1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây

101 0 0
Tài liệu đã được kiểm tra trùng lặp

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thống bằng phương pháp đọc không dây
Tác giả Trần Thái Nguyên
Người hướng dẫn PGS- TS Trần Doãn Sơn
Trường học Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
Chuyên ngành Công nghệ chế tạo máy
Thể loại Luận văn thạc sĩ
Năm xuất bản 2012
Thành phố Tp. Hồ Chí Minh
Định dạng
Số trang 101
Dung lượng 2,75 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1 (15)
    • 1.1. Lịch sử phát triển của phương tiện đo đồng hồ nước (15)
    • 1.2. Hệ thống sản xuất đồng hồ nước (cỡ nhỏ) (15)
      • 1.2.1. Khái quát về đồng hồ nước (15)
      • 1.2.2. Các máy móc thiết bị sử dụng trong ngành sản xuất đồng hồ nước (16)
    • 1.3. Vai trò của đồng hồ nước (16)
    • 1.4. Phân loại đồng hồ nước (0)
    • 1.5. Giới thiệu công nghệ đọc số tự động (18)
      • 1.5.1. Cấu tạo (20)
      • 1.5.2. Ưu nhược điểm của phương pháp số không dây bằng sóng vô tuyến 8 1.6. Tình hình nghiên cứu và sử dụng công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng radio (22)
      • 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới (22)
      • 1.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước (23)
    • 1.7. Tính cấp thiết của đề tài (23)
    • 1.8. Mục tiêu , phạm vi và phương pháp thực hiện nghiên cứu của đề tài (23)
      • 1.8.1. Mục tiêu của đề tài (23)
      • 1.8.2. Phạm vi nghiên cứu của đề tài (24)
      • 1.8.3. Phương pháp thực hiện đề tài (24)
  • CHƯƠNG 2 (25)
    • 2.1. Các loại đồng hồ cỡ nhỏ được sử dụng rộng rãi hiện nay (25)
      • 2.1.1. Loại vận tốc đa tia (25)
      • 2.1.2. Loại thể tích kiểu pít tông (0)
  • CHƯƠNG 3 (31)
    • 3.1. Phương pháp đọc không dây (từ xa) cho đồng hồ nước (31)
      • 3.1.1. Đồng hồ nước dùng làm đồng hồ tổng (31)
      • 3.1.2. Đồng hồ nước dùng làm đồng hồ khách hàng (32)
    • 3.2. Chọn giải pháp đọc từ xa cho đồng hồ nước cỡ nhỏ (33)
    • 3.3. Các thống số về sóng vô tuyến (RF) (35)
      • 3.3.1. Tần số (35)
      • 3.3.2. Bước sóng (35)
      • 3.3.3. Các phương pháp mã hóa (36)
      • 3.3.4. Sơ đồ hoạt động của hệ thống đọc bằng sóng vô tuyến (37)
  • CHƯƠNG 4 (38)
    • 4.1. Giới thiệu các thiết bị cần sử dụng (38)
    • 4.2. Thiết kế kim chỉ số lít bằng vật liệu kim loại có từ tính (38)
      • 4.2.1. Nam châm đất hiếm (39)
      • 4.2.2. Kim chỉ số (43)
    • 4.3. Tính toán thiết kế chọn bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến (45)
      • 4.3.1. Bộ cảm biến (47)
      • 4.3.2. Bộ vi điều khiển (MCU :Microcontroller unit) (56)
      • 4.3.3. Bộ ghi nhận thời gian thực (Real time clock) (59)
      • 4.3.4. Bộ phát sóng vô tuyến (RF) (61)
      • 4.3.5. Công tắc (65)
      • 4.3.6. Nguồn pin (66)
      • 4.3.7. Lưu đồ giải thuật của bộ ghi nhận dữ liệu và thu phát sóng (73)
  • CHƯƠNG 5 (76)
    • 5.1. Thiết bị ghi nhận dữ liệu và thu phát sóng (76)
      • 5.1.1. Bộ thu sóng (76)
      • 5.1.2. Máy tính (78)
    • 5.2. Phần mềm (78)
      • 5.2.1. Phần mềm viết cho vi điều khiển (78)
      • 5.2.2. Phần mềm tạo giao diện giữa máy tính và bộ thu sóng (78)
  • CHƯƠNG 6 (81)
    • 6.1. Lắp đặt thử nghiệm (81)
      • 6.1.1. Lắp đặt trực tiếp sau đồng hồ nước khách hàng (81)
      • 6.1.2. Thử nghiệm đồng hồ chạy liên tục ở Q = 1 - 1,5m 3 /h (81)
    • 6.2. Báo cáo ghi nhận kết quả đạt được (82)
  • KẾT LUẬN (83)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (84)

Nội dung

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng vô tuyến; - Nghiên cứu thay đổi kim chỉ số lít vật liệu nhựa bằng kim chỉ số kim loại nam châm vĩnh cử

Lịch sử phát triển của phương tiện đo đồng hồ nước

Đồng hồ nước được phát minh và vận hành từ 3000 năm trước ở Oases Gadames Bắc Phi, chia nước chảy ra từ suối thành nhiều phần bằng nhau vào các nông trại bằng cách đong bình hoặc cách mở cổng ngăn nước, thả cọng rơm theo mương nước, khi cọng rơm trôi đến đến vị trí cần tưới thì đóng cổng lại Những cách này nhằm chia lượng nước thành nhiều phần bằng nhau

Năm 1730, kỹ sư người Pháp là Henri Pilot dùng ống thủy tinh để thực nghiệm về mối liên hệ giữa mực nước dâng lên trong ống tỷ lệ với bình phương vận tốc của dòng chảy 125 năm sau, một kỹ sư người Pháp khác là Darcy và kỹ sư người Mỹ Hiram F.Mills điều chỉnh ống và tăng độ chính xác cột nước tĩnh cũng như giảm sự giao động của cột nước

Năm 1790, Benjamin G.Hoffman người Đức đã xuất bản sách mô tả về đồng hồ đo lưu lượng khí và nước được Reinhard Woltman phát minh Thiết bị này được xem là đồng hồ thực tế đầu tiên, các đồng hồ về sau được thay đổi vật liệu và cấu trúc

Vào những năm 1950 đã phát triên mạnh về đồng hồ nước dạng cơ như vận tốc đơn tia, đa tia, dạng Woltman trục đứng, trục ngang, kiểu thể tích, pit tông …

Vào những năm 1980 của thế kỷ trước, những nhà phát minh đã nghỉ ra cách đọc số đồng hồ nước không dây như đồng hồ nước điện từ, siêu âm và loại kết hợp giữa cơ và điện từ.

Hệ thống sản xuất đồng hồ nước (cỡ nhỏ)

1.2.1 Khái quát về đồng hồ nước: Đồng hồ nước cỡ nhỏ gồm các chi tiết sau:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 1.1 Mặt cắt ngang đồng hồ nước cỡ nhỏ

1 Nắp đồng hồ nước 6 Trục tua bin

2 Bộ hộp số ghi 7 Lưới lọc

3 Bộ ruột 8 Thân đồng hồ nước

5 Tua bin (cánh quạt) 10 Chì niêm

1.2.2 Các máy móc thiết bị sử dụng trong ngành sản xuất đồng hồ nước:

Hệ thống được phân làm 03 phân xưởng chính gồm : Phân xưởng đúc, phân xưởng gia công cơ khí và phân xưởng lắp ráp và kiểm định a Phân xưởng đúc, b Phân xưởng gia công, c Phân xưởng lắp ráp và kiểm định.

