MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4 CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG 5 1.1. Giới thiệu về biến tần 5 1.2. Các phương pháp điều khiển biến tần 5 1.3. Điều khiển biến tần sử dụng cổng truyền thông RS485 7 1.4. Yêu cầu của hệ thống 7 1.5. Các ràng buộc của hệ thống 7 CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ 8 2.1. Sơ đồ khối hệ thống 8 2.2. Đặc tả các khối 8 2.2.1. Máy tính 8 2.2.2. Bàn phím 8 2.2.3. Khối xử lý trung tâm 8 2.2.4. Khối LCD 9 2.2.5. Biến tần 9 2.2.6. Chuẩn RS232 9 2.2.7. Chuẩn RS485 10 2.2.8. Khối nguồn 10 2.3. Sơ đồ nguyên lý các khối trong hệ thống 11 2.3.1. Bàn phím 11 2.3.2. Khối xử lý trung tâm sử dụng PIC16F877A 12 2.3.3. Khối hiển thị LCD 13 2.3.4. Khối truyển thông RS232 14 2.3.5. Khối truyền thông RS485 15 2.3.6. Khối nguồn 16 2.4. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 16 CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT 17 3.1. Sơ đồ Call Graph 17 3.2. Sơ đồ thuật toán của hệ thống 18 PHỤ LỤC 1 : LINH KIỆN DÙNG TRONG HỆ THỐNG 19 1. Vi điều khiển PIC16F877A 19 1.1. Sơ đồ chân PIC16F877A 19 1.2. Tính năng của PIC16F877A 19 2. MAX232 20 2.1. Sơ đồ chân 20 2.2. Sơ đồ hoạt động 21 2.3. Bảng trạng thái 21 3. IC MAX485 22 3.1. Sơ đồ chân 22 3.2. Sơ đồ hoạt động 22 3.3. Bảng trạng thái 22 3.4. Mạng RS485 23 4. Data frame truyền thông RS485 của biến tần Delta S 24 PHỤ LỤC 2 : TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 LỜI NÓI ĐẦU Trong khoa học kỹ thuật, Vi xử lý Vi điều khiển đã có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, phát triển trong nhiều lĩnh vực như công nghiêp,thương mại, quân sự, nông nghiệp… Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên là một trường có bề dày lịch sử về nghiên cứu và giảng dạy, môn học “Hệ Thống Nhúng ” là môn học chuyên ngành của ngành Kĩ thuật Máy tính. Trong khuôn khổ “Đồ Án Hệ Thống Nhúng”chúng em đã áp dụng kiến thức môn học này vào đề tài “Giao tiếp với biến tần thông qua chuẩn RS485”. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo NGUYỄN TUẤN ANH đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành đồ án này với kết quả tốt nhất.
Trang 1MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 2
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT 15
PHỤ LỤC 1 : LINH KIỆN DÙNG TRONG HỆ THỐNG 17
1.Vi điều khiển PIC16F877A 17
1.1.Sơ đồ chân PIC16F877A 17
1.2.Tính năng của PIC16F877A 17
2.MAX232 18
2.1.Sơ đồ chân 18
2.2.Sơ đồ hoạt động 19
2.3.Bảng trạng thái 19
3.IC MAX485 20
3.1.Sơ đồ chân 20
3.2.Sơ đồ hoạt động 20
3.3.Bảng trạng thái 20
3.4.Mạng RS485 21
4.Data frame truyền thông RS485 của biến tần Delta S 22
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
Trong khoa học kỹ thuật, Vi xử lý- Vi điều khiển đã có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, phát triển trong nhiều lĩnh vực như công nghiêp,thương mại, quân sự, nông nghiệp… Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp- Thái Nguyên là một trường có bề dày lịch sử về nghiên cứu và giảng dạy, môn học “Hệ Thống Nhúng ” là môn học chuyên ngành của ngành Kĩ thuật Máy tính Trong khuôn khổ “Đồ Án Hệ Thống Nhúng”chúng em đã áp dụng kiến thức môn học này vào
đề tài “Giao tiếp với biến tần thông qua chuẩn RS485”.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo NGUYỄN TUẤN ANH đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp chúng em hoàn thành đồ án này với kết quả tốt nhất
Trang 3DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang 4CHƯƠNG 1 : PHÂN TÍCH YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG
1.1 Giới thiệu về biến tần
