THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN NÔNG SẢN DẠNG HẠT

Không giốngnhư các thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm thông thường, sản phẩm không chỉ đơn thuần là thiết bị hiển thị số liệu đo được mà nó có thể kết nối với nhau thành mạng vàtruyền nhận dữ l

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

- -ĐÀO VĂN SƠN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN NÔNG SẢN DẠNG HẠT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Điện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Mã số : 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU HỒNG VIỆT

HÀ NỘI, 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này làtrung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đãđược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồngốc

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2011

Người cam đoan

Đào Văn Sơn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình, bạn bè

và đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiêncứu khoa học Nếu không có những sự giúp đỡ này thì chỉ với sự cố gắng củabản thân tôi sẽ không thể thu được những kết quả như mong đợi

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2011

Người cảm ơn

Đào Văn Sơn

MỤC LỤC

Giới thiệu đề tài 2

Chương 1 Kỹ thuật bảo quản nông sản dạng hạt 4

1.1 Phương pháp bảo quản nông sản dạng hạt 4

1.1.1 Phương pháp bảo quản ở trạng thái thoáng 4

1.1.2 Phương pháp bảo quản ở trạng thái kín 5

1.1.3 Phương pháp bảo quản ở trạng thái lạnh 6

1.1.4 Phương pháp bảo quản bằng hóa học 6

1.2 Kho bảo quản 7

1.2.1 Khái niệm 7

1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật 7

1.2.3 Phân loại kho 8

1.3 Kỹ thuật bảo quản thóc 9

1.3.1 Kho bảo quản và các vật tư, thiết bị 9

1.3.2 Quy trình bảo quản 10

Chương 2 Cơ sở hệ thống giám sát và điều khiển 15

2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống 15

2.2 Các chế độ truyền dẫn 17

2.2.1 Truyền dẫn song song và truyền dẫn nối tiếp 17

2.2.2 Truyền đồng bộ và truyền không đồng bộ 18

2.2.3 Truyền đơn công, bán song công và truyền song công 22

2.3 Các phương pháp truy nhập đường truyền 24

2.3.1 Master/Slave 24

2.3.2 Token Passing 24

2.3.3 CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) .26 2.3.4 CSMA/ CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance) 27

2.4 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu 28

2.4.1 Truyền dẫn không cân bằng (Unbalanced) 28

2.4.2 Truyền dẫn cân bằng (Balanced) 28

2.4.3 Vấn đề trở đầu cuối 29

2.5 Các chuẩn thông tin nối tiếp 29

2.5.1 Chuẩn truyền tin RS232 29

2.5.2 Chuẩn truyền tin RS422 33

2.5.3 Chuẩn truyền tin RS485 35

Chương 3 Thiết kế và thực thi hệ thống 38

3.1 Mô hình hệ thống điều khiển nhiệt độ, độ ẩm 38

3.1.1 Bộ điều khiển 39

3.1.2 Thiết bị đo 41

3.2 Thiết kế và thực thi phần cứng 44

3.2.1 Khối nguồn 45

3.2.2 Khối vi điều khiển trung tâm 46

3.2.3 Khối hiển thị LCD 48

3.2.4 Khối chuyển đổi tín hiệu UART - RS485 48

3.2.5 Mạch chuyển đổi RS232/RS485 49

3.2.6 Mạch điều khiển On/Off 50

3.2.7 Hình ảnh mạch điện tử sau khi hoàn thành 51

3.3 Thiết kế phần mềm 51

3.3.1 Truyền thông nối tiếp không đồng bộ với AVR (UART) 51

3.3.2 Phần mềm nhúng cho vi điều khiển 59

3.3.3 Phần mềm giao diện giám sát điều khiển 61

Kết luận và hướng phát triển 68

Tài liệu tham khảo 69

Phụ lục 70

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1.1 Mô hình kiểu song song một cửa hút khí 11

Hình 1 2 Mô hình kiểu song song 2 cửa hút khí 11

Hình 1.3 Mô hình kiểu xương cá dùng cho các loại kho 12

Hình 2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống thông tin công nghiệp 15

Hình 2.2 Truyền song song có bắt tay 18

Hình 2.3 Truyền số liệu nối tiếp 18

Hình 2.4 Định dạng khung truyền ở chế độ truyền không đồng bộ 22

Hình 2.5 Truyền dẫn đơn công 22

Hình 2.6 Truyền bán song công 23

Hình 2.7 Truyền dẫn song công 23

Hình 2.8 Truy cập Master/Slave 24

Hình 2.9 Cấu trúc khung Token 24

Hình 2.10 Phương pháp truy cập Token Ring (IEEE8-2.4) 25

Hình 2.11 Phương pháp truy nhập Token bus(IEEE802.5) 25

Hình 2.12 Nhiều trạm cùng gửi thông tin lên Bus 26

Hình 2.13 Các thông báo bị huỷ bỏ 26

Hình 2.14 Trạm n1 gửi thông báo 26

Hình 2.15 Nguyên lí của CSMA/CA 27

Hình 2.16 Truyền tín hiệu không cân bằng 28

Hình 2.17 Truyền tín hiệu cân bằng 29

Hình 2.18 Kết nối giữa DTE và DCE 30

Hình 2.19 Biểu diễn các mức logic trong RS232 30

Hình 2.20 Kết nối ở cổng RS232 không có phần cứng bắt tay 31

Hình 2.21 Bắt tay bằng phần mềm sử dụng X-ON và X-OFF 32

Hình 2.22 Các đường dẫn bắt tay được sử dụng khi truyền dữ liệu 32

Hình 2.23 Ghép nối để truyền thông có bắt tay qua cổng RS232 33

Hình 2.24 Biểu diễn mức logic trong RS422 34

Hình 2.25 Hoạt động của RS422 34

Hình 2.26 Quy định về mức logic trong RS485 36

Hình 2.27 Cấu hình RS485 3 dây 36

Hình 2.28 Cấu hình RS485 5 dây 37

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 38

Hình 3.2 Sơ đồ khối mô hình điều khiển nhiệt độ, độ ẩm 38

Hình 3.3 Sơ đồ chi tiết chân vi điều khiển ATmega16 39

Hình 3.4 Chip SHT1x 41

Hình 3.5 Sơ đồ khối cấu trúc chip SHT1x 42

Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của chip SHT1x 42

Hình 3.7 Trình tự "Transmission Start" 42

Hình 3.8 Trình tự khởi động lại kết nối 42

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 45

Hình 3.10 IC 7805 45

Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển trung tâm 46

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý kết nối vi điều khiển với mạch nạp 46

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý mạch nạp AVR910 USB 47

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý khối truyền tín hiệu tới rơle điều khiển On/Off 47

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 48

Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý khối chuyển đổi tín hiệu UART - RS485 48