Vai trò của đồng hồ nước

Là phương tiện để đo lượng nước tiêu thụ tính bằng mét khối (m 3 ), được kiểm định, còn hiệu lực, lắp đặt tại một nhà ở, nhà máy, xí nghiệp,… theo hợp đồng của đơn vị cấp nước với khách hàng

Các yêu cầu bắt buộc khi sử dụng đồng hồ nước tại Việt Nam:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Phê duyệt mẫu phương tiện đo là việc cơ quan quản lý nhà nước về đo lường có thẩm quyền tổ chức đánh giá, xác nhận mẫu phương tiện đo hoặc mẫu của loại (type) phương tiện đo phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật đo lường quy định (theo quyết định số 22/2006/QĐ-BKHCN ngày 10/11/2006 Bộ Khoa học và Công nghệ - Chương I – Điều 1)

Là việc xác định, xem xét sự phù hợp của phương tiện đo so với yêu cầu pháp lý có đạt các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể hay không, kết quả do cơ quan kiểm định nhà nước xác định là đạt hoặc không đạt Kiểm định mang tính chất bắt buộc đối với các phương tiện đo có trong "Danh mục các thiết bị bắt buộc kiểm định" theo quyết định số 13/2007/QĐ-BKHCN ngày 6/7/2007 của Bộ Khoa học và Công nghệ

Phương tiện đo là thiết lập mới tương quan giữa đo lường và phương tiện đo

Hiệu chuẩn không mang tính chất bắt buộc Dựa vào kết quả hiệu chuẩn, khách hàng tự quyết định xem thiết bị có sử dụng nữa hay không

1.4 Phân loại đồng hồ nước: Được phân loại theo 03 dạng cơ bản sau:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 1.2: Sơ đồ phân loại theo kiểu cấu tạo của đồng hồ nước

1.5 Giới thiệu công nghệ đọc số tự động :

Hệ thống đọc đồng hồ tự động AMR (Automatic Meter Reading) sử dụng công nghệ sóng vô tuyến (RF) để đo lượng nước tiêu thụ, giúp các công ty cung cấp nước giảm thất thoát nước, cải thiện hiệu suất hoạt động và tiết kiệm tài nguyên.

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- liệu của đồng hồ từ xa, bao gồm cả chỉ số đồng hồ

Hệ thống tiên tiến AMR, được tích hợp công nghệ phát hiện ghi nhận dữ liệu, phát sóng và là hệ thống tốt nhất trong dòng thiết bị sử dụng sóng vô tuyến Đây là công nghệ được áp dụng phổ biến hiện nay Ưu điểm của AMR là các dữ liệu phong phú, chính xác được đọc từ đồng hồ và sử dụng rất hữu ích mà không có nguy cơ dữ liệu bị hỏng hay không đầy đủ, do đó có thể dẫn tới quyết định chính xác hơn

Sử dụng thiết bị đọc dữ liệu cầm tay giúp tự động hóa quá trình thu thập dữ liệu từ các thiết bị đo đếm Thiết bị này phát tín hiệu không dây đến thiết bị đọc đồng hồ, sau đó thiết bị đọc đồng hồ phản hồi bằng cách gửi thông tin đã yêu cầu trở lại thiết bị cầm tay Sau khi thu thập dữ liệu từ tất cả các thiết bị, thông tin sẽ được truyền tải đến phần mềm máy chủ để tự động trích xuất vào hệ thống lập hóa đơn và các hệ thống khác.

Hệ thống đọc số đồng hồ nước không dây sử dụng sóng vô tuyến bao gồm: một đồng hồ nước, một thiết bị đọc đồng hồ, một thiết bị đọc cầm tay và phần mềm máy chủ

- Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng;

- Thiết bị đọc số cầm tay (Hand held);

- Máy chủ có cài phần mềm quản lý

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 1.3: Mô tả một hệ thống đọc đồng hồ nước không dây (sóng vô tuyến)

1.5.1 Cấu tạo: a Đồng hồ nước: Đồng hồ nước hoạt động theo nguyên lý nước qua đồng hồ tác động vào tua bin và tryền động lên bộ hộp số để ghi nhận lượng nước sử dụng, trên mặt số có các gờ để

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 1.4 Đồng hồ nước vận tốc đa tia có kim lắp nam châm b Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến:

Là công nghệ tiên tiến để đọc đồng hồ nước từ xa bằng sóng vô tuyến, để nhằm đáp ứng các nhu cầu của đơn vị quản lý ngành cấp nước để cải thiện năng suất và cung cấp các dịch vụ tiến tiến cho khách hàng Tần số vô tuyến (RF) là một tỷ lệ dao động trong khoảng 3 kHz đến 300 GHz, tương ứng với tần số của sóng vô tuyến và các dòng luân phiên thực hiện các tín hiệu vô tuyến Sóng vô tuyến thường đề cập đến điện chứ không phải là dao động cơ học, sóng vô tuyến đề cập đến tần số vô tuyến điện, phương thức giao tiếp cho các công nghệ không dây của tất cả các loại, bao gồm cả điện thoại không dây, radar, GPS, và đài phát thanh và truyền hình chương trình phát sóng Công nghệ sóng vô tuyến là một phần của cuộc sống của chúng ta mà chúng ta khó nhận thấy nó có mặt khắp nơi của nó Từ màn hình điện thoại di động, Bluetooth ® đồ chơi điều khiển từ xa Sóng vô tuyến là sóng điện từ lan truyền với tốc độ ánh sáng c Thiết bị đọc số cầm tay (handheld):

Thiết bị đọc cầm tay nguồn sử dụng pin được tích hợp sẵn bộ thu sóng vô tuyến để nhận thông tin từ thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến khi thiết bị này hoạt động sẽ thu toàn bộ sóng cùng tần số đã cài đặt để ghi nhận các dữ liệu từ đồng hồ nước, sau đó sẽ chép dữ liệu này vào máy tính d Phần mềm:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Phần mềm được cài đặt trên máy tính được dùng để truyền tải thông tin qua lại với thiết bị cầm tay Phần mềm này cho phép hiển thị tất cả các dữ liệu thu thập được từ thiết bị cầm tay của hệ thống Phần mềm này đồng thời cũng hỗ trợ truy xuất dữ liệu ra các hệ thống khác

1.5.2 Ưu nhược điểm của phương pháp số không dây bằng sóng vô tuyến:

- Giảm lượng nước ghi hóa đơn ước lượng do chủ nhà đi vắng và đọc đồng hồ không chính xác thông qua việc đọc và ghi chép vào sổ chỉ tiêu thụ

- Nâng cao dịch vụ khách hàng thông qua các thông tin tiêu thụ hàng ngày

- Giảm lượng nước thất thoát thông qua việc một số nhân viên cấp nước thỏa thuận với khách hàng khi ghi không đúng chỉ số thực tế

- Giảm được số nhân viên đi đọc số hằng ngày và rút ngắn thời gian đọc

- Thời gian đọc số khoảng 20 giây (so với đọc thủ công hơn 2 phút), hiện nay mỗi nhân viên đọc số ghi hằng ngày là 120 chiếc/ ngày, việc đọc không dây sẽ nâng lên khoảng trên 700 chiếc/ ngày

- Thông báo khi đồng hồ dừng hoạt động

- Ghi nhận khi có sự phá hoại đồng hồ nước

- Giá thành cao đầu tư ban đầu cao,

- Phụ thuộc vào nhà sản xuất khi mua sắm hoặc thay thế thiết bị

1.6 Tình hình nghiên cứu và sử dụng công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng radio:

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Từ đầu những năm 1980, các phương pháp nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây đã phát triển mạnh mẽ Các công ty sản xuất đồng hồ nước hàng đầu thế giới như Itron, Zenner, ABB, Siemens, Rockwell, Badger đã áp dụng nhiều công nghệ này để cung cấp cho nhiều công ty cấp nước toàn cầu.

