Nghiên cứu và chế tạo bàn phím cảm ứng ứng dụng trong sản phẩm thuộc lĩnh vực dân dụng công nghiệp

SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH THÀNH ĐỒN TP HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ  *  BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý Hội Đồng Nghiệm Thu ngày 23 tháng 02 năm 2012) NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO BÀN PHÍM CẢM ỨNG, ỨNG DỤNG TRONG SẢN PHẨM THUỘC LĨNH VỰC DÂN DỤNG – CÔNG NGHIỆP CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: Thạc sỹ Nguyễn Gia Minh Thảo CƠ QUAN CHỦ TRÌ: Trung Tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2012 XÁC NHẬN CHỈNH SỬA BÁO CÁO NGHIỆM THU (Theo góp ý Hội đồng nghiệm thu ngày 23/ 02 / 2012) Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo bàn phím cảm ứng, ứng dụng sản phẩm thuộc lĩnh vực dân dụng-công nghiệp” Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Gia Minh Thảo Cơ quan chủ trì đề tài: Trung tâm Phát triển Khoa học Cơng nghệ Trẻ TT Góp ý Hội đồng Chỉnh sửa chủ nhiệm đề tài Trang Bổ sung, trình bày chi tiết Đã bổ sung chi tiết hơn: “phần tổng phần tìm hiểu tổng quan đề tài quan đề tài”, theo góp ý Liệt kê đặc tính tính Đã liệt kê: “đặc tính tính kỹ 58 - 60 kỹ thuật bàn phím cảm ứng thuật bàn phím cảm ứng điện thiết kế đề tài dung đề tài”, theo góp ý Trình bày ưu điểm riêng (nổi bật) bàn phím cảm ứng đề tài; so sánh việc thiết kế bàn phím ứng dụng sản phẩm ứng dụng dân dụng với sản phẩm ứng dụng cơng nghiệp Tính tốn ước lượng giá thành Đã thực theo góp ý 65 - 66 toàn linh kiện cấu thành hai sản phẩm ứng dụng Thực đăng báo thông tin Đã đăng kết thực đề tài kết quả/sản phẩm thực trên: Tạp chí “Thơng Tin KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ”, Trang số đề tài 67 18-19, số tháng 04/2012, ngày 06/04/2012 Là tạp chí Trung Tâm Thơng Tin KH&CN (CESTI) – Sở KH&CN Tp.HCM xuất Đã trình bày: “ưu điểm bật thực so sánh thực nghiệm 60 - 62 số điểm khác thiết kế-đặc tính hai loại bàn phím cảm ứng hai sản phẩm ứng dụng”, theo góp ý Bổ sung phần hướng phát triển đề Đã thực theo góp ý tài tác giả thực CƠ QUAN CHỦ TRÌ Giám đốc PHẢN BIỆN (Ký tên) 5-9 PHẢN BIỆN (Ký tên) 69 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký tên) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký tên) LỜI CẢM ƠN Trước hết xin cảm ơn ba mẹ, gia đình ln nguồn động viên lớn chỗ dựa vững Kính gửi đến nhóm tác giả thực đề tài: TS Phạm Đình Trực, TS Ngơ Mạnh Dũng, ThS Mai Tuấn Đạt lời cảm ơn sâu sắc, cảm ơn quý thầy tận tình hỗ trợ giúp đỡ kiến thức chun mơn suốt q trình thực đề tài Xin cảm ơn quan chủ trì Trung tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ - Thành Đoàn TpHCM, đặc biệt chị Nguyễn Thị Hoàng Lan, tạo điều kiện hỗ trợ nhiều mặt thủ tục đề tài thực tốt Xin chân thành cảm ơn quan quản lý Sở Khoa Học-Cơng Nghệ TpHCM hỗ trợ tồn kinh phí thực đề tài Cũng xin cảm ơn chị Trần Thị Kim Liên quý thầy Hội Đồng Nghiệm Thu nhiệt tình giúp đỡ góp ý chân tình cho đề tài Tơi cảm ơn quý thầy cô đồng nghiệp môn Thiết Bị Điện –Đại học Bách Khoa TpHCM, tất người thân, bạn bè động viên, góp ý, giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình thực đề tài Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2012 Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Gia Minh Thảo I TĨM TẮT Nội dung đề tài nghiên cứu khoa học gồm ba sản phẩm Sản phẩm thứ hệ thống tài liệu liên quan đến nguyên lý hoạt động, phương pháp thiết kế bàn phím cảm ứng tính ứng dụng kỹ thuật cảm ứng điện dung Sản phẩm thứ hai sản phẩm ứng dụng có tích hợp bàn phím cảm ứng lĩnh vực dân dụng, thiết bị “điều khiển-giao tiếp với người dùng buồng thang máy” Sản