểm Điểm tối Điểm đạt đa 3.0 1.0 1.0 1.0 5.0 0.5 1.0 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 10.0 Kết luận □ Được phép bảo vệ □ Không phép bảo vệ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TP.HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2016 Giảng viên phản biện (Ký, ghi rõ họ tên) v Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc - PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng Arduino môi trường công nghiệp.” Họ tên sinh viên: NGUYỄN KHẮC VŨ MSSV: 12146234 VŨ ĐỨC HUY MSSV: 12146266 CHÂU HOÀNG NAM MSSV: 12146114 A ĐÁNH GIÁ TT Mục đánh giá Điểm tối Điểm đạt đa Hình thức kết cấu ĐATN 2.0 Đúng format với đầy đủ hình thức nội dung 0.5 mục Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 1.0 Tính cấp thiết đề tài 0.5 Nội dung ĐATN 5.0 Kỹ ứng dụng kiến thức toán học, khoa học 0.5 kỹ thuật, khoa học xã hội,… Khả thực hiện/ phân tích/ tổng hợp/ đánh giá 1.0 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần 2.0 quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế Khả cải tiến phát triển 1.0 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm 0.5 chuyên ngành Kỹ thuyết trình 3.0 Thuyết trình hiệu quả, tự tin, trình bày rõ ràng, 1.0 mạch lạc, truyền cảm hứng cho người nghe, có khả làm việc nhóm Trả lời câu hỏi phản biện với kiến thức vấn 1.5 đề liên quan, hiểu ảnh hưởng giải pháp Hiểu trách nhiệm nghề nghiệp đạo đức 0.3 nghề nghiệp Trang phục chỉnh tề nghiêm túc 0.2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vi Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM TỔNG ĐIỂM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao 10.0 B CÁC Ý KIẾN NHẬN XÉT KHÁC (Nếu có) C KẾT LUẬN (Ghi rõ cần phải bổ sung, chỉnh sửa đồ án) TP.HCM, ngày tháng năm 2016 Người nhận xét (Ký, ghi rõ họ tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP vii Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao LỜI CAM KẾT Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng Arduino môi trường công nghiệp GVHD: Th.S Lê Tấn Cường Họ tên sinh viên: Nguyễn Khắc Vũ MSSV: 12146234 Địa sinh viên: Tân Thuận Bình, Chợ Gạo, Tiền Giang Số điện thoại liên lạc: 0984181929 Email: khacvuspkt@gmail.com Họ tên sinh viên: Vũ Đức Huy MSSV: 12146266 Địa sinh viên: Khu Văn Hải, TT Long Thành, Đồng Nai Số điện thoại liên lạc: 01286592922 Email: prsaban@gmail.com Họ tên sinh viên: Châu Hoàng Nam MSSV: 12146114 Địa sinh viên: Tân Thông Hội, Củ Chi, TP.HCM Số điện thoại liên lạc: 0973511673 Email: namchaucc@gmail.com Lớp: 12146CLC Lớp: 12146CLC Lớp: 12146CLC Ngày nộp khóa luận tốt nghiệp (ĐATN): 26/07/2016 Lời cam kết: “Chúng xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình chúng tơi nghiên cứu thực Chúng không chép viết cơng bố mà khơng trích rõ nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, chúng tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.” Tp HCM, ngày 12 tháng 07 năm 2016 ( Ký tên) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP viii Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu nhóm thực đề tài hoàn thành đề tài tốt nghiệp giao Nhóm em xin chân thành gửi lời cám ơn đến: Ban Giám Hiệu, Các cán công nhân viên nhà trường giúp đỡ nhóm em suốt thời gian học tập trường Ban Chủ Nhiệm Khoa Thầy Cô Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao dạy nhóm em kiến thức chuyên ngành Các bạn đồng hành với em suốt trình học tập nghiên cứu Đặc biệt xin gửi lời tri ân đến Thầy LÊ TẤN CƯỜNG, người trực tiếp hướng dẫn đề tài hỗ trợ cho nhóm em nhiều kiến thức, tài liệu sở vật chất để nhóm em hồn thành tốt đề tài ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ix Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Ví dụ : Tham khảo Example "Test Font" Hình 4.20 In kí tự số lên hình 4.4.5.3 Picture (* Đính kèm Icon cho hình) Để in đối tượng lên hình, có cách: Sử dụng ảnh số In ảnh lên hình thơng qua thẻ SD Cấu trúc lệnh : scale) Trong : drawBitmap(int x, int y, int sx, int sy, bitmapdatatype data, int x , y : vị trí ảnh muốn in hình sx , sy : độ phân giải ảnh data : tên file Image.c muốn in lên hình scale : tỉ lệ phóng ảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 52 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Hình 4.21 Cách dùng hàm drawBitmap Ví dụ : Tham khảo Example "Load Bitmap" Hình 4.22 Load ảnh ảnh số Đối với ảnh có kích thước lớn, chuyển sang ảnh RAW để in lên hình thơng qua thẻ SD Sử dụng chương trình ImageConverter565 chuyển sang ảnh RAW (Image.RAW) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 53 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM load(int x, int y, int sx, int sy, char *filename, int bufmult = 1, Cấu trúc lệnh : bool iswap = 0); Trong : Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao x , y : vị trí ảnh muốn in hình sx , sy : độ phân giải ảnh filename : tên file Image.RAW muốn in lên hình bufmult : tốc độ load ảnh, thường = 1, 2, 4, iswap: giá trị = = Ví dụ : Tham khảo Example "Load_SDcard" Hình 4.23 Load ảnh thông qua thẻ SD 4.4.5.3 Button Cấu trúc lệnh : serviceCreateButton(int x1, int y1, int x2, int y2, int color, int color1, String text) Trong : x1 , y1 : vị trí góc trái Button x2 , y2 : chiều dài chiều rộng nút Button color: màu nút nhấn color1: màu chữ nút nhấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 54 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Text : Chữ muốn in nút nhấn Hình 4.24 Cách sử dụng hàm serviceCreateButton Ví dụ : Tham khảo Example "Button" Hình 4.25 Ảnh thực tế sử dụng hàm serviceCreateButton ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 55 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao 4.4.5.5 Processing Bar Thanh Bar theo chiều ngang Cấu trúc lệnh : bar_meter_Horizontal(float reading, int xpos1, int ypos1,int bar_Length, int bar_Height , float max_value , float min_value, int scale ) Trong : reading: giá trị analog đầu vào xpos1, ypos1 : vị trí góc trái Bar bar_Length, bar_Height: chiều dài chiều rộng Bar max_value , min_value: giá trị lớn nhỏ scale : độ chia vạch trục số Ví dụ : Tham khảo Example "Processing_bar_Horizontal" Hình 4.26 Hiển thị bar ngang ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 56 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Thanh Bar theo chiều dọc Hình 4.27 Cách sử dụng hàm bar_meter_Vertical Cấu trúc lệnh : bar_meter_Vertical( float reading, int xpos1, int ypos1,int bar_Length, int bar_Height , float max_value , float min_value, int scale ) Trong : reading: giá trị analog đầu vào xpos1, ypos1 : vị trí góc trái Bar bar_Length, bar_Height: chiều dài chiều rộng Bar max_value , min_value: giá trị lớn nhỏ scale : độ chia vạch trục số ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 57 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Ví dụ : Tham khảo Example "Processing_bar_Vertical" Kết chạy thử Hình 4.28 Hiển thị bar dọc 4.4.5.6 Dual-State Button Ý tưởng: Sử dụng thư viện Utouch để đọc event chạm vào hình, thư viện SdRaw để in ảnh lên hình Ban đầu in ảnh trạng thái "OFF" loại nút nhấn, chạm vào hình => in ảnh trạng thái "ON" lên, tùy thuộc vào loại nút nhấn (như Công tắc, nút nhấn, cần gạt) Ví dụ : Tham khảo Example "Dual-State_Button" Hình 4.29 Hiển thị Dual-State Button ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 58 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Chương THIẾT KẾ MODULE MỞ RỘNG 5.1 Thiết kế Base I/O board cho Mega2560 Hình 5.1 Base I/O board Mega2560 Chức năng: Kết nối chân board CPU Mega2560 đầu header chắn dễ dàng kế nối với board ngoại vi Nguyên lý: Base board tích hợp nhiều loại header với kích thước phù hợp để có thễ dễ dàng tháo lắp board Mega 2560 Ngồi board cịn có thêm cổng nạp code, chân cấp nguồn cho xử lý, chân giao tiếp UART nút reset board Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 