 Đồng hồ điện từ: dùng để đo đếm sản lượng nước đi qua, gồm: bộ cảm biến

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- liệu này về trung tâm qua hệ thống GSM hoặc GPRS chủ yếu dùng cho đồng hồ tổng cỡ lớn

 Đồng hồ bán điện từ: dùng để đo đếm lượng nước tiêu thụ qua đồng hồ nhờ bộ cảm biến đặt trên mặt số đồng hồ sau đó truyền các dữ liệu này qua bộ ghi nhận dữ liệu bằng sóng vô tuyến, phương pháp này dùng chủ yếu cho đồng hồ khách hàng cỡ nhỏ

1.6.2 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Giới thiệu công nghệ đọc số tự động

Hệ thống đọc đồng hồ tự động AMR (Automatic Meter Reading) bằng sóng vô tuyến (RF) là công nghệ mới giúp các công ty cấp nước trên toàn thế giới giảm lượng nước thất thu, nâng cao hiệu quả hoạt động, tăng khả năng tiết kiệm tài nguyên

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- liệu của đồng hồ từ xa, bao gồm cả chỉ số đồng hồ

Hệ thống tiên tiến AMR, được tích hợp công nghệ phát hiện ghi nhận dữ liệu, phát sóng và là hệ thống tốt nhất trong dòng thiết bị sử dụng sóng vô tuyến Đây là công nghệ được áp dụng phổ biến hiện nay Ưu điểm của AMR là các dữ liệu phong phú, chính xác được đọc từ đồng hồ và sử dụng rất hữu ích mà không có nguy cơ dữ liệu bị hỏng hay không đầy đủ, do đó có thể dẫn tới quyết định chính xác hơn

Các thiết bị đọc dữ liệu cầm tay đơn giản yêu cầu thiết bị tự động lấy dữ liệu Thiết bị này sẽ gửi yêu cầu tự động qua tần số sóng vô tuyến đến thiết bị đọc đồng hồ Sau đó, thiết bị đọc đồng hồ sẽ gửi lại thông tin được yêu cầu cho thiết bị cầm tay qua sóng vô tuyến Khi đọc xong tất cả đồng hồ, thông tin sẽ được tải lên phần mềm máy chủ để truy xuất tự động vào hệ thống ghi hóa đơn và các hệ thống khác.

Hệ thống đọc số đồng hồ nước không dây sử dụng sóng vô tuyến bao gồm: một đồng hồ nước, một thiết bị đọc đồng hồ, một thiết bị đọc cầm tay và phần mềm máy chủ

- Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng;

- Thiết bị đọc số cầm tay (Hand held);

- Máy chủ có cài phần mềm quản lý

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 1.3: Mô tả một hệ thống đọc đồng hồ nước không dây (sóng vô tuyến)

1.5.1 Cấu tạo: a Đồng hồ nước: Đồng hồ nước hoạt động theo nguyên lý nước qua đồng hồ tác động vào tua bin và tryền động lên bộ hộp số để ghi nhận lượng nước sử dụng, trên mặt số có các gờ để

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 1.4 Đồng hồ nước vận tốc đa tia có kim lắp nam châm b Thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến:

Là công nghệ tiên tiến để đọc đồng hồ nước từ xa bằng sóng vô tuyến, để nhằm đáp ứng các nhu cầu của đơn vị quản lý ngành cấp nước để cải thiện năng suất và cung cấp các dịch vụ tiến tiến cho khách hàng Tần số vô tuyến (RF) là một tỷ lệ dao động trong khoảng 3 kHz đến 300 GHz, tương ứng với tần số của sóng vô tuyến và các dòng luân phiên thực hiện các tín hiệu vô tuyến Sóng vô tuyến thường đề cập đến điện chứ không phải là dao động cơ học, sóng vô tuyến đề cập đến tần số vô tuyến điện, phương thức giao tiếp cho các công nghệ không dây của tất cả các loại, bao gồm cả điện thoại không dây, radar, GPS, và đài phát thanh và truyền hình chương trình phát sóng Công nghệ sóng vô tuyến là một phần của cuộc sống của chúng ta mà chúng ta khó nhận thấy nó có mặt khắp nơi của nó Từ màn hình điện thoại di động, Bluetooth ® đồ chơi điều khiển từ xa Sóng vô tuyến là sóng điện từ lan truyền với tốc độ ánh sáng c Thiết bị đọc số cầm tay (handheld):

Thiết bị đọc cầm tay nguồn sử dụng pin được tích hợp sẵn bộ thu sóng vô tuyến để nhận thông tin từ thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến khi thiết bị này hoạt động sẽ thu toàn bộ sóng cùng tần số đã cài đặt để ghi nhận các dữ liệu từ đồng hồ nước, sau đó sẽ chép dữ liệu này vào máy tính d Phần mềm:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Phần mềm được cài đặt trên máy tính được dùng để truyền tải thông tin qua lại với thiết bị cầm tay Phần mềm này cho phép hiển thị tất cả các dữ liệu thu thập được từ thiết bị cầm tay của hệ thống Phần mềm này đồng thời cũng hỗ trợ truy xuất dữ liệu ra các hệ thống khác

1.5.2 Ưu nhược điểm của phương pháp số không dây bằng sóng vô tuyến:

- Giảm lượng nước ghi hóa đơn ước lượng do chủ nhà đi vắng và đọc đồng hồ không chính xác thông qua việc đọc và ghi chép vào sổ chỉ tiêu thụ

- Nâng cao dịch vụ khách hàng thông qua các thông tin tiêu thụ hàng ngày

- Giảm lượng nước thất thoát thông qua việc một số nhân viên cấp nước thỏa thuận với khách hàng khi ghi không đúng chỉ số thực tế

- Giảm được số nhân viên đi đọc số hằng ngày và rút ngắn thời gian đọc

- Thời gian đọc số khoảng 20 giây (so với đọc thủ công hơn 2 phút), hiện nay mỗi nhân viên đọc số ghi hằng ngày là 120 chiếc/ ngày, việc đọc không dây sẽ nâng lên khoảng trên 700 chiếc/ ngày