phẩm thứ ba sản phẩm ứng dụng có tích hợp bàn phím cảm ứng điện dung lĩnh vực công nghiệp, thiết bị “điều khiển-giám sát kết nối với PLC” hệ thống tự động Nhóm tác giả thực đầy đủ yêu cầu đặt đề tài Sản phẩm ứng dụng lĩnh vực dân dụng, thiết bị “điều khiển-giao tiếp với người dùng buồng thang máy” cài đặt hoạt động thử nghiệm buồng thang máy thực nghiệm Sản phẩm ứng dụng lĩnh vực công nghiệp, thiết bị “điều khiển-giám sát kết nối với PLC” cài đặt hoạt động mơ hình mơ hệ thống đếm phân loại sản phẩm dùng PLC S7-200 hãng Siemens phịng thí nghiệm Hai sản phẩm hoạt động tốt ổn định trình hoạt động thử nghiệm ABSTRACT Main topic of this scientific research project is three products The first product is the document system relating to the operation principle, design method of touch keyboard and applications of capacitive touch technique The second product is a product which integrated capacitive touch keyboard, applied in the field of civil, named “controlcommunication with the user in the elevator shaft” The third product is a product which integrated capacitive touch keyboard, applied in the field of industry, named “controlmonitoring and connectable to PLC” in automatic system The authors fulfilled the requirements of the scientific project The product applied in field of civil, the device “control-communication with the user in the elevator shaft” was installed in the test operation with experimental elevator The product applied in field of industry, the device “control-monitoring and connectable to PLC” was installed in a simulation model of the counting and sorting products system using PLC Siemens S7200 in the laboratory These two products have worked well and stably during testing activities II QUYẾT TỐN KINH PHÍ (Phần Trung tâm Phát triển KHCN bổ sung) Đề tài: Chủ nhiệm: Cơ quan chủ trì: Thời gian đăng ký hợp đồng: Thời gian thực giai đoạn 1: (Dùng cho báo cáo giám định) ……………………………………………………………………………………… Tổng kinh phí duyệt:………………………………………………………… Kinh phí cấp giai đoạn 1:…………… (Theo thơng báo số:…/TB-KHCN ngày…… …) Kinh phí cấp giai đoạn 2:…………… (Theo thông báo số:…/TB-KHCN ngày…… …) TT Nội dung I Kinh phí cấp năm II Kinh phí tốn năm Cơng chất xám Cơng thuê khoán Nguyên, nhiên, vật liệu, dụng cụ, Kinh phí phụ tùng, văn phịng phẩm Thiết bị Xét duyệt, giám định, nghiệm thu Hội nghị, hội thảo Đánh máy tài liệu Giao thông liên lạc Chi phí điều hành III Tiết kiệm 5% IV Kinh phí chuyển sang năm sau III Trong Ngân sách Nguồn khác MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn I Tóm tắt đề tài/dự án (gồm tiếng Việt tiếng Anh) II Bảng tốn kinh phí III Mục lục IV PHẦN MỞ ĐẦU 1 Tên đề tài/dự án: Chủ nhiệm đề tài/dự án: Cơ quan chủ trì: Trung tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ Thời gian thực hiện: Kinh phí duyệt: Kinh phí cấp:………………….theo TB số:….TB-SKHCN ngày Mục tiêu Nội dung ……………………………………………… 1.1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 2.1 Tính cấp thiết đề tài 15 CHƯƠNG II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 16 Nội dung 1: Hệ thống phương pháp thiết kế bàn phím cảm ứng dựa kỹ thuật cảm ứng điện dung (Sản phẩm thứ nhất) 2.1.1 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động kỹ thuật cảm ứng điện dung phương pháp thiết kế bàn phím cảm ứng điện dung 2.1.2 Tìm hiểu lựa chọn vi điều khiển trung tâm 2.1.3 Phương thức lập trình vi điều khiển đê thực việc phát người “chạm” tay vào nút nhấn cảm ứng IV 17 2.2 Nội dung 2: Thiết kế loại sản phẩm ứng dụng dân dụng – 34 thiết bị “điều khiển-giao tiếp với người dùng buồng thang máy” (Sản phẩm thứ hai đề tài) 2.2.1 Nguyên lý hoạt động “thiết bị điều khiển-giao