Biến tần là bộ biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện công nghiệp thànhđiện áp 3 pha có tần số thay đổi, biến tần được ứng dụng rộng rãi trong côngnghiệp để điều khiển tốc độ động cơ AC Đây là phương pháp hiệu quả nhất :
- Có thể sử dụng động cơ không đồng bộ rẻ tiền, chắc chắn
- Điều khiển tần số động cơ AC là phương pháp có hiệu suất cao chấtlượng tốt
Các bộ biến tần có mạch lực đắt tiền, sơ đồ điều khiển phức tạp, chỉ đượcphổ biến trong thời gian gần đây nhờ sự phát triển của công nghệ chế tạo bándẫn ở lĩnh vực vi mạch và và công suất
1.2 Các phương pháp điều khiển biến tần
- Điều khiển bằng bàn phím : trên mỗi biến tần đều có các phím bấm cho
phép người dùng có thể thực hiện các thao tác điều chỉnh, vận hành biếntần Các thao tác thực hiện trên hệ thống phím bấm này rất đơn giản vàhiệu quả Đây là một phương pháp thủ công vì vậy không thể áp dụngcho một hệ thống sử dụng nhiều biến tần
Hình 1 : Màn hình điều khiển của biến tần HITACHI
- Điều khiển bằng Analog : tín hiệu điện áp được đua tới ngõ vào tín hiệu
điều khiển của biến tần để thay đổi tín hiệu ra Các mạch biến đổi số sangtương tự dùng cho việc điều khiển theo kiểu này thường khá phức tạp và
Trang 5Hình 2 : Modul analog EM235
- Điều khiển thông qua cổng truyển thông : các tín hiệu, thông số cần
điều chỉnh sẽ được đưa tới biến tần thông qua cổng giao tiếp RS485.Phương pháp này còn cho phép ghép nối nhiều biến tần với bộ điều khiểnvà xây dựng hệ thống mạng biến tần Phương pháp này rất linh động vàmềm dẻo, phù hợp với các xí nghiệp nhà máy có số lượng biến tần lớn.Phương pháp này đã khắc phụ được nhược điểm của hai phương pháptrên
Hình 3 : Cổng RS485 trên biến tần HITACHI
Trang 61.3 Điều khiển biến tần sử dụng cổng truyền thông RS485
Trong các phương pháp trên, phương pháp điều khiển biến tần thông quacổng truyền thông là phương có nhiều ưu điểm hơn cả Công nghệ hỗ trợ chophương pháp này đã được các nhà sản xuất biến tần và các thiết bị điều khiểntrung gian hỗ trợ đầy đủ
Chuẩn giao tiếp RS485 có nhiều ưu điểm nổi bật :
- Sử dụng liện kết bus, cho phép kết nối nhiều thiết bị với nhau
- Tốc độ cao, lên tới 10Mbps
- Khoảng cách truyền xa, lên tới 1200m
- Chống nhiễu tốt
- Giá thành thấp
- Mức điện áp hoạt động nhỏ
1.4 Yêu cầu của hệ thống
- Các thành phần trong hệ thống có thể giao tiếp được với nhau
- Các thông số hiệu chỉnh có được nhập từ máy tính và bàn phím
- Việc vận hành hệ thống đơn giản
- Có thời gian đáp ứng nhanh, chính xác
- Chi phí cho hệ thống hợp lý
- Có khả năng chống nhiễu tốt
- Bộ điều khiển lắp đặt tại trung tâm
- Có khả năng giao tiếp với các mạng khác
- Mất điện bộ điều khiển vẫn làm việc thêm 3 ngày
- Màn hình LCD hiển thị thông số điều khiển biến tần
- Bàn phím có chức năng chọn chế độ, chỉnh thông số, tối thiểu 4 nút
1.5 Các ràng buộc của hệ thống
- Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp
- Hệ thống làm việc với điện áp 220V/50Hz
- Tiết kiệm điện năng
- Khoảng cách truyền xa (0÷1200m)
- Bộ điều khiển cho phép kết nối tới các modul khác
Trang 7CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ
2.2.2 Bàn phím
Bàn phím gồm có 4 phím bấm : Reset, Tăng, Giảm, Thiết Lập Bànphím được dùng để thay đổi các tham số, reset hệ thống, nội dung cài đặtđược hiển thị lên LCD Bàn phím giao tiếp với khối ử lý trung tâm bởi 4đường tín hiệu số
2.2.3 Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ nhận dữ liệu từ máy tính, bàn phím,biến đổi và đưa tới khối chấp hành
Đầu vào : tần số điện áp đầu ra của biến tần muốn thiết lập được nhập từmáy tính và bàn phím
Đầu ra : là tần số cần hiệu chỉnh gửi tới biến tần
trung tâmBàn phím
RS232
RS4854DI
Trang 8Tín hiệu vào : tần số của điện áp muốn thiết lập và tần số của điện ápđầu ra của biến tần được gửi từ khối xử lý trung tâm.