Hình 3.17 Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi RS232/RS485 49

Hình 3.18 Sơ đồ chân của IC Max232 49

Hình 3.19 Sơ đồ chân của IC Max485 50

Hình 3.20 Sơ đồ nguyên lý mạch rơle điều khiển On/Off 50

Hình 3.21 Bộ điều khiển và đầu đo nhiệt độ, độ ẩm 51

Hình 3.22 Thanh ghi UDR 52

Hình 3.23 Thanh ghi UCSRA 52

Hình 3.24 Thanh ghi UCSRB 53

Hình 3.25 Thanh ghi UCSRC 54

Hình 3.26 Thanh ghi UBRRL và UBRRH 56

Hình 3.27 Lưu đồ thuật toán cho vi điều khiển 60

Hình 3.28 Lưu đồ thuật toán chương trình giao diện 61

Hình 3.29 Cửa sổ khi chạy chương trình giao diện 62

Hình 3.30 Cửa sổ thông báo khi kết nối thành công với trạm đo 63

Hình 3.31 Cửa sổ chương trình làm việc ở chế độ tự động 64

Hình 3.32 Cửa sổ cài đặt các thông số 65

Hình 3.33 Cửa sổ vẽ đồ thị nhiệt độ và độ ẩm đo 66

Hình 3.34 Bảng cơ sở dữ liệu 67

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Định nghĩa các chân tín hiệu của RS232 31

Bảng 2.2 Thông số cơ bản của RS485 35

Bảng 3.1 Danh sách mã lệnh của SHT1x 43

Bảng 3.2 Hệ số chuyển đổi độ ẩm 43

Bảng 3.3 Hệ số chuyển đổi nhiệt độ 43

Bảng 3.4 Hệ số chuyển đổi nhiệt độ của độ ẩm 44

Bảng 3.5 Chọn kiểm tra parity 55

Bảng 3.6 Độ dài dữ liệu truyền 55

Bảng 3.7 Tính tốc độ baud 56

Bảng 3.8 Một số tốc độ baud mẫu 57

Bảng 3.9 Cấu trúc khung lệnh gửi yêu cầu 59

Bảng 3.10 Cấu trúc khung lệnh trả lời 59

Giới thiệu đề tài

Ngày nay khi nền nông nghiệp phát triển mạnh, sản phẩm tạo ra ngàycàng phong phú thì nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong các kho lưu hàng càng nhiều.Việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm khi bảo quản, lưu trữ các sản phẩm công - nôngnghiệp trong các kho chứa hàng là rất quan trọng Thông thường với các loạihàng hóa được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng lưu trữ phải luôn duy trì ở 1mức nhất định Ở nước ta nhiều gian hàng bảo quản vẫn làm theo các phươngpháp thủ công như cán bộ kỹ thuật tiến hành đo đạc, sau đó đưa ra các giải pháp

để tăng hoặc giảm nhiệt độ, độ ẩm theo yêu cầu

Cũng giống như trên, trong các phòng thí nghiệm, trong bệnh viện, trongcác nhà kính trồng cây cảnh, trong các khu sản xuất rau sạch kỹ thuật viêncũng cần giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng

Với các phương pháp thủ công, chúng ta sẽ mất rất nhiều thời gian vàcông sức mà công việc lại không hiệu quả Cùng với sự phát triển mạnh mẽ củacông nghệ thông tin, chúng ta đã và đang đưa tự động hóa vào từng ngõ ngách

trong cuộc sống Chính vì thế, chúng tôi quyết định chọn đề tài: Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển quá trình bảo quản nông sản dạng hạt Với sản

phẩm chế tạo được chúng ta có thể đo được nhiệt độ, độ ẩm và có thể thu thập

dữ liệu về máy tính, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý thích hợp Không giốngnhư các thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm thông thường, sản phẩm không chỉ đơn thuần

là thiết bị hiển thị số liệu đo được mà nó có thể kết nối với nhau thành mạng vàtruyền nhận dữ liệu từ máy tính theo chuẩn RS-485 Với một máy tính PC, mộtngười điều hành có thể giám sát nhiều điểm đo khác nhau trên diện rộng

Đặc biệt trong các kho tàng cất giữ hàng hóa, thóc gạo, các điểm bảo quảnmáy móc, vũ khí, đạn dược v.v thì vấn đề đo nhiệt độ, độ ẩm của môi trườngkhông khí là rất cần thiết

Đa số các đầu đo, thiết bị đo nhiệt độ và độ ẩm có tính thông minh hiệnhành sử dụng một số chip vi xử lý và phần mềm để thiết bị có một số chức năng

tự chỉnh định và suy diễn Các hệ thống đo truyền xa thường lấy chuẩn truyền

tương tự 4-20mA, 0-10V hoặc truyền số theo chuẩn nối tiếp RS232/RS485 Cácthiết bị đầu đo này mua của nước ngoài, giá thành cao.

Với giới hạn của đề tài, chúng tôi nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị

đo nhiệt độ, độ ẩm và đưa ra giải pháp kết nối thiết bị với giao diện giám sátđiều khiển theo chuẩn RS485, các lựa chọn như sau:

- Chúng tôi lựa chọn chip ATmega16 thuộc họ AVR là sản phẩm do công

ty Atmel (Na uy) sản xuất để phát triển thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm ATmega16

có khả năng xử lý hỗn hợp dữ liệu tương tự và số Nó cho ta khả năng phát triểncác sản phẩm mới nhanh, dễ dàng mở rộng các chức năng mới sau này Côngnghệ này cho nhiều giải pháp lựa chọn và hỗ trợ cho đa dạng ứng dụng từ đolường, xử lý, điều khiển, truyền thông, kết nối mạng trên cùng một chip với giáthành thấp

- Lựa chọn chip sensor SHTxx của hãng Sensirion để đo nhiệt độ, độ ẩm.Đây là chip có các chỉ tiêu kỹ thuật và giá cả phù hợp

Có thể đặt tối đa và nối mạng 32 thiết bị với máy tính Thiết bị hoạt độngrất đơn giản: Tất cả đã được thiết kế và lập trình trong chip ATmega16 Thiết bị

tự động lấy tín hiệu từ đầu đo, tính toán rồi hiển thị thông số nhiệt độ, độ ẩmtrên màn hình LCD Số liệu được cập nhật và được truyền đi xa Khi cần lấy sốliệu, người giám sát chỉ việc bật máy tính tại một trung tâm và vào chương trình

để nhận số liệu từ các màn hình LCD đó Ngoài ra, nó còn tự động lưu giữ thôngtin đo được vào cơ sở dữ liệu, giúp người quản lí biết được và điều chỉnh nhiệt

độ của kho thóc bằng hệ thống quạt gió hoặc hút ẩm ra ngoài

Ngoài việc đo nhiệt độ, độ ẩm ở kho thóc, sản phẩm này còn có thể tựđộng đo, kiểm tra các thông số trên tại kho nông phẩm, dược phẩm, vũ khí,trang thiết bị công nghiệp và bệnh viện, phòng thí nghiệm

Mặt khác, hệ thống còn có thể ứng dụng vào các quy trình sản xuất nôngnghiệp công nghệ cao như: tự động hoá tưới cây trong các nhà kính trồng hoa,trong các khu sản xuất rau sạch, trang trại trồng nấm

Chương 1 Kỹ thuật bảo quản nông sản dạng hạt 1.1 Phương pháp bảo quản nông sản dạng hạt