tiếp” với người buồng thang máy 2.2.2 Thiết kế thi công thiết bị điều khiển-giao tiếp 2.2.3 Cài đặt thiết bị hoạt động thử nghiệm thực tế 2.3 Nội dung 3: Thiết kế loại sản phẩm ứng dụng công nghiệp – thiết bị “điều khiển-giám sát giao tiếp với PLC” 42 (Sản phẩm thứ ba đề tài) 2.3.1 Nguyên lý hoạt động “thiết bị điều khiển-giám sát giao tiếp với PLC” 2.3.2 Thiết kế, thi công “thiết bị điều khiển-giám sát giao tiếp với PLC” 2.3.3 Thiết kế mơ hình mơ hệ thống đếm phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-200 hãng Siemens 2.3.4 Cài đặt thiết bị hoạt động thử nghiệm phịng thí nghiệm Tóm tắt lưu ý tính kỹ thuật sản phẩm ứng 2.4 dụng: đặc điểm, tính năng, ưu điểm riêng so sánh chức CHƯƠNG III: KẾT QỦA ĐẠT ĐƯỢC 58 62 (Kết thực hiện, Tính tốn chi phí linh kiện, Thơng tin báo) CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 4.2 Kiến nghị 4.3 Hướng phát triển đề tài theo đề xuất nhóm tác giả thực 68 đề tài PHỤ LỤC : Sơ đồ nguyên lý đầy đủ sản phẩm ứng dụng V 70 BÁO CÁO NGHIỆM THU Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo bàn phím cảm ứng, ứng dụng sản phẩm thuộc lĩnh vực dân dụng-công nghiệp” Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Gia Minh Thảo Cơ quan chủ trì: Trung tâm Phát triển Khoa học Công nghệ Trẻ Thời gian thực đề tài: 12/2010 -:- 12/2011 Kinh phí duyệt: 80.000.000 đồng (Tám mươi triệu đồng) Kinh phí cấp:………………… theo TB số:.….TB-SKHCN ngày…/…/…… Mục tiêu: (Theo đề cương duyệt) TT Tên sản phẩm Hệ thống tài liệu tổng quan - Yêu cầu khoa học, kinh tế Trình bày tài liệu tham khảo, đề tài-công đề tài nguyên lý trình nghiên cứu, liên quan đến đề tài thực kỹ thuật cảm ứng điện dung - kỹ thuật cảm ứng điện dung (Là sản phẩm thứ đề tài) Trình bày nguyên lý hoạt động ứng dụng - Trình bày phương pháp thiết kế bàn phím cảm ứng dựa kỹ thuật cảm ứng điện dung Kỹ thuật chống nhiễu, tăng độ nhạy , bảo vệ cho bàn phím cảm ứng - Trình bày kỹ thuật lập trình cho vi điều khiển nhận biết phím cảm ứng nhấn Thiết bị điều khiển-giao tiếp - Với thiết bị này, người buồng thang máy với người dùng thực chức năng: chọn vị trí tầng buồng thang máy cần đến, đóng/mở cửa, bật/tắt đèn buồng (Là sản phẩm thứ hai đề thang máy, bật/tắt chuông, báo động tài.) - Thiết bị hiển thị vị trí tầng (Là thiết bị ứng dụng thứ chiều lên/xuống mà thang máy di – có tích hợp bàn phím chuyển qua Led ma trận hay Led đoạn Số cảm ứng.) lượng Led hiển thị là: - Thiết bị có phím cảm ứng để người dùng lựa chọn gọi tầng cần đến: tối thiểu tầng lầu (kể tầng trệt) tầng hầm Số nút nhấn cảm ứng tối thiểu thiết bị 12 nút - Kết nối với PLC điều khiển thang máy thơng qua dây tín hiệu song song (tín hiệu có mức: mức (24V),mức (0 V) Thiết bị điều khiển-giám sát - Kết nối với PLC qua cổng giao dùng để kết nối với PLC chuẩn giao thức RS485 hệ thống tự động công - Sau thiết lập-cài đặt thiết bị người nghiệp dùng thực chức năng: Hiển thị (Là sản phẩm thứ ba đề text/giá trị biến PLC hình LCD tài.) tích hợp thiết bị; Nhập liệu vào PLC (Là Thiết bị ứng dụng thứ ; Giám sát điều khiển PLC từ xa hai - có tích hợp bàn phím - Số nút nhấn cảm ứng để người dùng sử dụng cảm ứng.) thiết bị khoảng: 12 đến 16 nút - Khung truyền liệu thiết bị PLC định sẵn trước để người dùng dễ dàng lập trình cho PLC Số byte liệu khung truyền tối đa là:6 byte - Các thông số cho giao thức kết nối PLC thiết bị theo chuẩn RS485 như: tốc độ Baud, số bit liệu,… thay đổi tùy người sử dụng Với thông số mặc định: 9600 bits/s, bits, không parity - Khoảng cách kết nối thiết bị PLC S7200 tối đa 20m (khi khơng có repeater cho tín hiệu RS485) Bài báo Tạp chí Khoa học Hội nghị chuyên ngành Nội dung: (Theo đề cương duyệt hợp đồng