Điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính 51 3/ Phân loại các hệ thống thông tin: a/ Phân loại theo đường truyền: Đường truyền hữu tuyến. Đường truyền vô tuyến. b/ Phân loại dựa theo tín hiệu trên đường truyền: Tín hiệu tương tự. Tín hiệu số. c/ Phân loại số bit trên một đường dây: Mỗi bit chiếm lấy một đường truyền (song song): Dữ liệu gồm nhiều bit sẽ xuất đồng thời trên đường truyền. Nhiều bit trên một đường truyền (nối tiếp): Các bit sẽ nối tiếp nhau xuất hiện trên một đường truyền duy nhất. d/ Dựa vào xung nhòp đồng hồ Ck của bộ phát và bộ thu: Truyền đồng bộ: khi xung nhòp nơi phát và nơi thu như nhau và cùng góc pha. Ưu điểm của cách truyền này là tốc độ truyền rất cao nhưng độ an toàn về thông tin khá thấp (sai vài bit). Việc chi phí cho thiết kế đường truyền khá cao. Truyền bất đồng bộ: khi xung nhòp nơi phát và thu không cần giống nhau. Theo phương pháp này, dữ liệu được truyền đi với tốc độ chậm hơn nhưng độ an toàn cao, đặc biệt chi phí cho việc thiết kế đường truyền tương đối thấp, thích hợp cho truyền xa. e/ Chiều tín hiệu trên đường truyền: Loại đơn công: tín hiệu chỉ truyền theo một chiều duy nhất mà không có chiều ngược lại. Loại song công: tín hiệu có thể truyền theo cả hai chiều một cách đồng thời. Loại bán song công: tín hiệu có thể truyền theo hai chiều nhưng không cùng lúc, tức là phải thay đổi luân phiên. Luận văn tốt nghiệp 52 4/ Giao tiếp song song bất đồng bộ: A/ Sơ đồ khối: PHÁT THU Khi truyền dữ liệu với tốc độ từ thấp đến trung bình trên khoảng cách ngắn người ta có thể dùng đường truyền song song bất đồng bộ. Ví dụ, như việc kết nối một máy tính với một ngoại vi như máy in. Hệ giao tiếp song song bất đồng bộ này có đặc điểm là: mỗi bit chiếm lấy một đường truyền và xung đồng bộ nơi phát không nhất thiết phải bằng xung đồng bộ của nơi thu. Do đó, ngoài các đường dây cho các bit còn cần thêm các đường tín hiệu để thực hiện việc bắt tay giữa phần phát và phần thu. Giả sử thực hiện việc truyền song song 8 bit thì ít nhất có 9 đường dây (một đường mass giữa phần phát và phần thu). Để nơi phát và thu có thể truyền và thu được chính xác dữ liệu thì nhất thiết phải cần đến các tín hiệu bắt tay: Strobe, Ack và Busy\ . D O D 7 : là các đường dữ liệu (data bus). Strobe, Ack, Busy\: là các đường tín hiệu bắt tay nhằm phối hợp giữa phần phát và phần thu. Strobe : do máy phát gửi ra nhằm báo cho máy thu biết rằng đã có dữ liệu gửi ra trên đường truyền D O D 7 . Điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính 53 ACK : do phần phát đưa ra nhằm báo cho phần phát biết rằng phần thu đã thu xong một kí tự. Busy : là tín hiệu do phần thu đưa ra nhằm báo cho phần phát biết rằng phần thu đang bận với một tác vụ nào đó nên chưa thể thu được kí tự tiếp theo. Ví dụ một quá trình truyền dữ liệu giữa máy tính và máy in: CPU chờ cho tới khi đường tín hiệu Busy\ lên mức cao tức là máy in đã sẵn sàng nhận dữ liệu. CPU xuất mã của kí tự kế tiếp ra port song song. Sau đó, CPU đưa xung Strobe lên 1. Tín hiệu này báo cho máy in biết rằng đã có dữ liệu mới trên đường truyền. Máy in tiến hành nhận dữ liệu và khi đã hoàn tất công việc liên quan đến kí tự cuối cùng nó sẽ trả Busy\ về mức cao. Máy in đưa xung ACK lên cao để báo cho CPU biết nó đang sẵn sàng nhận kí tự tiếp theo. B/ Hoạt động của hệ thống: Phần phát: Đọc giá trò của đường Busy\ cho đến khi Busy\ =1 tức là phần thu không bận. Sau đó phần phát gửi data ra bus dữ liệu. Cho chân Strobe =1 để báo cho phần thu biết kí tự đã sẵn sàng. Đọc chân ACK cho đến khi chân này lên 1 tức là phần thu đã thu xong kí tự. Cho chân Strobe = 0 để tránh trường hợp phần thu thu thêm một lần nữa. Chuẩn bò dữ liệu kế tiếp theo để xuất đi nếu như chưa truyền hết. Phần thu: Khi cần thu một dữ liệu nó phải đưa chân Busy\ lên 1 để báo cho phần phát biết rằng nó không bò bận và sẵn sàng nhận kí tự. Sau đó phần thu đọc giá trò của tín hiệu Strobe cho đến khi chân này lên 1 tức là phần phát đã gửi dữ liệu ra đường truyền. Cho chân Busy\ = 0 để phần phát tạm thời ngưng lại và cho chân ACK = 0 để khoan thay đổi data. Xử lí data (cất vào vùng nhớ đệm). Luận văn tốt nghiệp 54 Cho chân Busy\ =1. 5/ Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ: Cấu trúc : Giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ là giao tiếp mà xung đồng hồ của bộ phát và bộ thu được tạo ra một cách riêng rẽ và không cần phải bằng nhau. Các bit lần lượt chiếm lấy đường truyền, việc giao tiếp cần phải thêm các bit khung (thông tin khung) bao gồm: Bit khởi động (start). Bit dừng (stop). Bit chẵn lẻ (parity). Thành phần chính của hệ thống là các thanh ghi dòch. Tại phần phát, thanh ghi dòch là thanh ghi vào song song ra nối tiếp. Tại phần thu, thanh ghi dòch là thanh ghi vào nối tiếp ra song song. Dữ liệu vào song song Dữ liệu ra song song Tín hiệu điều khiển PHÁT THU Thanh ghi Thanh ghi Ck phát Ck thu Điều khiền a/ Phát dữ liệu nối tiếp: Khi cần phát dữ liệu, CPU phần phát sẽ gửi data tới thanh ghi phần phát bằng cách đưa dữ liệu đến các ngõ vào song song của thanh ghi Điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính 55 dòch sau đó tác động mức 1 lên chân LD để cho thanh ghi nạp lấy giá trò này. Khi LD không còn tác động nữa thì thanh ghi dòch sẽ lưu trữ lại giá trò này. Sau đó, dưới tác động của xung đồng hồ nơi phát, các bit của dữ liệu cần phát sẽ lần lượt dòch đến ngõ ra nối tiếp để đưa lên đường truyền. b/ Thu dữ liệu nối tiếp: Khi phần thu nhận dạng được bit khởi động, CPU phần thu sẽ phát tín hiệu điều khiển xung Ck thu. Lúc này dưới tác động của xung Ck thu, từng bit dữ liệu trên đường truyền sẽ lần lượt được dòch vào thanh ghi phần thu cho đến khi xuất hiện bit dừng thì CPU phần thu sẽ phát tín hiệu để đọc dữ liệu tại các ngõ ra song song của thanh ghi dòch. Bit khởi động (Start) nhằm báo cho phần thu biết thời điểm nhận một dữ liệu mới, bit này có trạng thái ngược với trạng thái thường xuyên của đường truyền (có trạng thái = 1). Khi dùng bit Parity, trạng thái logic của bit này phụ thuộc vào kí tự dữ liệu đặc trưng và việc lập phần cứng là kiểm tra parity chẵn hay lẻ. Bit parity là bit 0 hoặc bit 1 tùy theo việc kiểm tra chẵn hay lẻ và dữ liệu đó như thế nào. Chú ý rằng bit parity có dự phần vào việc tính tổng số bit 1 là chẵn hay lẻ trong toàn dữ liệu. Sau đó bằng cách tính tổng số bit trong mỗi kí tự, máy thu có thể phát hiện được lỗi khi truyền. Phương pháp này tuy không đạt được độ tin cậy 100% (vì nếu số bit lỗi là số chẵn thì máy thu không thể phát hiện được lỗi) nhưng lại tương đối đơn giản và có hiệu quả. Các bit Stop là khoảng cách bảo vệ tối thiểu giữa các khung kí