1.1.1 Phương pháp bảo quản ở trạng thái thoáng

Bảo quản ở trạng thái thoáng là để khối nông sản tiếp xúc dễ dàng vớimôi trường không khí bên ngoài nhằm điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm của khối nôngsản thích hợp Phương pháp này thường được áp dụng để bảo quản hạt Bảoquản ở trạng thái thoáng đòi hỏi phải có hệ thống kho vừa thoáng, vừa kín nhờ

hệ thống thông hơi, thoáng gió hợp lý Khi nhiệt độ và độ ẩm của khối hạt caohơn so với không khí bên ngoài thì tiến hành thông gió tự nhiên hay cưỡng bức

để tận dụng không khí khô và lạnh ở bên trong vào Ngược lại, khi nhiệt độ và

độ ẩm ở ngoài không khí cao hơn trong kho phải đóng kín kho để ngăn ngừakhông cho không khí nóng và ẩm thâm nhập vào kho

Thông gió tự nhiên là hoàn toàn lợi dụng thiên nhiên để thông gió, bằngcách mở thông các cửa kho để cho không khí khô và lạnh ở ngoài vào kho Đây

là phương pháp tương đối đơn giản, rẻ tiền nhưng phải tính toán nắm đúng thời

cơ thì thông gió mới có lợi

Thông gió cưỡng bức là thổi một luồng không khí đi qua khối hạt, nhờ đó

sẽ làm thay đổi độ ẩm, nhiệt độ và thành phần khí có trong hạt Để đạt được mụcđích làm giảm độ ẩm và nhiệt độ hạt, lượng không khí thổi vào kho phải thỏamãn các điều kiện sau:

- Không khí phải sạch không làm ô nhiễm khối hạt

- Cần đảm bảo đủ lượng không khí để thực hiện mục đích giảm nhiệt độ

oxy tạo điều kiện cho hạt hô hấp mạnh, vi sinh vật và côn trùng phát triển nhanhhơn.

Phương pháp thông gió tự nhiên Đây là phương pháp hoàn thiện, rẻ tiền,

dễ cơ khí hóa, được áp dụng phổ biến trong các kho bảo quản hạt Tuy nhiên khi

độ ẩm hạt quá cao thì áp dụng cả hai phương pháp này đều không thỏa mãn

1.1.2 Phương pháp bảo quản ở trạng thái kín

Mọi hoạt động sống trong khối sản phẩm đều cần có oxy để hô hấp Lợidụng tính chất này người ta cách ly khối sản phẩm với môi trường không khíxung quanh bằng cách bảo quản kín hoặc nạp vào khối sản phẩm một thứ khíkhác không phải oxy rồi đóng kín lại Để tạo điều kiện không có oxy người ta cóthể sử dụng hai cách: để cho lượng CO2 tích tụ lại và lượng O2 mất dần trongquá trình hô hấp hoặc cho thêm CO2 hay N2 nhưng chủ yếu là CO2

Phương pháp này có ưu điểm:

- Tiêu diệt hoàn toàn các loại vi sinh vật và côn trùng đồng thời khôngcho vi sinh vật và côn trùng xâm nhập từ bên ngoài vào

- Nếu hạt khô thì vi sinh vật không hoạt động được, hiện tượng tự bốcnóng không xảy ra, tuy nhiên hạt vẫn tiếp tục hô hấp yếm khí làm cho độ axittrong hạt vẫn tăng

- Không khí ngoài trời không xâm nhập vào khối hạt nên độ ẩm hạt khôngtăng

- Tiết kiệm được sức lao động và thời gian cần đảo đống hạt

1.1.3 Phương pháp bảo quản ở trạng thái lạnh

Nguyên tắc của phương pháp này là hạ thấp nhiệt độ của khối sản phẩmxuống một mức độ nhất định để làm suy yếu hoặc tê liệt mọi hoạt động sốngtrong khối sản phẩm, do đó sản phẩm sẽ bảo quản được lâu mà không bị hưhỏng Để thực hiện phương pháp này người ta có nhiều cách, song có hai cáchphổ biến là làm lạnh tự nhiên và làm lạnh nhân tạo

- Làm lạnh tự nhiên là lợi dụng nhiệt độ thấp của không khí trong môitrường bảo quản để hạ thấp nhiệt độ của sản phẩm thông qua phương pháp thônggió tự nhiên hay cưỡng bức Phương pháp này thường áp dụng để bảo quản hạt

- Làm lạnh nhân tạo là sử dụng những phòng lạnh, kho lạnh hoặc kho cóđiều hòa nhiệt độ để giữ cho nhiệt độ sản phẩm luôn ở một giá trị thích hợp.Phương pháp này thường được áp dụng để bảo quản hạt, thịt, sữa và một số loạirau quả tươi

1.1.4 Phương pháp bảo quản bằng hóa học

Thực chất của phương pháp này là dùng thuốc hóa học để kìm hãm nhữnghoạt động sống của khối nông sản và do tính độc của hóa chất mà vi sinh vật vàcôn trùng bị tiêu diệt

Đây là phương pháp có hiệu quả cao ngày càng được sử dụng rộng rãi vớiqui mô lớn Khi sử dụng các loại thuốc hóa học để bảo quản phải đảm bảo yêucầu triệt để bảo vệ sức khỏe cho con người, không ảnh hưởng đến chất lượngsản phẩm

Tùy theo từng loại sản phẩm mà sử dụng thuốc và nồng độ cho thích hợp

- Đối với các loại hạt thường dụng Cloropicrin, Bekafot,

- Đối với rau quả thường dùng anhydric sunfuaro, axit sorbic, axit boric,

- Đối với các loại củ để chống nảy mầm sớm thường dùng M-1(estemetyl), M-2 (estedimetyl)

Phương pháp này có nhược điểm là giảm khả năng tự đề kháng của nôngsản, đôi khi cũng có ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng

1.2 Kho bảo quản

lí tốt các tiêu chuẩn về phẩm chất từ khi thu hoạch cho đến khi nhập kho Muốnđạt được những yêu cầu về phẩm chất cần phải thu hoạch nông sản đúng độchín, lựa chọn phân loại đúng tiêu chuẩn qui định; kiểm tra phẩm chất ban đầu,chú ý tới các chỉ tiêu độ sạch, độ ẩm, mức độ nhiễm sâu bệnh và thành phầndinh dưỡng; trong quá trình vận chuyển phải hết sức chú ý ngăn ngừa các yếu tố

có thể gây hư hỏng do tác động cơ học như: gẫy vỡ, dập nát,

1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật

Để bảo quản nông sản được lâu với mức độ hao hụt thấp nhất, khi xâydựng kho cần đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau đây:

- Có đủ dung tích để chứa hết khối lượng sản phẩm cần lưu trữ

- Kho cần phải được xây dựng trên địa bàn cao ráo, thoáng mát, dễ thoátnước

- Kết cấu kho phải đảm bảo được các yêu cầu trong bảo quản như cáchnhiệt, cách ẩm, tránh tạo điều kiện cho côn trùng phát triển và loài gậm nhấmđục khoét, đồng thời phải tạo điều kiện thuận lợi cho công tác kiểm tra và xử lý

sự cố, tiện lợi cho việc diệt trừ vi sinh vật và côn trùng

- Phải có hệ thống trang bị để sơ chế trước khi nhập kho hoặc xử lý các sự

cố không bình thường xảy ra trong kho như: thiết bị làm sạch, sấy, thông gió, đặc biệt là phải có các phương tiện vận chuyển để cơ khí hóa việc bốc dỡ xuất,nhập kho