ký) TT Công việc dự kiến Cơng việc thực Tìm hiểu lý thuyết nguyên lý - Đã thực tìm hiểu nguyên lý công kỹ thuật cảm ứng điện dung nghệ cảm ứng: cảm ứng điện trở, cảm ứng điện dung, cảm ứng điện cảm - Chuyên sâu nghiên cứu kỹ thuật cảm ứng điện dung: nguyên lý ứng dụng - Tìm hiểu xây dựng hệ thống phương pháp thức thiết kế hoàn chỉnh bàn phím cảm ứng dựa kỹ thuật cảm ứng điện dung Lựa chọn, tìm hiểu vi điều khiển - Đã tìm hiểu, lựa chọn loại vi điều khiển loại cảm biến có tích hợp mơ-đun PIC16F727 hỗ trợ chức cảm ứng điện chuyên dụng phù hợp với kỹ thuật dung, kích thước nhỏ gọn, giá thành rẻ hoạt động ổn định cảm ứng điện dung - Cách thức thiết kế hệ thống lập trình với loại vi điều khiển PIC16F727: mạch nạp Pickit2, lập trình ngơn ngữ C phần mềm biên dịch CCS Hi-Tech Thiết kế biến đổi DC-DC có cách - Đã thiết kế hồn chỉnh nguồn, kết ly, để chuyển từ điện áp 24Vdc (lấy hợp nguồn xung nguổn ổn định từ PLC) để tạo nguồn 5Vdc cung tuyến tính: cấp cho vi điều khiển - Ngõ vào: +24Vdc (dải điện áp rộng) - Ngõ ra: +5Vdc, độ ổn định cao - Hai ngõ vào cách ly với - Thiết kế nhỏ gọn Lập trình Mơ bàn phím - Đã mơ đoạn chương trình cho cảm ứng phần mềm Proteus vi điều khiển PIC16F727 - Cải tiến chương trình mơ mẫu (của MicroChip) có liên quan để hồn chỉnh thiết kế bàn phím cảm ứng - Bàn phím hoạt động dựa nguyên tắc cảm ứng điện dung, mà điện dung tương đương người có khác nhau, nên người khác có cảm nhận độ nhạy phím cảm ứng khác Ví dụ như: người có tay ẩm, nhiều mồ cảm thấy “nhạy” chạm tay vào phím cảm ứng, hay người có kích thước ngón tay lớn “nhạy” người có kích thước ngón tay nhỏ….Để khắc phục điều này, cần viết thêm đoạn chương trình có chức tự động điều chỉnh độ nhạy phím cảm ứng theo mơi trường - Số phím cảm ứng tối đa “chạm” đồng thời (multi-touch) phím - Số lần “chạm” vào phím cảm ứng bàn phím khơng hạn chế - Khoảng thời gian tối thiểu lần “chạm” phím liên tục cách 250ms (0,25 giây) Có thể khắc phục vấn đề cách tăng tần số hoạt động vi điều khiển xử lý chức cảm ứng lên cao giảm thời gian (chu kỳ) lấy mẫu Tuy nhiên, giảm chu kỳ lấy mẫu, cần quan tâm đến vấn đề triệt nhiễu tín hiệu cảm biến điện dung đọc - Kích thước chuẩn chọn phím cảm ứng đề tài kích thước trung bình ngón tay người trưởng thành Đồng thời kích thước phím cảm ứng thiết bị giao tiếp buồng thang máy tác giả hiệu chỉnh (tăng kích thước) sau tham khảo thiết bị hãng nước ngồi - Khoảng cách đường mạch in tín hiệu cảm biến lựa chọn 0.35mm, kích thước khoảng cách nhỏ mà cơng nghệ mạch in Việt Nam thực Đồng thời kích thước khuyến cáo nhà sản xuất vi điều khiển Microchip cho dòng vi điều khiển PIC16F727 có tích hợp chức cảm ứng Chú ý rằng: Kích thước khơng nhỏ 0.35mm gây nên điện dung ký sinh hai đường tín hiệu hồi tiếp gần nhau, gây nhiễu sai lệch việc xác định phím nhấn - Số phím cảm ứng bàn phím 16 phím, tương ứng với số kênh tối đa mơ-đun chức cảm ứng vi điều khiển PIC16F727 Trong trường hợp để mở rộng số phím cảm ứng nhiều 16 phím, sử dụng (hoặc vài) vi điều khiển PIC16F727; vi điều khiển PIC16F727 điều khiển mơ-đun gồm 16 phím cảm ứng; giao tiếp mô-đun với theo chuẩn giao tiếp I2C để truyền tín hiệu cảm ứng vi điều khiển xử lý trung tâm 59  Ngồi đặc điểm chung trên, bàn phím cảm ứng thực đề tài cịn có số ưu điểm riêng sau: - Dễ dàng thay đổi lớp nhãn (label) hay lớp bìa bảo vệ (cover) cho ứng dụng khác - Dễ dàng lập trình lại (reprogrammable) cho vi điều khiển xử lý cảm ứng để thay đổi “độ nhạy” hay chức tương ứng phím cảm ứng trường hợp hoạt động khác - Vi điều khiển xử lý chức cảm ứng lập trình để xử lý trường hợp phím cảm ứng bất ngờ bị “treo” (ln ln báo tình trạng “chạm”) Khi gặp tình vi điều