Tín hiệu ra : là chuỗi ký tự hiển thị trên màn hình LCD
2.2.5 Biến tần
Biến tần là khâu chấp hành của hệ thống, thực hiện các yêu cầu đượcgửi đến từ bộ xử lý trung tâm và thực hiện các yêu cầu đó rồi gửi tới đầu ra Đầu vào của biến tần là tần số của điện áp đầu ra của biến tần phải đạtđược
Đầu ra của biến tần là điện áp có tần số đã được hiệu chỉnh theo yêu cầuđầu vào
2.2.6 Chuẩn RS232
Ghép nối qua cổng nối tiếp là một trong những kỹ thuật được sử dụngnhiều nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính Số lượng và chủngloại thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp đứng hàng đầu trong các khảnăng ghép nối với máy tính Cách truyền thông theo kiểu nối tiếp, nghĩa làtại 1 thời điểm chỉ có 1 bit được gửi đi dọc theo đường truyền
Chuẩn giao tiếp RS232 ban đầu chỉ là một chuẩn giao tiếp không chínhthức được nhiều công ty máy tính và thiết bị đo lường chấp nhận Năm 1962,nó được xây dựng thành một chuẩn chính thức bởi EIA (Electronics IndustryAsociations)
Ghép nối qua chuẩn RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụngrộng rãi nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính Qua cổng nốitiếp có thể ghép nối chuột, modem, máy in (APPLE), các thiết bị đo lường…
Ưu điểm : ghép nối dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, như vi điều khiển,PLC, Modem
Nhược điểm : tốc độ truyền thấp, khoảng cách truyền tối đa là 20m
2.2.7 Chuẩn RS485
Có thể coi chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền
dữ liệu nối tiếp Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùnggiao tiếp với bất kì thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua liênkết RS485 Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ởkhoảng cách xa và điều khiển cho những ứng dụng Những đặc điểm nổi trộicủa RS485 là nó có thể hỗ trợ 1 mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng 1đường truyền, tốc độ có thể lên tới 115.200 baud cho 1 khoảng cách là4000feet (1200m)
Trang 9Hình 5: Một dạng kết nối đường truyền RS485 hợp lí.
Trang 10Bàn phím là bao gồm 4 phím bấm:
- Được dùng để nhập số liệu,chọn chế độ làm việc
2.3.2 Khối xử lý trung tâm sử dụng PIC16F877A
Hình 7 : Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm sử dụng PIC16F877A
- Khối gồm có các port mở rộng P1,P2,P4,P5, để xuất tín hiệu điều khiển
ra bên ngoài
- Nút sw1 để reset lai vxl
- Thạch anh 12Mhz sẽ tạo nguồn xung cho chân 13,14
- Nạp chuẩn ICSP
- Tụ lọc C4,C5
- Điện trở treo làm rõ 2 mức điện áp có điện và không có điện phục vụ chonút bấm
Trang 112.3.3 Khối hiển thị LCD
Hình 8 : sơ đồ nguyên lý khối hiển thị LCD
• Khối gồm có : Màn hình LCD
• Điện trở R7 để hạn dòng cho led trong LCD
• Biến trở VR1 để chỉnh độ sáng cho LCD
Trang 122.3.4 Khối truyển thông RS232
Hình 9: sơ đồ nguyên lý khối truyền thông RS232
• Mạch có cổng DB9 , và IC max232
• IC max232 và các tụ làm nên mạch chuyển mức áp TTL sang 232
• Cấp nguồn cho max232 là 5v, mạch trong IC và các tụ sẽ tạo ra nguồn +- 10V
Trang 132.3.5 Khối truyền thông RS485
Hình 10: sơ đồ khối truyền thông RS485
• Khối gồm:
• IC MAX485 để chuyển tín hiệu từ chuẩn TTL sang chuẩn RS485 vàngược lại MAX485 được thiết kế cho việc truyền nhận dữ liệu, hoạtđộng tương thích với chuẩn RS-232 và chuẩn RS-485 MAX485 bao gồmđường truyền và nhận vi sai, cả hai có thể hoạt động độc lập với nhau, khikhông cho phép thì ngõ ra ở trạng thái trở kháng cao
• Trở R3,R6 phân cực đường truyền để chống nhiễu
• Trở R5 là điện trở đầu cuối dùng để chống nhiễu giá trị khoảng 100 - 120Ω
• HD2 là đầu kết nối với biến tần
Trang 142.3.6 Khối nguồn
Hình 11: sơ đồ nguyên lý khối nguồn
Khối nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện áp để vận hành hệ thống.Tín hiệu vào : điện áp 12V 1 chiều
Tín hiệu ra : điện áp DC 5V
2.4 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
Trang 15CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ KỸ THUẬT
3.1 Sơ đồ Call Graph
Hình 12: sơ đồ call graph của hệ thống
Trang 163.2 Sơ đồ thuật toán của hệ thống
Hình 13: Sơ đồ thuật toán của hệ thống
ĐK biến tần theo tham số
Begin
Hiển thị LCD
Đọc dữ liệu từ nút bấmĐọc dữ liệu từ máy tính
Dữ liệu
từ máy tính
Dữ liệu
từ nút bấmKhởi tạo giá trị mặc định cho hệ thống
True
Tham số thay đổi
False
True
Trang 17PHỤ LỤC 1 : LINH KIỆN DÙNG TRONG HỆ THỐNG
1 Vi điều khiển PIC16F877A
1.1.Sơ đồ chân PIC16F877A
Hình 14: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A
1.2.Tính năng của PIC16F877A
• Tập lệnh, cấu trúc được tối ưu hóa theo ngôn ngữ C
• Địa chỉ bộ nhớ chương trình : 8K x 14 words
• Địa chỉ bộ nhớ dữ liệu : 368K RAM, 256K EEPROM
• Đầu vào dao động thạch anh lên đến 20 MHz
• Lệnh rộng 16-bit, độ rộng bit dữ liệu: 8-bit
• Hỗ trợ các cấp ưu tiên ngắt
Tính năng ngoại vi:
• Dòng phát/hút cao: 25 mA/25 mA
• 1 chân ngắt ngoài
Trang 18• Timer0 : 8-bit
• Timer1 : 16-bit timer/counter
• Timer2 : 8-bit timer/counter
• Hai bộ Capture/Compare/PWM (CCP)
• Capture input: capture is 16-bit, max resolution 12.5 ns
• Compare is 16-bit, max resolution 200 ns (TCY)
• PWM output: PWM resolution is 1- to 10-bitax
• Khối truyền thông nối tiếp đồng bộ (Master Synchronous Serial Port - MSSP)
• Hai chế độ hoạt động:
• 3-dây SPI™ (Hỗ trợ cả 4 chế độ SPI)
• I2C™ cả chế độ Master và Slave
• Hỗ trợ RS-485 và RS-232
• Khối cổng song song (Parallel Slave Port - PSP)
Tính năng tương tự:
• Khối chuyển đổi tương tự sang số độ phân giải 10-bit:
• Chu kỳ lấy mẫu nhanh
• Phát hiện reset do sụt nguồn lập trình được (BOR)
2 MAX232
2.1.Sơ đồ chân
Hình 15: Sơ đồ chân IC MAX232
Trang 21Hình 21: Bảng trạng thái quá trình nhận dữ liệu của MAX485
3.4.Mạng RS485
Hình 22: Sơ đồ đấu nối mạng RS485
Trang 224 Data frame truyền thông RS485 của biến tần Delta S
ASCII Mode :
8-bit address consists of 2 ASCII codesADR 0
8-bit command consists of 2 ASCII codesCMD0
DATA (n-1) Contents of data:
n x 8-bit data consist of 2n ASCII codes
n <= 25，maximum of 50 ASCII codes
END1= CR (0DH), END0= LF (0AH)END0
RTU Mode :
START A silent interval of more than 10 ms
ADR Communication address: 8-bit address
DATA (n-1) Contents of data:
n x 8-bit data, n<= 25
…
DATA 0
16-bit check sum consists of 2 8-bit charactersCRC CHK
END A A silent interval of more than 10 ms
Trang 23PHỤ LỤC 2 : TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình :
1 Giáo trình hệ thống nhúng – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Website :