- Có hệ thống đảm bảo an toàn về điện và hỏa hoạn

1.2.3 Phân loại kho

1.2.3.1 Kho cơ giới

- Kho cơ giới không có thiết bị sơ chế, dùng để bảo quản hạt Trong kho

có trang bị một gầu tải và hai băng tải để cơ khí hóa việc xuất nhập kho, mộtquạt cao áp để thông gió cưỡng bức khi khối hạt trong kho bị bốc nóng

Hạt được gầu tải đưa từ dưới lên rót vào băng tải đặt trên nóc, chạy suốtchiều dài kho Trên từng đoạn băng tải có thiết bị gạt hạt xuống từng ô kho một.Hạt được lấy ra dưới đáy nghiêng cũng bằng băng tải chạy dọc kho

Khối hạt trong kho được thông gió cưỡng bức khi cần thiết bằng một hệthống ống thổi không khí đặt trên mặt nền, theo chiều ngang Ống phân phối làmbằng thép, có lỗ về phía trên Trên miệng lỗ đặt tấm chắn để không khí đi ra haibên và hạt không rơi vào ống Không khí được nén và thổi vào hệ thống đườngống bằng quạt cao áp

- Kho cơ giới có thiết bị sơ chế Thiết bị sơ chế ở đây gồm có lò sấy, sàngtách tạp chất và một số thiết bị khác để thực hiện việc bốc dỡ, vận chuyển, xuấtnhập kho hoặc xử lý những biến cố bất lợi như bốc nóng, côn trùng phát triểnnhanh Loại kho này có thể hoàn thành tất cả các quá trình cần thiết trong quátrình bảo quản

1.2.3.2 Kho xi lô

Kho xi lô thường được dùng để bảo quản hạt Cấu tạo kho gồm có một sốống hình trụ (xi lô) cao khoảng 30 ÷ 35m, làm bằng kim loại hoặc bê tông cốtthép, đáy có dạng hình chóp Hạt được đưa lên cao bằng gầu tải và đi tới các xi

lô bằng băng tải, lấy hạt ra ở đây và vận chuyển đi bằng băng tải khác

Trên từng đoạn ống, theo chiều cao có các ống dẫn không khí thổi vào hạt

để điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm của hạt Việc theo dõi nhiệt độ ở kho được thựchiện tự động hóa bằng cách cắm các nhiệt kế, nhiệt kế đo từ xa vào giữa các xi

lô ở nhiều độ cao khác nhau, thường 5 ÷ 7 m đặt một chiếc

Hiện nay, phần lớn các kho xi lô được giải quyết tự động hoàn toàn.Trong kho được trang bị các quạt thông gió, lò sấy, hệ thống vận chuyển xuấtnhập kho và đảo hạt, Hệ thống này liên quan mật thiết với các dữ kiện và cácthông số mà con người đã lập sẵn theo chương trình như: nhiệt độ và độ ẩm hạt,nhiệt độ và độ ẩm không khí xung quanh Nhờ thiết bị điện tử và hệ thống máytính chương trình làm việc của kho này tự động hóa hoàn toàn Dung lượng kho

là 20000 tấn chỉ cần 1 ÷ 2 người làm việc và bảo vệ kho

Kho xi lô vốn đầu tư xây dựng cao nhưng hiệu quả kinh tế lại rất lớn dogiảm được hư hỏng sản phẩm và giảm chi phí lao động

1.3 Kỹ thuật bảo quản thóc

1.3.1 Kho bảo quản và các vật tư, thiết bị

1.3.1.1 Kho bảo quản:

Thóc bảo quản đổ rời trong điều kiện áp suất thấp có thể triển khai trongtất cả các loại hình kho hiện có của hệ thống kho dự trữ (kho cuốn, kho A1, khotiệp )

Kho dùng bảo quản thóc phải đảm bảo các điều kiện sau:

- Nền kho cao ráo, trần tường không bị thấm dột, nước mưa không hắt vàotrong kho

- Mặt nền kho và tường trong của kho đảm bảo phẳng, nhẵn, không bịngưng tụ ẩm

- Đảm bảo thoáng khí đồng thời giữ được kín khi thời tiết diễn biến bấtlợi

- Ngăn ngừa được sự lây nhiễm hoặc xâm nhập của côn trùng, chim,chuột gây hại

- Ống hút khí: Dùng để chuyển dòng khí trong khối thóc ra ngoài Ốnghút khí thường làm từ ống nhựa PVC cứng; một đầu ống nối với ống dẫn khíbằng cút thu, phần ống bên ngoài lô thóc tạo thành cửa hút khí dài khoảng 30 cm

có gắn van khóa khí cách cửa hút từ 10 cm đến 15 cm Cửa hút khí có đườngkính phù hợp đảm bảo độ kín khít khi nối với thiết bị hút khí Tùy theo kíchthước kho và khối lượng thóc chứa có thể bố trí một hoặc hai cửa hút khí chomột lô thóc

Hệ thống ống dẫn, hút khí đảm bảo không bị gãy, bẹp và biến dạng dướitác động của quá trình nhập, xuất, bảo quản; dễ gia công (cắt, khoan lỗ, ghépnối )

1.3.2 Quy trình bảo quản

1.3.2.1 Bố trí lắp đặt ống dẫn khí và ống hút khí

Tuỳ thuộc vị trí đặt các ống hút khí và các ống dẫn khí, có thể lắp đặttrước khi đổ thóc hoặc sau khi thóc được đổ tới độ cao đã định rồi lắp đặt

- Các ống dẫn khí và ống hút khí có thể lắp đặt trong phạm vi 1/3 chiềucao phía dưới lô thóc Số lượng ống dẫn khí và ống hút khí tuỳ thuộc vào kíchthước loại hình kho tương ứng với khối lượng thóc nhập

Có 2 kiểu đặt ống dẫn khí: Kiểu song song và kiểu xương cá

+ Kiểu song song: Các ống dẫn khí được đặt song song với tường khohướng ra phía cửa Độ dài mỗi ống nhỏ hơn chiều dài lô thóc 2 m (cách tường

mỗi đầu 1 m) Ống hút khí đặt cách tường bên từ 1 m đến 1,5 m, các ống cáchnhau khoảng 3 m.