khiển phát được, tự động cho khởi động lại (reset) giá trị biến liên quan đến phím cảm ứng bị “treo” tương ứng, để phím hoạt động trở lại bình thường ban đầu 2.4.2 So sánh số đặc tính thiết kế bàn phím cảm ứng thiết bị giao tiếp thang máy (ứng dụng dân dụng) thiết bị giao tiếp với PLC (ứng dụng công nghiệp) đề tài: Đặc tính thiết kế bàn Thiết bị giao tiếp Thiết bị giao tiếp với PLC phím cảm ứng buồng thang máy (ứng dụng cơng nghiệp) Kích thước 20cm x 20cm 12,7cm x 12,7cm phím cảm ứng (Phù hợp với u cầu kích (Phù hợp với ngón tay thước lớn, dễ phân biệt người trưởng thành, phù thiết bị giao tiếp hợp với yêu cầu nhỏ gọn buồng thang máy) Độ dày lớp bìa - 3mm (tối thiểu) thiết bị cầm tay) - 4mm (tối thiểu) mica/kính suốt bảo - Có thể mica - Thường làm kính vệ bàn phím cảm ứng kính suốt, có độ suốt, có đặc tính bền cao, chịu lực vừa bền vừa nhẹ để tác động theo phương phù hợp với thiết bị cầm ngang tay 60 Độ rộng đường - Đường mạch in 0,4mm - Đường mạch in hồi tiếp tín hiệu cảm biến điện dung mạch in kích 0,35mm (tối thiểu), thước phím cảm ứng kích thước phím lớn nhỏ (tối thiểu) Vì - Phụ thuộc vào khoảng - Kích thước đường mạch cách từ phím cảm ứng in thường thay đổi đến vi điều khiển xử lý vi điều khiển xử lý phím nằm board-mạch điều cảm ứng gắn trực khiển (khác với board tiếp board bàn chứa bàn phím) phím cảm ứng Đặc tính việc thiết - Nguồn +5Vdc tạo - Sử dụng nguồn xung kế nguồn +5Vdc cho vi điều khiển PIC16F727, thành từ hệ thống nguồn công suất nhỏ, chuyển +24V thống từ mức điện áp ngõ vào xử lý phím cảm ứng thang máy, thông qua IC (7,5 -:- 30 Vdc) chuyển nguồn có cách +5Vdc ổn định, khơng ly chuyên dụng có cách ly hệ Chuẩn giao tiếp với thiết - Giao tiếp với PLC trung - Giao tiếp với PLC bên bị (hay PLC) bên tâm điều khiển thang theo chuẩn giao máy theo chuẩn giao tiếp RS485 (đã thực tiếp tín hiệu song song được) chuẩn (mức tín hiệu 0Vdc – CAN (trong chế độ mở thấp / 24Vdc – cao) rộng) Tỷ lệ phần trăm số lần - 10 /10 (100%) lần chạm - 10 /10 (100%) lần chạm chạm phím thành cơng phím liên tục, phím liên tục, (theo kết kiểm tra - 29 /30 (96,7%) lần chạm - 28 /30 (93,3%) lần chạm thực nghiệm tác giả phím liên tục, phím liên tục, đề tài; lần “chạm” - 47 /50 (94%) lần chạm - 45 /50 (90%) lần chạm phím cảm ứng liên tục phím liên tục, phím liên tục, cách 0,25 giây) 61 III KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 3.1 Tác giả hoàn thành đầy đủ sản phẩm mục tiêu đặt đề tài (theo thuyết minh đăng ký) TT Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học đạt (theo thuyết minh đăng ký) Ghi Hệ thống tài liệu tổng - Trình bày tài liệu tham khảo, đề tài- - Là hồ sơ quan đề tài cơng trình nghiên cứu,… ngồi tài liệu tổng nguyên lý kỹ thuật nước liên quan đến đề tài thực cảm ứng điện dung - quan đề Trình bày nguyên lý hoạt động ứng tài, có bao dụng kỹ thuật cảm ứng: cảm ứng gồm nguyên điện trở, cảm ứng điện cảm, chuyên lý-phương pháp sâu cảm ứng điện dung - Là sản phẩm thứ đề tài - Đã đáp ứng đầy đủ - Trình bày phương pháp thiết kế bàn phím cảm ứng dựa kỹ thuật cảm mục tiêu đặt ứng điện dung Kỹ thuật chống nhiễu, tăng độ nhạy, tạo nhãn mỹ thuật (label) , kỹ thuật bảo vệ cho bàn phím cảm ứng - Trình bày kỹ thuật lập trình cho vi điều khiển nhận biết phím cảm ứng tay người dùng “chạm” vào, ứng dụng kỹ thuật cảm ứng điện dung - Đề tài cung cấp thiết kế phần cứng (bàn phím cảm ứng) chương trình mẫu 62 Thiết bị điều khiển- - Với thiết bị này, người dùng - Số lượng: giao tiếp với người buồng thang máy thực dùng chức năng: chọn vị trí tầng cần đến, buồng đóng/mở cửa, bật/tắt đèn buồng thang máy thang máy, bật/tắt chuông, báo động sản phẩm - Đã thực cài đặt - Là