- Thông báo khi đồng hồ dừng hoạt động

- Ghi nhận khi có sự phá hoại đồng hồ nước

- Giá thành cao đầu tư ban đầu cao,

- Phụ thuộc vào nhà sản xuất khi mua sắm hoặc thay thế thiết bị

1.6 Tình hình nghiên cứu và sử dụng công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng radio:

1.6.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Các phương pháp nghiên cứu và ứng dụng việc đọc số đồng hồ nước không dây đã phát triển mạnh từ đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trước như các công ty sản xuất đồng hồ nước hàng đầu thế giới như: Itron, Zenner, ABB, Siemens, Rockwell, Badger… đã áp dụng nhiều công nghệ này để cung cấp cho nhiều công ty cấp nước trên toàn thế giới gồm các phương pháp sau:

 Đồng hồ điện từ: dùng để đo đếm sản lượng nước đi qua, gồm: bộ cảm biến

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- liệu này về trung tâm qua hệ thống GSM hoặc GPRS chủ yếu dùng cho đồng hồ tổng cỡ lớn

 Đồng hồ bán điện từ: dùng để đo đếm lượng nước tiêu thụ qua đồng hồ nhờ bộ cảm biến đặt trên mặt số đồng hồ sau đó truyền các dữ liệu này qua bộ ghi nhận dữ liệu bằng sóng vô tuyến, phương pháp này dùng chủ yếu cho đồng hồ khách hàng cỡ nhỏ

1.6.2 Tình hình nghiên cứu trong nước:

Các công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây đã và đang nghiên cứu và sử dụng rộng rãi trên thế giới Do đó việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp này ở Việt Nam là điều cần thiết Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn TNHH MTV là một doanh nghiệp nhà nước cung cấp nước sạch cho nhân dân thành phố Hồ Chí Minh, việc đo đếm sản lượng nước tiêu thụ của khách hàng thông qua đồng hồ nước Hiện nay Tổng Công ty đang sử dụng hơn 900.000 chiếc đồng hồ nước các cỡ từ DN15 mm đến DN2400 mm, trong đó đồng hồ nước cỡ nhỏ (từ DN15 – DN25 mm) chiếm trên 95% Vì vậy nghiên cứu và áp dụng công nghệ này vào Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn để từng bước hiện đại hóa ngành nước, nâng cao chất lượng phục vụ khách hàng và sản xuất đại trà tại Việt Nam.

Tính cấp thiết của đề tài

Để hiện đại hóa ngành cấp nước Việt Nam, việc nâng cấp đọc số không dây cho đồng hồ nước đã sản xuất trong nước là nhu cầu cấp thiết Nghiên cứu chế tạo đồng hồ nước tích hợp đọc số không dây bằng sóng vô tuyến sẽ giúp thay thế kim chỉ số lít bằng kim loại (nam châm), cho phép đọc số từ xa Đây là lĩnh vực mới mẻ, được quan tâm nhiều, nhưng chưa được nghiên cứu sâu rộng tại Việt Nam.

Mục tiêu , phạm vi và phương pháp thực hiện nghiên cứu của đề tài

1.8.1 Mục tiêu của đề tài:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- Tìm hiểu công nghệ đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng vô tuyến

- Nghiên cứu thay đổi kim chỉ số lít (vật liệu nhựa) bằng kim chỉ số kim loại ( nam châm) trên mặt số đồng hồ nước để phát từ trường cho cảm biến hoạt động chuyển đổi thành xung (1 xung = 1 lít = 1 vòng) trong việc đo đếm chỉ số tiêu thụ nước;

- Kết hợp được tính năng đọc số truyền thống và đọc từ xa bằng sóng vô tuyến thông qua thiết bị đọc cầm tay (Hand held)

- So sánh sai số giữa chỉ số hiển thị trên mặt số đồng hồ và chỉ số đọc không dây

1.8.2 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

Sau khi đã phân tích các vấn đề được nghiên cứu, đề tài sẽ tập trung nghiên cứu về vấn đề sau:

- Tổng quan về công nghệ sản xuất đồng hồ nước hiện nay tại Việt Nam

- Phân tích lựa chọn mẫu đồng hồ nước phù hợp với điều kiện sử dụng tại Việt Nam và xác định các đặc tính kỹ thuật

- Thiết kế tính toán thiết kế kim chỉ số lít trên mặt số đồng hồ nước để phù hợp khi sử dụng thiết bị ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến

- Tính toán và thiết kế bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng vô tuyến

- Lựa chọn thiết bị đọc cầm tay và phần mềm ứng dụng (trước mắt kết nối thiết bị thu sóng trên máy vi tính và viết phần mềm để ghi nhận dữ liệu trên bộ vi điều khiển)

1.8.3 Phương pháp thực hiện đề tài:

Kết hợp nghiên cứu tài liệu với quá trình chế tạo và thực nghiệm, các chuyên gia đã đánh giá và hoàn thiện cách đọc số đồng hồ nước không dây bằng sóng vô tuyến dựa trên kết quả ghi nhận được từ lắp đặt thử nghiệm.

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Các loại đồng hồ cỡ nhỏ được sử dụng rộng rãi hiện nay

2.1.1 Loại vận tốc đa tia:

Hình 2.1: Đồng hồ nước vận tốc đa tia

Nguyên lý hoạt động của đồng hồ nước cơ học là dòng nước chảy qua đồng hồ sẽ tác động vào cánh quạt hoặc tuốc bin Lực này được truyền qua hệ thống bánh răng giảm tốc và bộ phận ghi Đây là loại đồng hồ nước được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, với hơn 80% thị phần Lý do nằm ở ưu điểm như quy trình sản xuất đơn giản, dễ bảo trì, phù hợp với nhiều nguồn nước và có giá cả cạnh tranh.

2.1.2 Loại thể tích kiểu pít tông:

Nguyên lý: khi dịng nước chảy qua buồng đo có dung tích được tính toán trước Pít tông chuyển động quanh trục buồng đo liên tục làm đầy và rỗng buồng đo Sau mỗi lần dao động có một lượng nước nhất định chảy qua Số lần dao động được chuyển hóa về mặt cơ khí thành các vòng quay và tỉ lệ với lượng nước chảy qua Loại đồng hồ thể tích này có cấp chính xác cao hơn, tuy nhiên chưa phù hợp với điều kiện sử dụng với nguồn nước tại Việt Nam và có giá thành tương đối cao

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 2.2: Đồng hồ nước đĩa dao động

Qua so sánh hai loại đồng hồ nước đang sử dụng phổ biến hiện nay tại Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn cũng như tại Việt Nam, tác giả chọn loại đồng hồ vận tốc đa tia có các điều kiện thuận lợi nhất để áp dụng cho việc nghiên cứu lắp đặt thêm thiết bị đọc số không dây bằng sóng radio

2.1.3 Cấu tạo của đồng hồ nước vận tốc đa tia : Đồng hồ nước có cấu tạo như sau:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 2.3:Cụm hộp phun và cánh quạt đồng hồ nước

Hình 2.4:Cụm mặt số hiển thị và các bộ bánh răng đồng hồ nước

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 2.5: đồng hồ nước được lắp đặt hoàn chỉnh và kiểm định

Yêu cầu kỹ thuật của đồng hồ nước:

- Đồng hồ nước sau khi lắp đặt hoàn chỉnh phải được kiểm định, niêm chì và dán tem