tự. Luaọn vaờn toỏt nghieọp 56 CHệễNG 2: THIET KE Điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính 57 A/ MÔ HÌNH ĐIỆN NĂNG KẾ ĐIỆN TỬ GIAO TIẾP MÁY TÍNH Điện vào 220V/ 50Hz . Điện ra cấp cho tải. Nhằm tạo ra cái nhìn tổng quát trước khi tìm hiểu chi tiết về các khối bên trong mà mô hình điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính được trình bày đầu tiên. Mô tả chức năng hoạt động và cấu tạo: Chức năng hoạt động: Điện năng kế điện tử là một thiết bò dùng cho điện lưới sinh hoạt 220V/ 50Hz có chức năng chính là đo và hiển thò ra điện năng đã tiêu thụ trong tháng của hộ sử dụng điện. Đặc biệt, điện năng kế điện tử có thể thực hiện quá trình truyền số liệu trên hai dây pha và trung tính của lưới điện khi có yêu cầu truy xuất dữ liệu từ trung tâm điều khiển. Ngoài ra, nhằm tăng tính hữu hiệu của thiết bò mà một số chức năng khác cũng được thiết kế bên trong điện năng kế: Hiển thò thời gian như một đồng hồ số. Luận văn tốt nghiệp 58 Tự động ngắt nguồn khi có sự cố ngắn mạch, quá tải, điện giật nhằm bảo đảm an toàn cho thiết bò tải và người sử dụng. Cấu tạo : Mặt ngoài điện năng kế điện tử có: 6 LED : Để hiển thò điện năng tiêu thụ và một số thông tin cần thiết khác trong suốt quá trình sử dụng như hiển thò ra thời gian, hiển thò điện áp ,dòng điện đang sử dụng… Hai nút điều khiển: Nút ON/OFF nguồn : Người sử dụng có thể tác động vào nút này để đóng ngắt nguồn tương tự như một CB nhưng nó còn bò điều khiển bởi phần mềm xử lí đóng ngắt bên trong. Nút Select Mode : Cho phép chọn các thông tin cần hiển thò ra các LED. Thông tin hiển thò gồm có: 1. Giờ cao điểm trong ngày. 2. Số Kwh đã tiêu thụ trong giờ cao điểm của tháng hiện tại 3. Số Kwh đã tiêu thụ trong giờ thấp điểm của tháng hiện tại 4. Tổng số Kwh đã tiêu thụ trong tháng. 5. Điện áp đang sử dụng. 6. Dòng điện đang sử dụng. 7. Giờ đồng hồ số. Trạng thái mặc nhiên của các led khi điện năng kế hoạt động bình thường làhiển thò giờ thời gian. PORT Giao Tiếp song song: Bên trong vỏ hộp kim loại chứa các thiết bò sau: 1. Board mạch xử lí. 2. Các đầu dò điện áp, dòng điện tải, dòng điện rò. 3. Relay đóng ngắt nguồn. 4. Bộ chỉnh lưu, lọc nguồn, triệt nhiễu và bảo vệ quá áp ngõ vào. 5. Accu dự phòng khi bò mất nguồn. 6. Loa cảnh báo. Sau khi thực hiện lắp đặt điện năng kế, nhân viên điện lực cần cài đặt các thông số ban đầu cho điện kế trước khi đem vào sử dụng: Thao tác điều chỉnh thông qua 3 nút nhấn nằm phía trong đồng hồ: Điện năng kế điện tử giao tiếp máy tính 59 Nút 1 : Select Có chức năng chọn lựa đối tượng cần điều chỉnh là thời gian hiện tại hay các giờ cao điểm trong ngày. Nút 2 : Adjust Tác động vào nút này, để điều chỉnh giá trò cho đối tượng được chọn. Nút 3 : Enter Để xác nhận giá trò cho từng thành phần trong mỗi đối tượng đang được điều chỉnh và chuyển sang thành phần khác. Trong suốt quá trình tác động, các led sẽ hiển thò ra thông tin tương ứng giúp cho nhân viên điện lực có thể quan sát và điều chỉnh chính xác các thông số. Các thông số sau khi đã thiết lập cho điện kế, nhân viên điện lực sẽ bấm chì niêm phong điện kế và dán tem bảo đảm. Kết thúc các thao tác trên thì điện năng kế điện tử đã có thể sử dụng được. B/ SƠ ĐỒ KHỐI ĐIỆN NĂNG KẾ ĐIỆN TỬ GIAO TIẾP MÁY TÍNH: Ngõ vào điện áp 220V/ 50Hz Mô tả chức năng các khối trong sơ đồ: CHỈNH