+ Kiểu xương cá (ít phổ biến hơn): Yêu cầu các ống được lắp đặt phân bổtương đối đều theo mặt phẳng ngang

- Lắp đặt ống hút, tạo cửa hút khí: Ống hút khí được nối thông với ốngdẫn khí bằng cút thu Lắp van khóa khí vào phần ống hút ở phần ngoài lô cáchcửa hút từ 10 cm đến 15 cm Các lô thóc có tích lượng từ 200 tấn trở lên có thể

bố trí hai cửa hút khí để tiện cho việc hút khí giải phóng nhiệt, ẩm ra khỏi lôthóc trong quá trình bảo quản

Mô hình hệ thống ống dẫn, hút khí trong các kho

Hình 1.1 Mô hình kiểu song song một cửa hút khí

Hình 1 2 Mô hình kiểu song song 2 cửa hút khí

Hình 1.3 Mô hình kiểu xương cá dùng cho các loại kho

1.3.2.2 Hút khí trong quá trình bảo quản

- Ba tháng đầu bảo quản: Hút khí lô thóc đạt chênh lệch cột nước trên áp

kế là 100 mm và thường xuyên duy trì áp suất âm trong lô thóc tối thiểu là 10

mm cột nước (tương đương áp suất âm 100 Pa)

- Từ tháng thứ tư đến tháng thứ chín: Khi mực nước trở về thăng bằng thìsau 3 ngày hút lại một lần tới áp suất âm 1000 Pa

- Các tháng tiếp theo: Khi mực nước trở về thăng bằng thì cứ sau 7 ngàytiếp tục hút lại một lần như trên

1.3.2.3 Diệt trùng thóc bảo quản trong điều kiện áp suất thấp

Trong cả chu kỳ bảo quản (khoảng thời gian từ lúc nhập tới lúc xuất kho):Tối đa chỉ tiến hành một lần biện pháp phòng ngừa, trừ diệt sâu mọt hại bằnghóa chất Tùy thuộc khả năng, mức độ phát sinh phát triển của sâu hại để lựachọn loại hóa chất, thời điểm xử lý phù hợp:

- Hoặc sử dụng dạng thuốc tiếp xúc phun trộn cho khối hạt từ thời điểmnhập kho đến trước khi phủ kín lô thóc;

- Hoặc xử lý bằng thuốc Bảo vệ thực vật dạng xông hơi khi phát hiện cósâu mọt phát triển trong quá trình bảo quản Xử lý bằng xông hơi phải đảm bảothời gian ủ thuốc ít nhất 5 ngày Danh mục thuốc và liều lượng sử dụng theo quyđịnh

- Hàng tháng theo dõi, ghi chép các chỉ số nhiệt độ, độ ẩm không khí bênngoài và trong lô thóc; trước mỗi lần hút khí ghi chép mức độ chênh lệch cộtnước

- Hàng quý lấy mẫu và phân tích đánh giá chất lượng thóc theo các chỉtiêu: Cảm quan, độ ẩm, tỷ lệ hạt vàng Riêng tỷ lệ xay xát, chất lượng nấunướng, chỉ tiêu dinh dưỡng thực hiện trong trường hợp cần thiết theo yêu cầu

Ba tháng đầu, mỗi tháng lấy mẫu xác định độ ẩm một lần

- Xử lý chống đọng sương, chống mốc trong quá trình bảo quản: Đềphòng nhiệt độ môi trường xuống thấp đột ngột, trước khi có gió lạnh tiến hànhđóng kín các cửa kho (cửa thông gió và cửa ra vào), tìm các biện pháp làm tăngnhiệt độ trong ngăn kho đồng thời tăng cường hút khí nóng, ẩm từ trong khốithóc ra ngoài Trường hợp phát hiện lô thóc có hiện tượng bốc nóng điểm, tạicác điểm lấy mẫu tuơng ứng trên bề mặt lô thóc cắm các ống hút khí và nối vớimáy hút khí, tăng cường hút khí Thường xuyên kiểm tra, kịp thời xử lý không

để trình trạng đọng sương kéo dài gây men mốc Trường hợp thóc có hiện tượng

bị mốc, phải chuyển ngay số thóc mốc ra ngoài xử lý đồng thời áp dụng các biệnpháp kỹ thuật để đưa khối thóc về trạng thái an toàn

1.3.2.4 Điều kiện nhiệt độ, độ ẩm trong bảo quản thóc

Lúa mới gặt độ ẩm thường là 25- 27% Phơi trong nắng nhẹ để rút độ ẩmcòn 18% trong nắng thứ nhất, sang nắng thứ hai còn 12% là đạt.

Nên phơi trong nắng nhẹ Trong trường hợp nắng gắt thì phải có nhữngbiện pháp để làm giảm nhiệt độ sân phơi Chẳng hạn như phơi ở sàn đất có trảilưới cước thay vì sàn gạch, xi măng Vì hạt có thể bị chết khi nhiệt độ lên đến42- 45 độ C

Khi lúa đạt độ ẩm 12% thì không vô bao liền mà để nguội ít nhất là 6 giờ.Trong các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt giống, ẩm độ hạt và nhiệt độkhông khí là quan trọng nhất Hạt càng khô, nhiệt độ không khí càng mát thì tuổithọ giống càng cao

Bảo quản số lượng ít ở nông hộ: Có thể bảo quản trong lu, hạt, cót, baohoặc thùng tôn có nắp đậy Lúa phải thật khô 12- 13% ẩm độ Định kỳ nắng ráođem ra phơi lại

Kiểm tra định kì 15 ngày/lần Độ ẩm dưới 14%, nhiệt độ<35o C, mật độcôn trùng 10 đến 20 con/kg Kiểm tra nhiệt độ: cắn hạt giòn, đanh, cảm giác bàntay lúa lạo xạo => Độ ẩm <14%

Kết luận chương 1, từ những nội dung trình bày trên chúng tôi đi đến việcchọn thiết kế hệ thống gồm yêu cầu sau: Thiết kế hệ thống kiểm soát nhiệt độtrong kho chứa thóc không vượt quá 35o C, độ ẩm < 14%

Chương 2 Cơ sở hệ thống giám sát và điều khiển 2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống

Hình 2.1 Mô hình phân cấp của hệ thống thông tin công nghiệp

Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống thông tin côngnghiệp, người ta dựa vào mô hình phân cấp cho các công ty, xí nghiệp sản xuất.Với loại mô hình này, các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau, như

Ở các cấp dưới, các chức năng mang tính cơ bản và đòi hỏi yêu cầu cao

về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên được thực hiệndựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanhnhư ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi xử lý lại lớn hơnnhiều Có thể coi đây là một mô hình phân cấp chức năng cho cả hệ thống tựđộng hóa nói chung cũng như hệ thống truyền thông công nhiệp nói riêng củamột công ty

Thiết bị và chức năng của từng cấp bao gồm:Cấp chấp hành: Bao gồm các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành, cácthiết bị trường thông minh Có chức năng cảm nhận đối tượng đo chuyển đổichúng thành đại lượng điện hoặc mạng thông tin về điện rồi gửi lên cấp điềukhiển, đồng thời thực hiện việc điều khiển từ cấp trên truyền xuống Việc kết nối

các thiết bị ở cấp này với nhau và với các thiết bị ở cấp điều khiển được thựchiện nhờ hệ thống Bus trường hoặc kết nối trực tiếp theo các tiêu chuẩn về dònghoặc áp đã được quy định.