- Quy trình thử nghiệm và các yêu cầu kỹ thuật phải tuân thủ theo ISO 4064: 2005 (Part 1 – 5), ĐLVN 17:2009 và ĐLVN 96:2002

Hình 2.6: Đường đặc tuyến sai số cho phép của đồng hồ nước

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất đồng hồ nước cỡ nhỏ:

Quy trình sản xuất đồng hồ nước đã được sản xuất tại Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn được dựa trên các bước thực hiện theo sơ đồ sau:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 2.7 : Quy trình sản xuất đồng hồ nước kiểu vận tốc đa tia cỡ nhỏ Đúc thân (vỏ) đồng hồ nước

Dây chuyền lắp ráp bộ hộp số

Gia công vỏ đồng hồ nước

Dây chuyền lắp ráp bộ ruột đồng hồ nước Đơn vị kiểm định chức năng

Dàn kiểm định đồng hồ nước

Niêm chì và đóng gói

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn TNHH MTV đã sản xuất hơn 200.000 đồng hồ nước cỡ nhỏ 15 mm và 50.000 đồng hồ nước cỡ 20 mm dựa theo quy trình sản xuất đồng hồ nước tại Việt Nam Các chi tiết rời bên trong bộ ruột đồng hồ nước được nhập khẩu và lắp ráp hoàn chỉnh tại Việt Nam.

Nhãn hiệu đồng hồ nước đã được sản xuất “LUGIACO” loại vận tốc đa tia có cỡ từ 15, 20 và 25 mm

Việc cải tiến đồng hồ nước đọc số không dây chỉ yêu cầu thay thế kim chỉ bằng kim loại có từ tính và thiết kế lại phần nắp để lắp đặt bộ ghi nhận dữ liệu Thay đổi này không làm ảnh hưởng đến kết cấu và nguyên lý hoạt động của đồng hồ nước Chi phí gia công kim chỉ bằng nam châm thấp không đáng kể và không làm ảnh hưởng đến quy trình sản xuất cũng như bảo trì, bảo dưỡng định kỳ Nghiên cứu, chế tạo bộ ghi nhận dữ liệu, thiết bị đọc số cầm tay và phần mềm ứng dụng là nhiệm vụ quan trọng nhất của quá trình này.

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Phương pháp đọc không dây (từ xa) cho đồng hồ nước

Hiện nay, có nhiều giải pháp đọc số không dây (từ xa) được sử dụng cho việc đọc số đồng hồ nước nhằm hiện đại hóa ngành nước và góp phần giảm thất thoát nước trong các doanh nghiệp cấp nước Trong đó có hai giải pháp cơ bản sử dụng đồng hồ nước tùy theo cỡ, số lượng mà các đơn vi cấp nước đang áp dụng như sau:

3.1.1 Đồng hồ nước dùng làm đồng hồ tổng:

Là loại đồng hồ có cỡ lớn (trên 40 mm) lắp đặt để tính toán lượng nước trong một vùng hoặc khu vực dân cư hoặc các tổ chức, đơn vị có nhu cầu sử dụng nước lớn nên thường dùng đồng hồ nước điện từ phổ biến hiện nay, tùy theo nhu cầu sử dụng có các hãng sản xuất lớn trên thế giới như: ABB, Siemens, Isoil Mag, Krone, Sensus Elster, Badger …

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của đồng hồ nước điện từ

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 3.2: Sơ đồ đồng hồ có tích hợp bộ phận ghi nhận dữ liệu và truyền về cơ sở dữ liệu PMAC qua tin nhắn SMS về trung tâm

Hình 3.3 minh họa sơ đồ nguyên lý chung về cách thức dữ liệu đo từ đồng hồ nước được truyền về trung tâm Dữ liệu này được ghi nhận và xử lý tự động thông qua kết nối sóng vô tuyến, giúp tăng tính chính xác và hiệu quả trong quá trình theo dõi mức tiêu thụ nước.

3.1.2 Đồng hồ nước dùng làm đồng hồ khách hàng:

Là loại đồng có cỡ nhỏ dùng đo đếm lượng nước tiêu thụ của khác hàng hàng tháng thông qua việc đọc số tiêu thụ trên mặt số và có thể kết hợp với việc đọc số từ xa bằng sóng radio hoặc GSM , do đồng hồ nước khách hàng có số lượng rất lớn chiếm trên 95% trong một đơn

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- phí đầu tư thấp, không cần thuê bao đường truyền, tần số sóng ổn định và chỉ đọc số một lần/ tháng.

Chọn giải pháp đọc từ xa cho đồng hồ nước cỡ nhỏ

Các thiết bị sử dụng điều khiển hoặc ghi nhận dữ liệu từ xa dùng điều khiển từ xa thường sử dụng công nghệ tần số vô tuyến RF (Radio Frequency) và sau đó bắt đầu ứng dụng công nghệ hồng ngoại IR (Infrared Remote) Hiện nay trong đời sống, chúng ta sử dụng cả hai loại điều khiển từ xa này

3.2.1 Điều khiển từ xa bằng tia hồng ngoại (IR):

Ngày nay, đây là loại điều khiển từ xa có vai trò quan trọng trong hầu hết các thiết bị gia đình Một chiếc điều khiển bằng tia hồng ngoại sẽ gồm các bộ phận cơ bản nằm trong một hộp nối cáp kỹ thuật số như sau: Các nút bấm; một bảng mạch tích hợp; các núm tiếp điểm; đi ốt phát quang (đèn LED)

Nguyên lý cơ bản của loại điều khiển từ xa này là sử dụng ánh sáng hồng ngoại của quang phổ điện từ mà mắt thường không thấy được để chuyển tín hiệu đến thiết bị cần điều khiển Nó đóng vai trò như một bộ phát tín hiệu, sẽ phát ra các xung ánh sáng hồng ngoại mang một mã số nhị phân cụ thể Khi ta ấn một nút phía bên ngoài thì sẽ vận hành một chuỗi các hoạt động khiến các thiết bị cần điều khiển sẽ thực hiện lệnh của nút bấm đó

Hình 3.4: Điều khiển bằng hồng ngoại

Quy trình này cụ thể như sau: Đầu tiên, khi ta nhấn vào một nút như “bật thiết bị” chẳng hạn, nó sẽ chạm vào núm tiếp điểm bên dưới và nối kín một mạch bật tắt thiết bị trên bản mạch Các mạch tích hợp có thể tự dò tìm ra từng mạch cụ thể cho từng nút bấm Tiếp đó các mạch này sẽ gửi tín hiệu đến đèn LED nằm phía trước Từ đây, đèn LED sẽ phát ra một chuỗi các xung ánh sáng chứa các mã nhị phân (gồm những dãy số 1 và 0) tương ứng với lệnh “bật thiết bị” Mã lệnh này gồm nhiều mã con như khởi động, bật thiết bị, mã địa chỉ thiết bị và ngừng lại khi ta thả nút ra Về phía bộ phận cần điều khiển, nó sẽ gồm một bộ thu tín hiệu hồng ngoại nằm ở mặt trước để có thể dễ dàng nhận được tín hiệu từ điều khiển

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- từ xa Sau khi đã xác minh mã địa chỉ này xuất phát đúng từ chiếc điều khiển của mình, chúng sẽ giải mã các xung ánh sáng thành các dữ liệu nhị phân để bộ vi xử lý của thiết bị có thể hiểu được và thực hiện các lệnh tương ứng