LƯU LỌC NGUỒN CẢM BIẾN DÒNG ĐIỆN, ĐIỆNÁP TRIỆT NHIỄU BẢO VỆ QUÁ ÁP GIAO TIẾP DỮ LIỆU SONG SONG, NỐI TIẾP HIỂN THỊ CẢNH BÁO TRUNG TÂM XỬ LÍ GIAO TIẾP NGƯỜI SỬ DỤNG LƯU TRỮ DỮ LIỆU ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG NGẮT NGUỒN 20V/50Hz HẠ ÁP ỔN ÁP NGÕ RA ĐIỆN NĂNG CẦN ĐO NGUỒN DỰ PHÒNG Đ iện áp cung cấp cho tải 220V/ 50Hz Điện áp cung cấp Cho thiết bò +5V Luận văn tốt nghiệp 60 Như đã trình bày trong các phần trước, điện năng kế điện tử là thiết bò có chức năng đo các đại lượng điện thành phần sau đó tính toán cho ra điện năng tiêu thụ và hiển thò ra các led. Muốn thực hiện được chức năng đó điện năng kế cần phải được thiết kế từ nhiều bộ phận nhỏ, mỗi bộ phận có nhiệm vụ riêng và thống nhất với nhau sao cho đạt được yêu cầu chung của toàn thiết bò. Nhằm dễ dàng hơn trong việc trình bày, sơ đồ khối được đưa ra để giúp cho người đọc có được cái nhìn bao quát về toàn thiết bò trước khi tìm hiểu về các bộ phận bên trong. Sau đây là sự trình bày một cách tóm lược về chức năng hoạt động của từng khối trong sơ đồ: 1. Khối cảm biến các đại lượng điện thành phần: Có nhiệm vụ đo đạc giá trò điện áp, dòng điện tải, dòng điện rò sau đó chuyển thành tín hiệu thích hợp và đưa về trung tâm xử lí. Khối này gồm có các khối nhỏ bên trong như: Khối lọc, triệt nhiễu ngõ vào nhằm loại trừ các tín hiệu nhiễu trên đường truyền tới thiết bò. Khối cảm biến điện áp nhằm chuyển điện áp trên tải từ mức cao xuống thấp để phù hợp với thiết bò điện tử phía sau. Khối cảm biến dòng điện tải có nhiệm vụ biến đổi dòng điện tải đang tiêu thụ thành một mức điện thế thích hợp cho bộ phận phía sau. Khối cảm biến dòng điện rò cũng có chức năng tương tự như khối cảm biến dòng điện tải nhưng để cảm biến dòng điện rò. Khối chuyển đổi tương tự sang số (ADC) thực hiện nhiệm vụ như đúng tên gọi của nó. Do các thiết bò phía sau đều hoạt động với tín hiệu số vì vậy phải chuyển đổi các tín hiệu đầu vào từ tương tự sang số thì các thiết bò này mới có thể xử lí được. Trong khối này ta còn thấy sự xuất hiện của bộ phận bảo vệ quá áp, bộ phận này rất cần thiết trong việc bảo vệ các thiết bò phía sau tránh khỏi việc hư hỏng do xung điện áp cao trên lưới điện truyền có nguyên nhân từ sự cố sét đánh trên lưới điện hoặc do bò chập với đường dây cao thế. 2. Khối trung tâm xử lí: Có chức năng quan trọng nhất trong toàn thiết bò, vì nó đảm đương nhiệm vụ tính toán các số liệu đã thu nhận được từ các đầu dò bên ngoài. Ngoài ra, các thiết bò phụ cận bên ngoài đều hoạt động dưới sự điều khiển của khối trung tâm xử lí. 3. Khối lưu trữ dữ liệu: Là nơi mà chương trình điều khiển thiết bò được nạp vào. Trong quá trình tính toán, khối trung tâm xử lí sẽ lưu dữ liệu vào đây. 4. Khối hiển thò cảnh báo: . trong các phần trước, điện năng kế điện tử là thiết bò có chức năng đo các đại lượng điện thành phần sau đó tính toán cho ra điện năng tiêu thụ và hiển thò ra các led. Muốn thực hiện được chức. khi tìm hiểu về các bộ phận bên trong. Sau đây là sự trình bày một cách tóm lược về chức năng hoạt động của từng khối trong sơ đồ: 1. Khối cảm biến các đại lượng điện thành phần: Có nhiệm. Chú ý rằng bit parity có dự phần vào việc tính tổng số bit 1 là chẵn hay lẻ trong toàn dữ liệu. Sau đó bằng cách tính tổng số bit trong mỗi kí tự, máy thu có thể phát hiện được lỗi khi truyền.