Cấp điều khiển: Bao gồm các máy tính điều khiển (CPU, IP, PLC), cácModule vào ra Thực hiện việc ghép nối trạm vận hành với dây chuyền côngnghệ thông qua các Module cấp nguồn Module xử lý tín hiệu Các Moduleđiều khiển được đặt riêng rẽ có khả năng thực hiện các chức năng thu nhập sốliệu, điều khiển dây truyền thông qua các ghép nối vào ra Ngoài ra còn thựchiện chức năng điều khiển cơ sở, điểu khiển logic, tổng hợp dữ liệu, bảo vệ thiết

Cấp điều khiển và giám sát: (điều khiển quá trình)

- Trạm thiết kế kỹ thuật (EWS Engineering WorkStation): Thực hiện cácchức năng như thiết kế, định nghĩa các thiết bị kết nối trong hệ thống EWSthực hiện được chức năng phân vùng quản lí hệ thống Máy tính thực hiện chứcnăng của EWS có thể dùng chung với trạm vận hành có thể dùng riêng EWS cóthể là máy tính công nghiệp hoặc là máy tính thông thường được cài đặt cácphần mềm chuyên dụng phục vụ cho hệ thống quản lí Thực chất khi cần mởrộng công nghệ thì trạm EWS chính là công cụ đắc lực để thực hiện

- Trạm vận hành (OS- Operating Station): Thực hiện chức năng giao diệnngười máy (HMI- Human Interface Station), bao gồm các máy tính cá nhân(PC), màn hình chuyên dụng có khả năng hiển thị các thông tin của hệ thống

- Điều khiển giám sát (Supervisory Control), vận hành và giám sát quátrình (Operating and Monitoring) Người vận hành có thể điều chỉnh các thông

số của hệ thống, giám sát các hoạt động về công nghệ …

- Tối ưu hoá quá trình (Process Optimization) về mặt chất lượng, nănglượng tiêu thụ

- Xử lí các sự kiện sự cố (Event and Alarm Horling)

- Chuẩn đoán quá trình (Process Diagnosis).

- Bảo toàn hệ thống (System Safety).Cấp quản lí: Cấp quản lí bao gồm quản lí kỹ thuật và quản lí kinh tế Cấpnày bao gồm các máy tính công ty được nối mạng với nhau Hệ thống này có thểnối với máy tính ở xa theo mạng Internet

Chức năng của quản lí kỹ thuật: Quản lí tình trạng hoạt động của các thiết

bị trong hệ thống, kịp thời đưa ra các cảnh báo giúp người quản lí hệ thống

Chức năng của quản lí kinh tế: Theo dõi đánh giá kết quả sản xuất Lập

kế hoạch sản xuất dựa vào tình trạng thiết bị Tính toán tối ưu hoá sản xuất Tínhtoán giá thành lãi suất…

2.2 Các chế độ truyền dẫn

2.2.1 Truyền dẫn song song và truyền dẫn nối tiếp

2.2.1.1 Truyền song song

Là truyền đồng thời một nhóm bít trên đường truyền Phương pháp truyềnnày được dùng phổ biến trong các hệ thống Bus bên trong máy tính, truyền sốliệu giữa máy tính và máy in, truyền số liệu giữa các thiết bị công nghiệp… Ưuđiểm của phương pháp truyền này là tốc độ truyền nhanh nhưng nhược điểm làđối với các đường truyền dài thì chi phí cho đường dây là quá đắt, không thíchhợp với các đường truyền xa

Mô tả về truyền song song được trình bày trên hình 2.2

Hình 2.2 Truyền song song có bắt tay

2.2.1.2 Truyền nối tiếp

Trong phương pháp truyền này các bit được truyền đi tuần tự nối tiếpnhau, ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm dây dẫn đặc biệt khi thực hiệnviệc truyền thông trên khoảng cách xa, đây là phương pháp truyền chủ yếu được

áp dụng trong các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện nay Nhược điểm củaphương pháp này là dung lượng truyền bị hạn chế

Hình 2.3 Truyền số liệu nối tiếp

2.2.2 Truyền đồng bộ và truyền không đồng bộ

2.2.2.1 Truyền đồng bộ

Trong chế độ truyền đồng bộ các trạm thu phát tín hiệu hoạt động chungnhịp Clock, ưu điểm của phương pháp này là tốc độ nhanh.

Các vấn đề đồng bộ trong hệ thống truyền số liệu:

Các trạm phát, thu truyền tin qua một môi trường và chúng thường ở xanhau Bên phát và bên thu đều có một tín hiệu giữ nhịp (clock) Mỗi tín hiệunhịp được tạo ra nhờ một bộ dao động riêng, từ tín hiệu nhịp, người ta tạo ra tất

cả các tín hiệu giữ nhịp cho mọi hoạt động của bên phát và bên thu Tức là nhịpđưa tín hiệu ra và nhịp đưa tín hiệu vào được quyết định bởi các xung nhịp này.Nếu tần số làm việc của hai nhịp khác nhau (fT ≠ fR), khi đó thông tin phía nhận

sẽ khác thông tin phía thu, vậy phải có fT = fR Theo nguyên lý tín hiệu số, điểmlấy mẫu tín hiệu phải nằm giữa độ rộng của xung nhận được Nếu khác pha thì

dù cùng tần số cũng làm cho điểm lấy mẫu tín hiệu bị dịch chuyển dẫn đến sai

số Vậy yêu cầu 2 clock phải cùng tần số và cùng pha (fT = fR , PT = PR )

Nếu đảm bảo được điều này ta nói đã đồng bộ được dao động chủ của bênphát và bên thu Ở phía bên thu phải nhận biết được các sự kiện về việc xuấthiện/kết thúc một bản tin, một đoạn tin và một tin (đồng bộ sự kiện)

Hai bộ tạo sóng chủ không đồng bộ với nhau là do: mọi bộ dao động đều

có độ ổn định với tần số xác định, độ ổn định này phụ thuộc vào rất nhiềunguyên nhân khác nhau mà chủ yếu là sự thay đổi của môi trường Người tathống kê nếu dùng bộ dao động RC thì độ ổn định không vợt quá 10-3, nếu dùng

bộ dao động thạch anh thì độ ổn định không vượt quá 10-6 còn nếu sử dụng hốccộng hưởng hạt nhân thì độ ổn định không thể vượt quá 10-12 rõ ràng không thể

có hai bộ dao động có tần số bằng nhau trong thời gian đủ lớn

Sai lệch về tần số luôn dẫn đến sự sai lệch về pha Thực tế đặc tính củađường truyền luôn thay đổi theo thời gian và theo môi trường bên ngoài, do đópha của sóng truyền đến bên thu là luôn thay đổi Người ta gọi hiện tượng này làhiện tượng rung pha của sóng tới Sóng tới thì pha rung còn ở phía thu thì ta cốlàm cho pha cố định hoặc nếu có rung thì cũng khác sự rung pha sóng tới Do đóluôn luôn có sự sai pha

Tín hiệu đến máy thu có thể có cả giá trị 0, có thể có cả giá trị 1, cho nênphía máy thu không thể biết được khi nào có một sự kiện nếu như không có quyđịnh cụ thể về sự kiện đến máy thu.