59 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao 5.2 Thiết kế module OUTPUT Relay Hình 5.2Module chanel output relays Chức năng: Module chanel output relays dùng để nhận tín hiệu điều khiển 5V từ xử lý trung tâm kích relay với điện áp 24V Nguyên lý: Module sử dụng opto cách ly quang TLP2801 cách ly hoàn toàn điện áp điều khiển từ CPU với điện áp kích relay giúp bảo vệ CPU có cố xảy Module hỗ trợ thêm header cấp nguồn giúp cho việc kết nối nhiều module khác cách dễ dàng Ngồi module cịn có thêm cầu chí giúp bảo vệ mạch có cố ngắn mạch xảy Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 60 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao 5.3 Thiết kế module INPUT cách ly Hình 5.3 Module input cách ly Chức năng: Chuyển đổi tín hiệu số đầu vào (từ cảm biến ) với mức điện áp 5V 24V thành tín hiệu 5V với điện áp cách ly cấp cho CPU Nguyên lý: Module tích hợp opto cách ly TLP2805 (2 chiều) để cách ly điện áp tín hiệu từ cảm biến điện áp đưa vào CPU Module hỗ trợ thêm header cấp nguồn giúp cho việc kết nối nhiều module khác cách dễ dàng.Ngoài module cịn có thêm LED báo nguồn, LED hiển thị trạng thái chân input Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 61 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao 5.4 Thiết kế Module nguồn Hình 5.4 Module nguồn 5V Chức năng: Chuyển nguồn DC với mức điện áp 24V thành nguồn với điện áp 5V cấp cho CPU Nguyên lý: Module sử dụng chip WB2405P-8W chuyển đổi điện áp DC-DC từ24V thành điện áp 5V Ngoài module cịn có thêm cầu chì bảo vệ ngắn mạch LED báo nguồn Sơ đồ nguyên lý (PHỤ LỤC 2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 62 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao Chương KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Những điều đề tài làm được: Sau thời gian thực đề tài với nhiệm vụ đề kết nhóm hồn thành vấn đề sau: Tìm hiểu hệ thống điều khiển tự động Tìm hiểu PLC Tìm hiểu Màn hình HMI Tìm hiểu phương thức giao tiếp cơng nghiêp ứng dụng Thiết kế board Arduino ứng dụng vào cơng nghiệp Thiết kế module mở rộng Tuy nhiên cịn số khó khăn: + Do thời gian làm đề tài có giới hạn nên kiểm tra thực nghiệm hoạt động môi trường cơng nghiệp xác độ tin cậy hệ thống + Do thiếu kinh nghiệm thiết kế, bố trí, lựa chọn linh kiện phù hợp với yêu cầu đặt 6.2 Hướng phát triển Sau thời gian nghiên cứu thực hiện, đề tài đạt mục tiêu đề Tuy nhiên đề tài số hạn chế cần phương án tối ưu Đề tài có khả phát triển theo chiều hướng tốt ứng dụng mơi trường cơng nghiệp Để phát triển đề tài nhóm có số vấn đề đề xuất sau: Nghiên cứu đưa phiên board Arduino có cải tiến cần thiết môi trường công nghiệp Thiết kế module giao tiếp với chuẩn khác như: RS232, RS485, UART, SPI, Wifi… Nâng cấp tiếp module mở rộng Nghiên cứu phần mềm nạp giao diện người dụng cách đơn giản viết code trực tiếp board Arduino… ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 63 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao PHỤ LỤC 1: TÀI LIỆU THAM KHẢO PLC, https://vi.wikipedia.org/wiki/PLC RS485, https://en.wikipedia.org/wiki/RS-485 Giao thức Ethernet TCP, http://iavietnam.net/detailnews/M47/N677/giaothuc-ethernet-tcpip.htm https://github.com/ Màn hình HMI, http://www.buydisplay.com/default/7-tft-screen-touch-lcddisplay-module-w-ssd1963-controller-board-mcu Hướng đẫn vẽ layout, https://www.youtube.com/watch?v=_KWXk-MNSpM Đồ Án Tốt Nghiệp : “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MƠ HÌNH NHÀ THƠNG MINH (SMARTHOME)” ĐÀO QUANG TUYẾN Một số hình ảnh lấy google ảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 64 Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao PHỤ LỤC 2: NGUYÊN LÝ VÀ LAYOUT CÁC BO THIẾT KẾ Nguyên lý bo Arduino mega2560 Nguyên lý bo Base I/O board cho mega2560 Nguyên lý module OUTPUT Relay Nguyên lý module INPUT cách ly Nguyên lý bo nguồn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 65