sản phẩm thứ hai - Thiết bị hiển thị được: vị trí buồng tầng mà buồng thang máy di thang máy đề tài chuyển đến; chiều di chuyển thực tế để - Đã đáp ứng đầy đủ lên/xuống buồng thang máy di hoạt động mục tiêu đặt chuyển thông qua mô-đun LED ma trận thử nghiệm Số lượng LED ma trận hiển thị: - Thiết bị có phím cảm ứng để người dùng lựa chọn gọi tầng cần đến sau: tầng lầu, tầng (Ground), tầng hầm Số nút nhấn cảm ứng thiết bị 16 nút - Kết hoạt động thử nghiệm thực tế: TỐT - Kết nối với PLC điều khiển thang máy thông qua dây tín hiệu song song (tín hiệu có mức: mức (24V), mức (0 V) Đồng thời mức tín hiệu PLC mức tín hiệu vi điều khiển cách ly với Thiết bị điều khiển- - Kết nối với PLC S7-200 hãng - Số lượng: nối với PLC hệ Siemens, qua cổng giao chuẩn sản phẩm giao thức RS485, ứng dụng trong thống tự động cơng mơ hình mơ hệ thống đếm nghiệp phân loại sản phẩm để hoạt động thử - Là sản phẩm thứ ba nghiệm giám sát dùng để kết đề tài - Đã đáp ứng đầy đủ mục tiêu đặt - Số nút nhấn cảm ứng để người dùng sử dụng thiết bị này: 16 nút - Sau thiết lập-cài đặt thành công, với 63 thiết bị người dùng thực - Thực hiện chức năng: kết nối thiết + Hiển thị text/giá trị biến PLC bị với hình LCD tích hợp PLC S7-200 thiết bị (ở là: giá trị đặt/giá Siemens trị thật tổng số sản phẩm , thùng; giá trị đặt/giá trị thật số mơ hình mơ phế phẩm cho phép thùng; số phế phẩm ngắn/dài bị gạt bỏ) thống hệ đếm + Nhập liệu vào PLC (ở là: thiết phân loại lập giá trị đặt tổng số sản phẩm sản phẩm để số phế phẩm cho phép thử nghiệm thùng) + Giám sát điều khiển PLC từ xa (ở - Kết là: từ thiết bị này, người dùng có hoạt động thể điều khiển PLC làm băng chuyền phòng hoạt động (Start) hay ngừng hoạt nghiệm động (Stop); … - Khung truyền liệu thiết bị PLC định sẵn trước để người dùng dễ dàng lập trình cho PLC: + Khung truyền từ PLC đến thiết bị gồm byte, qui định cụ thể giá trị byte + Khung truyền từ thiết bị đến PLC byte, qui định cụ thể giá trị byte theo chức hoạt động tương ứng - Các thông số cho giao thức kết nối PLC thiết bị theo chuẩn RS485 như: tốc độ Baud, số bit liệu,… 64 TỐT thí : thay đổi tùy người sử dụng Với thông số mặc định: 19200 bits/s, bits, khơng parity - Ngồi ra, thiết bị hỗ trợ hai chuẩn giao thức kết nối: RS232 CAN (chức mở rộng) - Khoảng cách kết nối thiết bị PLC S7-200 tối đa 20m (khi khơng có repeater cho tín hiệu RS485) 3.2 Tính tốn ước lượng chi phí linh kiện cấu thànhcủa sản phẩm ứng dụng bàn phím cảm ứng có đề tài (Ghi chú: liệt kê chi phí vật liệu-linh kiện cấu thành thiết bị chưa tính đến chi phí tiền cơng nghiên cứu, lập trình việc kiểm tra thực nghiệm) Sản phẩm ứng dụng Chi tiết giá thành thiết bị Tổng chí phí thiết bị cấu cấu thành thành sản phẩm (Đơn vị: ngàn đồng) (Đơn vị: ngàn đồng) - Board bàn phím: 250 Sản phẩm 1: “Thiết bị điều khiểngiao tiếp với người dùng” buồng thang máy - Board điều khiển: 250 3300 /1 sản phẩm - Board chuyển mức: 250 (Ba triệu ba trăm ngàn - Vi điều khiển xử lý chức đồng / sản phẩm) cảm ứng: 100 - IC chuyển nguồn +5Vdc chuyên dụng, ổn định, cách ly: 600 - Các Opto chuyển mức 24V5V cách ly vào-ra, ổn định: 300 - Các led loại dán, màu đẹp để làm cho phím: 150 - Nhãn bìa (label) cho bàn phím - Nếu sản xuất với số lượng lớn 100 sản phẩm, lúc giảm chi phí linh kiện khoảng 15% hồn lại chi phí nghiên cảm ứng: 200 - Lớp kính/mica suốt, chịu 65 cứu lập trình lực ngang lớn, bảo vệ cho bàn phím cảm ứng: 200 - Các linh kiện khác (điện trở, cuộn dây, tụ điện, led đơn, loa nhỏ…): 200 - Đóng hộp nhơm: 800 - Board bàn phím: 250 Sản phẩm 2: - Board điều khiển: 350 “Thiết bị điều khiển- - Vi điều khiển xử lý chức (Ba triệu bốn trăm ngàn cảm ứng: 100 đồng / sản