Thực tế trong mọi giao thức truyền đầy có các quy định hết sức chặt chẽ

về sự kiện, việc đồng bộ sư kiện được giải quyết bằng các giao thức Tuy nhiêncòn có vấn đề là nếu như ta không nhận được các tín hiệu đồng bộ sự kiện taphải giải quyết ở khâu nhận bit cho đúng mà không phải giải quyết đồng bộ ở

ví dụ truyền 8 bit phải thêm 1 bit đặc biệt)

Cách phối hợp thứ 2 là phối hợp thống kê hay dồn kênh thống kê, trongphương pháp này người ta không coi kênh vào là có cùng quyền chiếm kênh ranhư nhau mà kênh có tần số cao sẽ chiếm nhiều lát thời gian hơn, các vấn đề nảysinh là phải nhận dạng kênh có tần số cao hơn Thường ta hay giải quyết bằngmột cơ chế quản lý FIFO Mỗi kênh vào dùng một bộ nhớ đệm mà khi bộ nhớđệm đã đầy ta thêm khe cho nó, ở phía thu không phải cứ khe thứ nhất là củakênh thứ nhất, do vậy ta không biết khe thời gian nào của kênh nào để tách ra,nếu gửi thêm số kênh vào cùng với tin sẽ rất cồng kềnh, trong trường hợp nàyngười ta sử dụng kênh riêng để giải quyết vấn đề này

Vấn đề lọt thông tin: Do bộ nhớ đệm đầy quá, hoặc không chứa thông tintrong nó, vấn đế lọt qua không xẩy ra ở những hệ làm việc vào và tốc độ ra làluôn cố định Lọt qua sẽ xẩy ra ở những hệ làm việc không trong thời gian thực

và việc xuất hiện những cuộc truyền tin là hoàn toàn ngẫu nhiên Để giải quyếtvấn đề lọt qua người ta buộc phải làm một số phép toán thống kê về tần suất

xuất hiện các cuộc truyền tin, dung lượng của mỗi cuộc truyền tin, từ đó tínhtoán ra dung lượng bộ nhớ đệm sao cho sự lọt qua có thể chấp nhận được với

- Truyền xung đồng bộ đến máy thuTuy đường truyền tin và đường truyền đồng bộ là riêng biệt, nhưng vớicác đường truyền tin tốc độ cao vẫn có sự rung pha Đối với đường truyền tin xa

là rất tốn kém Phương án đồng bộ được thực hiện bằng cách từ clock phía phát,đưa đến một mạch đặc biệt và trộn vào đường truyền tín hiệu Người ta chỉtruyền vết của xung đồng bộ chứ không phải truyền toàn bộ xung nhịp Có mạchhồi phục xung đồng bộ Phương án này vẫn có sai số của bộ trộn và bộ phục hồinhưng giá rẻ đi nhiều và ta vẫn đạt được độ chính xác nhất định

- Dùng các máy thu có khả năng bám tín hiệu đồng bộ.Trong dữ liệu truyền có những tín hiệu đồng bộ bởi những nhịp lặp lại củathông tin, trong dữ liệu chứa tín hiệu đồng bộ Máy thu chỉ cần chỉ cần tách ranhịp thông tin và điều kiển bộ dao động chủ của nó sao cho nhịp thông tin nóquyết định trùng với nhịp dữ liệu nhận được Lúc này có thể coi hai dao động làtrùng nhau Nguyên lý này được dùng hết sức phổ biến trong hệ thống truyền tinhiện nay, nhưng có nhược điểm là phải mất ít nhất 1, 2 nhịp bit ta mới bám đượcđồng bộ Việc bám đồng bộ này chỉ gần đúng, tách sai rồi sửa sai Nếu nhưđường truyền bị mất liên lạc do một lý do nào đó thì ta lại coi như bắt đầu lại từđầu Thường để đảm bảo độ tin cậy tốt trong truyền tin, ta thường kết hợp cácphương pháp đồng bộ với việc truyền gói hoặc truyền tin không đồng bộ

Trong nguyên lý bám đồng bộ thường dùng VCO - Voltage ControlerOscilator - Bộ dao động có thể điều khiển bằng điện áp Tần số của bộ dao động

có thể thay đổi khi thay đổi điện áp trên một cửa nào đó Cả mạch này gọi làPLL - Phase Lock Loop Từ hai nguyên lý trên - truyền số liệu sử dụng cácphương thức đồng bộ có tên sau đây:

Chế độ định thời phụ: Trong nguyên lý này không có đồng bộ, mỗi trạm

làm việc có chủ sóng riêng Nguyên lý VCO bao giờ cũng được thực hiện.Phương án này chỉ dùng cho những đường truyền có độ tin cậy thấp, thời gian

2.2.2.2 Truyền không đồng bộ

Trong chế độ truyền này các trạm thu phát không cùng nhịp Clock việcphát hiện ra nội dung dữ liệu được thực hiện thông qua các bit đánh dấu có trong

Ví dụ về định dạng khung dữ liệu với các bít Start và Stop

Hình 2.4 Định dạng khung truyền ở chế độ truyền không đồng bộ

2.2.3 Truyền đơn công, bán song công và truyền song công

2.2.3.1 Truyền dẫn đơn công (simplex)

Hình 2.5 Truyền dẫn đơn công

Trong chế độ truyền dẫn này tín hiệu truyền chỉ theo một hướng và khôngtruyền ngược lại

2.2.3.2 Truyền bán song công (half-duplex)

Hình 2.6 Truyền bán song công

Trong chế độ truyền này tín hiệu có thể được truyền theo hai chiều nhưngtại mỗi thời điểm chỉ được truyền theo một chiều nhất định Chẳng hạn tại thờiđiểm t1 nào đó thì trạm A được truyền tín hiệu tời trạm B và khi đó trạm Bkhông truyền được tới trạm A, chỉ khi việc truyền đến trạm B kết thúc thì trạm Bmới được truyền

2.2.3.3 Truyền song công (full-duplex)

Chế độ truyền này cho phép tín hiệu được truyền đồng thời theo hai chiều.Thích hợp với các hệ thống mạng đòi hỏi truyền thông tin với tốc độ cao

Hình 2.7 Truyền dẫn song công

2.3 Các phương pháp truy nhập đường truyền

2.3.2 Token Passing

Cấu trúc của một token như hình 2.9 trong đó DA là địa chỉ đích, SA là địa chỉ

nguồn Start là byte khởi đầu đánh dấu sự bắt đầu của khung token

Hình 2.9 Cấu trúc khung Token

Token Passing là 1 khung truyền có cấu trúc đặc biệt với các thông tin dữliệu chính, nó được sử dụng như thẻ bài có thể tác dụng trao quyền gửi thông tin

khi một trạm nào đó có được thẻ bào này Việc gửi thẻ bài được thực hiện theo 1chu trình định sẵn Đối với các mạng có cấu trúc khép kín người ta đưa ra kháiniệm Token ring.