+ Khuyết điểm: - Tầm hoạt động ngắn chỉ 10 mét - Do tuân theo tính chất truyền thẳng của ánh sáng nên tia hồng ngoại không thể xuyên qua được kính, tường hay truyền vòng qua các góc

- Dễ bị nhiễu sóng do ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời, bóng đèn huỳnh quang, hay bức xạ của con người

- Sử dụng bộ lọc cho các thiết bị thu chỉ thu nhận các bước sóng đặc biệt hay tần số riêng biệt do thiết bị phát phát ra

Hiện nay, ta sử dụng thiết bị điều khiển bằng tia hồng ngoại cho hầu hết các vật dụng trong nhà như tivi, máy stereo, điều hòa nhiệt độ…

3.2.2 Điều khiển từ xa bằng tần số vô tuyến (RF)

Là loại điều khiển từ xa xuất hiện đầu tiên và đến nay vẫn giữ một vai trò quan trọng và phổ biến trong đời sống Nếu điều khiển bằng tia hồng ngoại chỉ dùng trong nhà thì điều khiển vô tuyến lại dùng cho nhiều vật dụng bên ngoài như các thiết bị ghi nhận dữ liệu, hệ thống báo hiệu cho xem các loại đồ chơi điện tử từ xa thậm chí kiểm soát vệ tinh và các hệ thống máy tính xách tay và điện thoại thông minh…

Với loại điều khiển này, nó cũng sử dụng nguyên lý tương tự như điều khiển bằng tia hồng ngoại nhưng thay vì gửi đi các tín hiệu ánh sáng, nó lại truyền sóng vô tuyến tương ứng với các lệnh nhị phân Bộ phận thu sóng vô tuyến trên thiết bị được điều khiển nhận tín hiệu và giải mã nó

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

+ Khuyết điểm: - Bị nhiễu sóng do bên ngoài có rất nhiều các thiết bị máy móc sử dụng các tần số khác nhau

- Tránh nhiễu sóng bằng cách truyền ở các tần số đặc biệt và nhúng mã kỹ thuật số địa chỉ của thiết bị nhận trong các tín hiệu vô tuyến Điều này giúp bộ thu vô tuyến trên thiết bị hồi đáp tín hiệu tương ứng một cách chính xác

Qua so sánh hai loại ghi nhận dữ liệu không dây, tác giả chọn giải pháp sóng vô tuyến ghi nhận dữ liệu từ xa.

Các thống số về sóng vô tuyến (RF)

Tần số vô tuyến là một tỷ lệ dao động trong khoảng 3 kHz đến 300 GHz , tương ứng với tần số của sóng vô tuyến và các dòng luân phiên thực hiện các tín hiệu radio RF thường đề cập đến điện chứ không phải là dao động cơ học, RF đề cập đến tần số vô tuyến điện, phương thức giao tiếp cho các công nghệ không dây của tất cả các loại, bao gồm cả điện thoại không dây, radar, GPS, và đài phát thanh và truyền hình chương trình phát sóng

Công nghệ RF là một phần của cuộc sống của chúng ta mà chúng ta khó nhận thấy nó có mặt khắp nơi của nó Từ màn hình điện thoại di động, Bluetooth ® đồ chơi điều khiển từ xa

Sóng vô tuyến là sóng điện từ lan truyền với tốc độ ánh sáng

Bước sóng là khoảng cách từ một đỉnh sóng này tới đỉnh sóng kế tiếp, tỉ lệ nghịch với tần số Khoảng cách sóng vô tuyến đi được trong 1 giây ở chân không là 299,792,458 mét, đây là bước sóng của tín hiệu vô tuyến 1 Hertz Một tín hiệu vô tuyến 1 Megahertz có bước sóng là 299 mét

Các sóng vô tuyến được phân thành các loại như sau:

Loại sóng Tần số Bước sóng

Sóng dài và cực dài Sóng trung

Sóng ngắn Sóng cực ngắn

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- Ở đây chúng ta sẽ đi xét 02 dạng dữ liệu nhập vào để truyền đi:

Để truyền dữ liệu số, tín hiệu cần được xử lý để máy nhận có thể phân biệt bit 0 và 1 Quá trình xử lý này được gọi là điều chế, biến đổi tín hiệu thành xung điện được truyền trên sóng mang.

Phương thức này mã hóa dữ liệu sao cho có thể truyền Có ba kiểu điều chế: điều biên (Amplitude Shift Keying – ASK) dễ bị nhiễu, điều tần (Frequency Shift Keying- FSK) sử dụng phổ biến hiện nay và điều pha (Phase Shift Keying –PSK) được dùng trong quân đội b Điều chế ở dữ liệu tương tự:

Tín hiệu truyền đi xa, dùng anten để thu, muốn có hiệu quả cao cần có tần số cao, và cho phép với nhiều tần số khác nhau

Qua so sánh 02 dạng điều chế ở dữ liệu số và điều chế ở dữ liệu tương tự nhập số để truyền đi, tác giả chọn điều chế ở dữ liệu số (điều tần) do được sử dụng rộng rãi và có bán trên thị trường đã được tích hợp sẵn thành modul thu phát sóng

3.3.3 Các phương pháp mã hóa:

 Điều biên AM (Amplitude Modulation)

 Điều tần FM (Frequency Modulation)

Điều chế PM (Phase Modulation) cũng sử dụng tín hiệu truyền tương tự như điều chế FSK, nhưng dữ liệu được biểu diễn bằng các số chứ không phải chuỗi bit Do đó, dữ liệu tương tự không được biểu diễn dưới dạng chuỗi số.

Phương tiện truyền thông không dây được hướng dẫn truyền và tiếp nhận bởi an ten

Dải tần số ứng dụng trong phương tiện truyền thông vô tuyến

Dải tần Tên Dữ liệu tương tự Dư liệu số

Sự biến thiên Độ rộng dải tần

Sự điều biến Tốc độ dữ liệu Ứng dụng

2000 Hz + Tần số hoạt động: 500 Hz

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

+ Chuyển mạch điện áp lớn nhất: 200V + Loại thiết bị đầu cuối: hàn

+ Độ nhạy cảm với từ trường : 1.3 mV/G ( 1 Tesla = 10000Gauss) + Nhiêt độ làm việc: - 65 – 150 0 C

Hình 4.12: Sơ đồ đấu dây và sơ đồ khối của công tắc Reed

Trong sơ đồ đấu dây cho công tắc Reed cần phải lắp thêm một điện trở R = 1000K có chức năng tạo mức logic 1 và một tụ điện C = 100pF nhằm bảo vệ tiếp điểm của công tắc Reed (chống dội) b Tính toán:

Việc tính toán các mật độ từ trường, sai số trong đo đếm và năng lượng tiêu thụ cho công tắc Reed gồm:

+ Khoảng cách từ cảm biến đến vị trí của nam châm:

Theo nhà sản xuất công tắc Reed KSK-A166 thì khoảng cách cho phép hoạt động từ công tắc Reed đến nam châm từ 0 – 15mm, theo thiết kế thì từ mặt kim chỉ số nam châm đến cảm biến gồm:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 4.13: Khoảng cách tính toán từ nam châm đến công tắc Reed l = a + b + c + d = 1 + 5 + 3 + 3 = 12 mm Trong đó: a: khoảng cách từ kim đến mặt dưới của lớp kính b: Bề dày của tấm kính c: Bề dày của lớp vỏ bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng d: Khoảng cách cảm biến đến vỏ bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng + Mật độ từ trường B của nam châm tạo ra với công tắc Reed:

Trong đó : Br = 1130 G (từ trường của nam châm do nhà sản xuất) l = 12 mm ( khoảng cách từ nam châm đến cảm biến) L m = 0,5 mm ( bề dày nam châm)

D = 10 mm ( đường kính của nam châm)

B = 40 G Theo đặc tính của công tắc Reed KSK-A166 hoạt động do nhà sản xuất yêu cầu thì mật độ từ trường có cho phép từ 20 G ÷ 60 G, do đó khoảng cách từ nam châm đến cảm biến và kích thước của nam châm lắp trên kim chỉ số có đường kính 10 mm, dày 0,5 mm đạt

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- Theo đặc tính kỹ thuật của đồng hồ nước cỡ 15 mm thì lưu lượng sử dụng danh định là Q n = 1.5m 3 /h = 0,42 lít/s, do vậy khi cảm biến tạo ra 1 xung = 1 lít (hoặc 1 vòng quay ở kim chỉ số 0,1 lít)

- Theo ĐLVN 17-2009 có 04 cấp lưu lượng gồm : + Q max = 3 m 3 /h gọi là lưu lượng lớn nhất

+ Q n = 1,5 m 3 /h gọi là lưu lượng danh định + Q t = 0,12m 3 /h = 120 l/h gọi là lưu lượng chuyển tiếp

Thiết bị ghi nhận dữ liệu và thu phát sóng

Việc ghi nhận dữ liệu trong nghiên cứu thử nghiệm đọc số không dây được thực hiện thông qua máy tính cá nhân Máy tính được kết nối với bộ thu sóng qua cổng RS232 Sau khi thử nghiệm thành công, bộ thu sóng sẽ được tích hợp vào một thiết bị cầm tay để ghi nhận dữ liệu Thiết bị này hiện đang được sử dụng tại một quốc gia cấp cho nhân viên đọc số để ghi nhận dữ liệu hàng ngày.

Bộ thu nhận sóng (Master) có cấu tạo tương tự như bộ phát sóng được tích hợp trong bộ ghi nhận dữ liệu và thu phát sóng (Slave) Theo đặc tính kỹ thuật của module nRF24L01 một có thể giao tiếp lên đến trên 10.000 bộ ghi nhận dữ liệu và thu phát sóng (Slave)

Module nRF24L01 được kết nối với máy tính cá nhân thống qua cổng RS232 Các thông số và đặc tính kỹ thuật đã được mô tả ở phần trên

Hình 5.1: Bộ thu phát được tích hợp sẵn

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Hình 5.2: Board mạch của bộ thu sóng đã được tích hợp

RE1/P2C 1 RE0/P2D 2 RB0/INT0/FLT0 3 RB1/INT1 4 RB2/INT2 5 RB3/INT3 6 7 MCLR

RF7/SS1 11 RF6/AN11 12 RF5/AN10/CVREF RF2/AN7/C1OUT RF1/AN6/C2OUT RF4/AN9 RF3/AN8 13 14 15 16 17 ENVREG

RA3/AN3/VREF+ RA2/AN2/VREF- RA0/LEDA/AN0 RA1/LEDB/AN1 21 22 23 24

RC1/T1OSI/ECCP2/P2A RC0/T1OSO/T13CKI 29 30

RC6/TX1/CK1 31 RC7/RX1/DT1 32 RC2/ECCP1/P1A 33 RC3/SCK1/SCL1 34 RC4/SDI1/SDA1 35 RC5/SDO1 36 RB7/KBI3/PGD 37

RB6/KBI2/PGC RB5/KBI1 RB4/KBI0 42 43 44

RD2/CCP4/P3D 58 RD1/ECCP3/P3A RD0/P1B 59 60

MOSI MISO SCK CE CSN IRQ C5

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Do việc thử nghiệm có lắp bộ thu sóng nên việc sử dụng máy tính xách tay sẽ hợp lý hơn, máy tính có cấu hình tương thích để sử dụng phù hợp (do phần mềm không lớn lắm)

Phần mềm Labview được sử dụng và cài vào máy tính cá nhân, phần mềm này tạo giao diện và giao tiếp với vi điều khiển để ghi nhận dữ liệu từ vi điều khiển, sau đó xuất ra file Excel để lưu lại dữ liệu Ngoài ra, có thể điều khiển như nạp lại số liệu, nạp lại thời gian cho bộ ghi nhận thời gian thực (RTC)

Hình 5.4: Máy tính ghi chép dữ liệu được gửi về

Phần mềm

5.2.1 Phần mềm viết cho vi điều khiển:

Phần mềm được viết cho vi điều khiển ngôn ngữ C (Mikro C) của hãng Mikro E để biên dịch ra và nạp vào vi điều khiển TI MSP430F169 để điều khiển các thiết bị khác như: công tắc Reed, module thu phát sóng, bộ ghi nhận thời gian thực và lưu trữ vào bộ nhớ RAM Chương trình được đính kèm ở phần phụ lục

5.2.2 Phần mềm tạo giao diện giữa máy tính và bộ thu sóng:

Các phần mềm sử dụng trong truyền thông và công nghiệp thì phần mềm Labview của hãng National Instruments được sử dụng rất rộng rãi trong khoa học, kỹ thuật, giáo dục

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

- nhận thấy phần mềm này phù hợp với việc thu nhận dữ liệu qua giao diện giữa máy tính và bộ thu sóng

Hình 5.5: Giao diện để đọc và ghi nhận dữ liệu từ đồng hồ nước

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Lắp đặt thử nghiệm

6.1.1 Lắp đặt trực tiếp sau đồng hồ nước khách hàng:

Do thời gian tính toán và thiết kế mạch kéo dài nên việc lắp đặt thử nghiệm thực tế sau đồng hồ của đơn vị cấp nước và ghi nhận kết quả được rút ngắn theo chu kỳ từ một tháng còn hai ngày cho lần ghi nhận dữ liệu để so sánh kết quả giữa chỉ số trên mặt đồng hồ nước và chỉ số được ghi nhận qua bộ ghi nhận dữ liệu được truyền qua máy tính ở dạng file Excel được thực hiện từ ngày 22/10/2012 đến ngày 29/11/2012 (39 ngày) với 14 lần ghi nhận liệu có được kết quả theo bảng sau:

Bảng 6.1: So sánh chỉ số đọc thực tế và đọc không dây 1

6.1.2 Thử nghiệm đồng hồ chạy liên tục ở Q = 1 - 1,5m 3 /h: Để đạt được việc thử nghiệm ở lưu lượng Q = 1- 1,5m 3 /h cũng như giảm bớt thời gian thử nghiệm, ta dùng động cơ một chiều để tạo vòng quay cho mặt số đồng hồ nước quay theo nhằm kiểm tra sai số giữa chỉ số được ghi nhận qua bộ ghi nhận dữ liệu được truyền qua máy tính ở dạng file Excel và chỉ số thực tế trên mặt đồng hồ bắt đầu từ ngày 21/10/2012 kết thúc ngày 20/11/2012 (30 ngày) với 16 lần ghi nhận dữ liệu có được kết quả theo bảng sau:

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Bảng 6.2: So sánh chỉ số đọc thực tế và đọc không dây 2

Qua kiểm tra đánh giá thiết bị ghi nhận dữ liệu và thu phát sóng độ ổn định, sai số giữa đọc không dây và thực tế là: - 0,000015%.