phẩm) giám sát” dùng để kết nối với PLC hệ thống tự động công nghiệp 3400 /1 sản phẩm - Vi điều khiển trung tâm: 150 - Khối nguồn xung +5Vdc/1A ổn định cao, tích hợp: 700 - LCD 4x20 ký tự: 200 - Các led loại dán: 150 - Khối giao tiếp RS485 tích hợp mạch điều khiển: 150 - Khối giao tiếp CAN RS232 - Ghi chú: Nếu sản xuất với số lượng lớn 100 sản phẩm, lúc giảm chi phí linh kiện cấu thành tích hợp mạch điều khoảng 15% hoàn khiển: 150 lại - IC mở rộng địa để điều khiển LED nền: 50 - Nhãn bìa (label) cho bàn phím cảm ứng: 200 - Lớp kính/mica suốt bảo vệ cho bàn phím cảm ứng: 150 - Các dây tín hiệu kết nối: 100 - Các linh kiện khác (điện trở, cuộn dây, tụ điện, led, loa nhỏ…): 200 - Đóng hộp mica: 500 66 chi phí nghiên cứu lập trình bỏ 3.3 Kết đề tài trình bày báo cáo số tạp chí/báo internet khoa học-cơng nghệ sau:  Tạp chí “Thơng Tin KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ”, Trang số 18-19, tạp chí số tháng 04/2012, ngày 06/04/2012 Là tạp chí Trung Tâm Thơng Tin KH&CN (CESTI) – Sở KH&CN Tp.HCM xuất Link: http://www.cesti.gov.vn/khong-gian-cong-ngh-/k-t-qu-nghi-n-c-u-khcn-t-i-tp.hcm-l-nh-v-c-cong-ngh-sinh-h-c-va-dan-d-ng-cong-nghi-p.html  Báo "Thế giới @, chuyên trang CNTT-VT Báo Người Lao Động", đăng vào Thứ – ngày 29/02/2012 Link: http://ictworld.vn/20120229102214984p89c57/che-tao-thanh-congban-phim-cam-ung.htm  Chuyên trang “Nhịp Sống Số Báo Tuổi Trẻ”, đăng vào Thứ – ngày 24/02/2012 Link: http://nhipsongso.tuoitre.vn/Nhip-song-so/479095/Che-tao-ban-phimcam-ung-su-dung-dai-tra.html 67 IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ : (Tóm tắt kết qủa nội dung thực hiện) 4.1 Kết luận:  Nhóm tác giả thực đầy đủ yêu cầu đề tài đặt ra, hoàn chỉnh sản phẩm đề tài: - Sản phẩm 1: Hệ thống tài liệu công nghệ cảm ứng, chuyên sâu kỹ thuật cảm ứng điện dung, gồm: nguyên lý hoạt động, kỹ thuật thiết kế bàn phím cảm ứng, kỹ thuật lựa chọn vi điều khiển hỗ trợ chức cảm ứng phù hợp, phương thức lập trình nhận phím cảm ứng “chạm”, cách tạo nhãn (label) – bìa (cover) cho bàn phím cảm ứng hồn chỉnh - Sản phẩm 2: Là thiết bị “điều khiển-giao tiếp với người dùng buồng thang máy”, có tích hợp bàn phím cảm ứng (gồm 16 phím) để giao tiếp với người dùng Với thiết bị người dùng buồng thang máy có thể: chọn tầng cần đến, đóng/mở cửa, bật/tắt đèn buồng thang máy, bật/tắt chuông báo động Người dùng cần “chạm” vào nút cảm ứng thiết bị để thực chức tương ứng trên, bàn phím có kèm theo LED loa để tạo hiệu ứng ánh sáng hình ảnh cho phím nhấn cảm ứng Sản phẩm cài đặt vào buồng thang máy thực tế để hoạt động thử nghiệm có kết hoạt động tốt - Sản phẩm 3: Là thiết bị “điều khiển-giám sát kết nối với PLC” có tích hợp bàn phím cảm ứng (gồm 16 phím) để giao tiếp với người dùng Thiết bị có hỗ trợ kết nối RS485 (là kết nối chính), RS232 CAN (chức mở rộng) Sản phẩm cài đặt vào mơ hình mơ hệ thống đếm phân loại sản phẩm dùng PLC S7-200 hãng Siemens Và kết hoạt động thử nghiệm tốt đáp ứng đầy đủ chức đặt  Trong q trình thực đề tài, nhóm tác giả thực tích cực tìm hiểu, nghiên cứu nhiều lĩnh vực chuyên môn liên quan đến nội dung đề tài như: kỹ thuật điện tử, kỹ thuật thiết kế nguồn chiều, nội dung giao thức truyền số liệu (như RS232, RS485, I2C,…), lập trình vi điều khiển gia cơng nhãn decal-vỏ hộp cho thiết bị sản phẩm, nguyên lý hoạt động thang máy,…  Nhóm tác giả đề tài thể tinh thần làm việc nhiệt tình đồn kết trình thực đề tài, đặc biệt tinh thần chia sẻ kiến thức chuyên môn 68 4.2 Kiến nghị:  Hai sản phẩm ứng dụng đề tài (sản phẩm thứ sản phẩm thứ 3) hoàn chỉnh mặt kỹ thuật chức Tuy nhiên, hai sản phẩm cần hỗ trợ cài đặt sử dụng nhiều hệ thống thực tế, để nhận nhiều ý kiến phản hồi