Hình 2.10 Phương pháp truy cập Token Ring (IEEE8-2.4)

Trong các mạng có cấu trúc Bus, nếu ứng dụng phương pháp token người

ta gọi đó là Token bus, sơ đồ nguyên lý của phương pháp truy cập này đượctrình bày trên hình 2.11

Hình 2.11 Phương pháp truy nhập Token bus(IEEE802.5)

Một trạm đang giữ Token không những có quyền giữ thông tin đi mà còn

có thể kiểm soát thông tin của các trạm khác Nếu thấy trạm chuẩn bị nhậnToken bị lỗi nó sẽ không giữ Token cho trạm này, hoặc nếu token không đượcgửi (có nghĩa là trạm token bị lỗi) thì 1 trạm nào đó sẽ tự tạo ra token để đảmbảo hoạt động của hệ thống là thông suốt

2.3.3 CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

Trong phương pháp này, các trạm đều được truy nhập đường truyền màkhông có 1 sự kiểm soát nào Nguyên tắc hoạt động được mô tả như sau:

- Mỗi trạm đều cảm nhận đường truyền (carier sense), chỉ khi đườngtruyền rỗi thì mới được truyền thông tin trên đó

- Do độ trễ của sự lan truyền mà vẫn xảy ra trường hợp lặp 2 hay nhiềutrạm cùng đưa thông tin lên đường truyền (hình 2.12) và khi phát các trạm nàyvẫn phải cảm nhận xem có xảy ra xung đột không (Collision Detection)

Hình 2.12 Nhiều trạm cùng gửi thông tin lên Bus

- Khi hai hay hiều trạm nhận cùng đưa thông tin lên đường truyền (tứcxung đột xảy ra) thì các trạm này đều phải huỷ bỏ bản tin gửi của mình

Hình 2.13 Các thông báo bị huỷ bỏ

- Chờ trong thời gian ngẫu nhiên các trạm này sẽ gửi lại thông báo

Hình 2.14 Trạm n1 gửi thông báo

Thực tế việc phát hiện xung đột được thực hiện bằng cách so sánh tín hiệuphát và tín hiệu phản hồi Nếu nội dung phát và nội dụng nhận được là khácnhau trong trường hợp này xung đột đã xảy ra, các trạm này lập tức ngừng phát,

và các trạm nhận thì không nhận được byte kết thúc của khung truyền nên coi

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và linh hoạt nhưng không phùhợp với các hệ thống mạng cấp thấp do tính không ổn định về thời gian đáp ứng

Phương pháp này được ứng dụng trong mạng Ethernet IEEE 802.3

2.3.4 CSMA/ CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance)

Phương pháp này cũng giống phương pháp CSMA/CD, nhưng chúng sửdụng phương pháp mã hoá bit thích hợp để khi xảy ra xung đột 1 tín hiệu này sẽlấn át tín hiệu kiểm tra Chẳng hạn:

Hình 2.15 Nguyên lí của CSMA/CA

Phương pháp này ra đời đã cải thiện được tính năng thời gian thực củaphương pháp CSMA/CD

2.4 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu

2.4.1 Truyền dẫn không cân bằng (Unbalanced)

Trong truyền số liệu theo phương thức không cân bằng, tín hiệu truyềndạng áp trên một dây, tín hiệu áp trên dây này được so sánh với đất để thể hiệntrạng thái logic (0 và 1) Việc truyền tín hiệu trên "n" kênh sẽ cần "n" dây tínhiệu và thêm một dây đất chung

Hình 2.16 Truyền tín hiệu không cân bằng

Phương thức truyền số liệu này khiến cho khả năng chống nhiễu kém dotín hiệu truyền so sánh với đất, có nhiều nguyên nhân gây ra nhiễu như: sựchênh lệch điện áp đất so với các tín hiệu truyền trên các kênh khác nhau, do tácđộng của môi trường xung quanh nhiễu xuyên kim

2.4.2 Truyền dẫn cân bằng (Balanced)

Truyền số liệu theo phương thức cân bằng: Đây là kiểu truyền tín hiệu visai, sự sai khác tín hiệu giữa hai dây dẫn (trên một kênh truyền) sẽ biểu diễntrạng thái logic (0 và 1) Khi có sự tác động của nhiễu đến kênh truyền này thì

nó tác động đến đồng thời hai dây của kênh truyền và như vậy nhiễu sẽ bị triệttiêu dẫn đến số liệu truyền trong hệ thống không bị sai lệch Chính vì khả năng

chống nhiễu tốt mà phương thức truyền số liệu này được ứng dụng trong các hệthống truyền tin với khoảng cách lớn và tốc độ cao.

Hình 2.17 Truyền tín hiệu cân bằng

2.4.3 Vấn đề trở đầu cuối

Vấn đề phối hợp trở kháng trên đường dây truyền thông là vô cùng quantrọng Một tín hiệu truyền tín hiệu từ bên phát đến bên thu nói chung sẽ phản xạlại, tín hiệu phản xạ này lại gặp các tín hiệu truyền tới, các tín hiệu này có thểđược cộng thêm vào hoặc triệt tiêu đi như thế sẽ làm sai lệch tín hiệu truyền trênđường dây thông tin Chính vì vậy việc phối hợp trở kháng để tạo ra đường dâydài vô hạn sẽ giải quyết tốt vấn đề này

2.5 Các chuẩn thông tin nối tiếp

2.5.1 Chuẩn truyền tin RS232

- Ra đời vào năm 1969 bởi hiệp hội EIA và Bell Laboratory

- Được dùng chủ yếu trong các giao tiếp điểm - điểm giữa các DTE/DCE(Data Terminal Equipment/Data Communication Equipment) (Các thiết bị đầucuối DTE có thể là máy tính, PLC, máy in Thiết bị truyền số liệu DCE có thể

Kết nối giữa DTE và DCE được thể hiện trên hình 2.18

Hình 2.18 Kết nối giữa DTE và DCE

- RS232 sử dụng phương thức truyền số liệu không đối xứng Điện áp daođộng trong khoảng -25V đến +25V Với thiết bị nhận quy định mức logic 1 ứngvới khoảng điện áp -25V đến -3V và mức logic "0" ứng với khoảng điện áp từ+3V đến +25V Khoảng điện áp từ -3V đến +3V không được định nghĩa, đây làkhoảng chuyển tiếp giữa các mức logic Biểu diễn các mức điện áp tương ứngvới các mức logic được trình bày trên hình 2.19

Hình 2.19 Biểu diễn các mức logic trong RS232

Một số thông số chính của RS232:

- Khoảng cách truyền cho phép 15m

- RS232 làm việc ở chế độ truyền song công(full-duplex)

- Tốc độ dữ liệu cực đại khoảng 20 Kb/s

- Chế độ truyền không đồng bộ

Hầu hết dữ liệu truyền trong RS232 là mã ASCII mặc dù đây không phải

là loại mã chuẩn

Bảng 2.1 Định nghĩa các chân tín hiệu của RS232

Kết nối RS232 không có bắt tay được trình bày trên hình 2.20

Hình 2.20 Kết nối ở cổng RS232 không có phần cứng bắt tay

Ngoài ra có thể thực hiện bắt tay dùng phần mềm và chúng được chỉ ratrên hình 2.21

Hình 2.21 Bắt tay bằng phần mềm sử dụng X-ON và X-OFF

Để bắt tay đầy đủ bằng dữ liệu giữa hai nút, các đường dẫn RTS và CTSđược bắt tay (tương tự như các đường dẫn DTR và DSR) Cách đấu nối này baogồm cả các trường hợp các nút ở rất xa nhau

Hình 2.22 Các đường dẫn bắt tay được sử dụng khi truyền dữ liệu