Báo cáo ghi nhận kết quả đạt được

Sau khi thiết kế và lắp đặt thử nghiệm ở hai điều kiện lắp đặt khác nhau, trong việc so sánh giữa hai kết quả đọc được, tác giả nhận thấy việc sai số rất nhỏ cho việc đọc không dây khi sử dụng công tắc Reed, do vậy có thể sử dụng công tắc Reed này cho việc chế tạo hàng loạt, chọn sai số giữa việc đọc không dây và đọc chỉ số thực trên mặt số đồng hồ nước là : ± 0,1 %

Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn

Ngày đăng: 24/09/2024, 14:24

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[19] OIML R49 (Part 1 – 3) _ Water Meters Intended for the Metering of Cold Potable Water Khác
[20] Any Quest hand held EN_09-11 – Itron Water Metering [21] Itron. www Khác
[25] www.meder.com: MEDER electronic KSK-1A66 Khác
[26] www.reed-sensor.com :Help and Theory Khác
[27] www.silabs.com: Wirless product selector guide fall 2012 Khác

HÌNH ẢNH LIÊN QUAN

Hình 1.2: Sơ đồ phân loại theo kiểu cấu tạo của đồng hồ nước. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 1.2 Sơ đồ phân loại theo kiểu cấu tạo của đồng hồ nước (Trang 18)
Hình 1.3: Mô tả một hệ thống đọc đồng hồ nước không dây (sóng vô tuyến) - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 1.3 Mô tả một hệ thống đọc đồng hồ nước không dây (sóng vô tuyến) (Trang 20)
Hình 1.4 Đồng hồ nước vận tốc đa tia có kim lắp nam châm. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 1.4 Đồng hồ nước vận tốc đa tia có kim lắp nam châm (Trang 21)
Hình 2.1:  Đồng hồ nước vận tốc đa tia - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 2.1 Đồng hồ nước vận tốc đa tia (Trang 25)
Hình 2.4:Cụm mặt số hiển thị và các bộ bánh răng đồng hồ nước - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 2.4 Cụm mặt số hiển thị và các bộ bánh răng đồng hồ nước (Trang 27)
Hình 2.3:Cụm hộp phun và cánh quạt đồng hồ nước. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 2.3 Cụm hộp phun và cánh quạt đồng hồ nước (Trang 27)
Hình 2.5:  đồng hồ nước được lắp đặt hoàn chỉnh và kiểm định - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 2.5 đồng hồ nước được lắp đặt hoàn chỉnh và kiểm định (Trang 28)
Hình 2.6:  Đường đặc tuyến sai số cho phép của đồng hồ nước. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 2.6 Đường đặc tuyến sai số cho phép của đồng hồ nước (Trang 28)
Hình 3.3:  Sơ đồ nguyên lý chung của quá trình đọc số đồng hồ nước được gởi về - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý chung của quá trình đọc số đồng hồ nước được gởi về (Trang 32)
Hình 3.2:  Sơ đồ đồng hồ có tích hợp bộ phận ghi nhận dữ liệu và truyền - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 3.2 Sơ đồ đồng hồ có tích hợp bộ phận ghi nhận dữ liệu và truyền (Trang 32)
Hình 3.5: Sơ đồ hoạt động của hệ thống đọc. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 3.5 Sơ đồ hoạt động của hệ thống đọc (Trang 37)
Hình 4.1: Hình đồng hồ nước được lắp đặt hoàn chỉnh - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.1 Hình đồng hồ nước được lắp đặt hoàn chỉnh (Trang 38)
Hình 4.4: Mặt số đã được lắp đặt kim chỉ bằng nam châm. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.4 Mặt số đã được lắp đặt kim chỉ bằng nam châm (Trang 44)
Hình 4.5: Giấy chứng nhận đồng hồ nước đã được kiểm định sau khi thay chỉ số - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.5 Giấy chứng nhận đồng hồ nước đã được kiểm định sau khi thay chỉ số (Trang 45)
Hình 4.6: Bộ ghi nhận dữu liệu và phát sóng - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.6 Bộ ghi nhận dữu liệu và phát sóng (Trang 46)
Hình 4.8: Sơ đồ khối của bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.8 Sơ đồ khối của bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng (Trang 47)
Hình 4.12:  Sơ đồ đấu dây và sơ đồ khối của công tắc Reed - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.12 Sơ đồ đấu dây và sơ đồ khối của công tắc Reed (Trang 51)
Hình 4.13:  Khoảng cách tính toán từ nam châm đến công tắc Reed. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.13 Khoảng cách tính toán từ nam châm đến công tắc Reed (Trang 52)
Hình 4.15:  Bảng so sánh trên file Excel giữa chỉ số đọc thực tế và đọc không dây 2 - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.15 Bảng so sánh trên file Excel giữa chỉ số đọc thực tế và đọc không dây 2 (Trang 55)
Hình 4.16:  Bộ vi điều khiển TI MSP430F169IPM - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.16 Bộ vi điều khiển TI MSP430F169IPM (Trang 57)
Hình 4.20:  Sơ đồ nguyên lý của chip đo thời gian thực - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.20 Sơ đồ nguyên lý của chip đo thời gian thực (Trang 61)
Hình 4.22:  Sơ đồ khối của mạch  phát sóng - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.22 Sơ đồ khối của mạch phát sóng (Trang 64)
Hình 4.29: Lưu đồ giải thuật của chương trình - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.29 Lưu đồ giải thuật của chương trình (Trang 73)
Hình 4.30: Lưu đồ giải thuật truyền nhận dữ liệu - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.30 Lưu đồ giải thuật truyền nhận dữ liệu (Trang 74)
Hình 4.31: Bản vẽ vỏ ngoài của bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 4.31 Bản vẽ vỏ ngoài của bộ ghi nhận dữ liệu và phát sóng (Trang 75)
Hình 5.1: Bộ thu phát được tích hợp sẵn. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 5.1 Bộ thu phát được tích hợp sẵn (Trang 76)
Hình 5.2: Board mạch của bộ thu sóng đã được tích hợp - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 5.2 Board mạch của bộ thu sóng đã được tích hợp (Trang 77)
Hình 5.4: Máy tính ghi chép dữ liệu được gửi về - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 5.4 Máy tính ghi chép dữ liệu được gửi về (Trang 78)
Hình 5.5: Giao diện để đọc và ghi nhận dữ liệu từ đồng hồ nước. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Hình 5.5 Giao diện để đọc và ghi nhận dữ liệu từ đồng hồ nước (Trang 79)
Bảng 6.2: So sánh chỉ số đọc thực tế và đọc không dây 2. - Luận văn thạc sĩ Công nghệ chế tạo máy: Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây
Bảng 6.2 So sánh chỉ số đọc thực tế và đọc không dây 2 (Trang 82)

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w