từ người dùng, từ phát triển thêm mẫu mã, vỏ-hộp, chức hoạt động thiết bị cho thân thiện với người dùng, trở thành sản phẩm thương mại  Ngoài ra, hai sản phẩm ứng dụng đề tài vận dụng làm thiết bị giảng dạy thí nghiệm, thực tập tốt nghiệp ngành Điện, Điện Tử, Tự Động Hóa Chẳng hạn sản phẩm thứ đề tài (thiết bị “điều khiển-giám sát kết nối với PLC”) ứng dụng cho nội dung môn Thực tập tốt nghiệp sinh viên ngành Kỹ Thuật Điện, trường ĐH Bách Khoa TpHCM  Tác giả đề tài kính mong Sở Khoa Học-Cơng Nghệ TpHCM Trung Tâm Khoa Học Trẻ-Thành Đoàn TpHCM tiếp tục hỗ trợ để đề tài phát triển hoàn thiện ứng dụng tốt thực tế 4.3 Hướng phát triển đề tài theo đề xuất nhóm thực đề tài  Kiểm tra tính ổn định thiết bị đề tài, tuân theo tiêu chuẩn ổn định cho thiết bị sử dụng dân dụng công nghiệp Điều giúp sản phẩm ngày phát triển trở thành sản phẩm thương mại thực thụ, có khả cạnh tranh thị trường  Tiếp tục phát triển chương trình phần mềm (firmware) cho hai thiết bị ứng dụng đề tài, đặc biệt thiết bị ứng dụng giao tiếp với PLC công nghiệp, để thiết bị (với chức giao tiếp qua RS485, CAN) giao tiếp cách dễ dàng với PLC hãng khác nhau, dựa theo chuẩn giao tiếp kết nối chuẩn hóa cơng nghiệp như: chuẩn Mod-Bus, Profi-bus, Deveice-Net, CAN-Open  Tiếp tục cải tiến chức kiểu dáng thiết bị giao tiếp với người dùng thang máy cho phù hợp cách linh động với loại thang máy, ví dụ như: thang máy có nhiều tầng 16 tầng, thang máy có u cầu kích thước phím chọn phải lớn, thiết kế Phím cảm ứng riêng rẽ cho phím đơn gọi tầng bên ngồi 69 PHỤ LỤC A Sơ đồ nguyên lý thiết bị điều khiển-giao tiếp với người dùng buồng thang máy (sản phẩm thứ hai đề tài):  Bàn phím cảm ứng điện dung (gồm 16 nút cảm ứng)  Mạch vi điều khiển trung tâm PIC16F727  Mạch chuyển mức cách ly  Ở thư mục “So_Do_Nguyen_Ly” “…\MINH_THAO\[2]_Thiet_Bi_Trong_Thang_May\ đường dẫn So_Do_Nguyen_Ly” đĩa CD kèm theo báo cáo nghiệm thu B Sơ đồ nguyên lý thiết bị điều khiển-giám sát, kết nối với PLC (sản phẩm thứ ba đề tài):  Bàn phím cảm ứng điện dung (gồm 16 nút cảm ứng)  Mạch xử lý tín hiệu cảm ứng điều khiển trung tâm  Ở thư mục “So_Do_Nguyen_Ly” đường dẫn “…\MINH_THAO\[3]_Thiet_Bi_Giao_Tiep_PLC \ So_Do_Nguyen_Ly” đĩa CD kèm theo báo cáo nghiệm thu 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Alain Crevoisier, Greg Kellum; “Transforming Ordinary Surfaces into Multi-touch Controllers”; University of Applied Sciences Western Switzerland, 2002 [2] Dietz P.H, Leigh D.L; “Diamond Touch: A Multi-User Touch Technology”; Proc of the ACM Symposium on User Interface Software and Technology (UIST), 2001 [3] Alanson P.Sample, Daniel J Yeager, Joshua R Smith; “A Capacitive Touch Interface for Passive RFID Tags”; 2009-IEEE International Conference on RFID [4] Hong-Ki Kim, Seunggun Lee, Kwang-Seok Yun; “Capacitive tactile sensor array for touch screen application”; http://www.sciencedirect.com , Sensors and Actuators A: Physical, 13 January 2010 [5] Jack-O-Lantern; “Spooky Jack-O-Lantern uses Capacitive Touch Sensor”; October 21, 2009, www.embedds.com [6] Nguyễn Đức Thành; “Giáo trình đo lường-điều khiển máy vi tính”; Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TpHCM, 2004 [7] http://www.bestcircuit.ca/Keypads.html [8] Microchip company; “PIC16F727 datasheet”; http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en533510 [9] Microchip company; “PIC18F4585 datasheet”; http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en010302 [10] Maxim company; “MAX-485 datasheet”; www.maxim-ic.com/MAX481 [11] Siemens company; “Simenes PLC S7-200 User Manual”; http://www.siemensplcweb.com/a/download/2010/0407/36.html 71 012134516738943 73 51