Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệtự động thiết kế để chế tạo các chip thông minh cho đo lường và điều khiển

Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo các chip thông minh cho đo lường và điều khiển

BKH & CN Viện CNTT VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” Chủ nhiệm đề tài: KS Phan Minh Tân 5868 08/6/2006 Hà Nội, 12-2005 Bản quyền 2005 thuộc Viện Cơng nghệ thơng tin VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” Chủ nhiệm đề tài: KS Phan Minh Tân Hà Nội, 12-2005 Bản quyền 2005 thuộc Viện Công nghệ thơng tin Danh sách người thực A B Chủ nhiệm đề tài KS Phan Minh Tân Viện Công nghệ Thông tin Cán tham gia nghiên cứu PGS TSKH Phạm Thượng Cát Viện Công nghệ Thông tin ThS Trần Việt Phong Viện Công nghệ thông tin ThS Phạm Ngọc Minh Viện Công nghệ Thông tin KS Bùi Thị Thanh Quyên Viện Công nghệ Thông tin KS Phan Cao Hiệp Công ty Điện tử Bình Hồ KS Nguyễn Đức Thắng Viện Công nghệ Thông tin TS Nguyễn Ngọc Khoa Viện kỹ thuật Phịng khơng khơng qn ThS Vũ Sĩ Thắng Viện Công nghệ Thông tin 10 KS Chu Ngọc Liêm Viện Công nghệ Thông tin 11 KS Nguyễn Văn Hà Viện kỹ thuật Phịng khơng khơng qn BÀI TÓM TẮT Đề tài KC03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” nhằm mục đích ứng dụng phát triển công nghệ tạo chip thông minh bao gồm lựa chọn công nghệ phù hợp, tiến hành nghiên cứu làm chủ, phát triển phương pháp khoa học ứng dụng vào sản phẩm đo điều khiển có sức cạnh tranh cao thay nhập ngọai Ngoài đề tài nhằm vào mục tiêu quảng bá, đào tạo chuyển giao công nghệ thiết kế để tạo chip đo lường điều khiển thông minh Việt nam Xuất phát từ mục tiêu nêu đề tài tiến hành nghiên cứu tổng quan, thu thập thông tin liệu từ nhiều nguồn (internet, hội nghị, hội thảo, báo cáo thống kê ) để lựa chọn công nghệ phù hợp Từ nhu cầu thực tế sản xuất đời sống nước ta đề tài lựa chọn sản phẩm có yêu cầu số lượng lớn để triển khai nghiên cứu phát triển chip đáp ứng tiêu kinh tế kỹ thuật cho nhu cầu Đề tài tiến hành nghiên cứu tài liệu, mẫu mã nước kết hợp với cải tiến mở rộng chức năng, tìm tịi sáng tạo để phát triển sản phẩm phù hợp với hoàn cảnh Việt nam có chất lượng giá cạnh tranh Đề tài sử dụng công cụ phần mềm thiết kế mạnh hỗ trợ phát triển để rút ngắn thời gian phát triển thử nghiệm tập trung sức lực trí tuệ cho sáng tạo Phương pháp nghiên cứu bao gồm nghiên cứu nguyên lý hoạt động sản phẩm phương pháp xử lý Thiết kế hệ thống bao gồm thiết kế hệ thống phần cứng, hệ thống phần mềm, kết cấu khí quy trình chế tạo sản phẩm mẫu Trong bước sử dụng chương trình CAD để thiết kế Các công nghệ cao tạo chip công nghệ tạo chip PSoC, công nghệ FPGA, mạng nhúng lập trình thời gian thực cán nghiên cứu đề tài sâu tìm hiểu làm chủ Các sản phẩm mẫu thử nghiệm hiệu chỉnh phịng thí nghiệm mang thử nghiệm, đánh giá chất lượng Hội đồng khoa học , quan kiểm chuẩn Nhà nước Các kết nghiên cứu thường xuyên thảo luận seminar công bố hội nghị khoa học nước Một số sản phẩm áp dụng vào thực tiễn qua hợp đồng kinh tế Các kết đề tài đạt bao gồm: • Cơng bố cơng trình nghiên cứu tạp chí hội nghị quốc gia • Nghiên cứu thiết kế chế tạo sản phẩm bao gồm: - Chip cho hệ thống điều khiển máy lạnh DKML-1 RM-1 - Chip cho hệ thống kiểm sóat xâm thực (Access Control) dùng thẻ RFID: PROX1 PROX1.1 - Chip cho module PC/104 có khả tái cấu hình - Bo điều khiển máy lạnh sử dụng chip DKML-1 - Bộ Remote controller sử dụng chip RM-1 - Hệ thống kiểm sóat xâm thực AC-200 dùng thẻ nhận dạng không dây RFID - Máy chấm công WT1000 dùng thẻ nhận dạng không dây RFID đầu cấp phát thẻ RFID - Module thu thập liệu đa DAS PC/104 có khả tái cấu hình - Module lọc α-β PC/104 có khả tái cấu hình - Thư viện chương trình mẫu thiết kế chip đo điều khiển thông minh sử dụng công nghệ PSoC - Đào tạo nhiều cán nghiên cứu tiếp nhận công nghệ tạo chip PSoC nhiều sinh viên làm đồ án tốt nghiệp Đề tài hoàn thành sản phẩm theo yêu cầu Hợp đồng ký kết với Ban chủ nhiệm chương trình Tự Động Hóa KC-03 Bộ Khoa học Công nghệ Các điểm bật đề tài tóm tắt sau: - Đề tài trì truyền thống Viện CNTT ln tắt, đón đầu đưa cơng nghệ lĩnh vực đo lường điều khiển vào Việt Nam: giai đoạn 1991-1995- Công nghệ PLC; giai đoạn 19962000- Công nghệ PC/104 2001-2005- Công nghệ tạo chip PSoC Một số sản phẩm đề tài tạo dấu ấn như: Hệ thống kiểm sóat xâm thực AC-200 dùng thẻ RFID đọat cúp vàng Techmart2005 giải thưởng CNTT 2005 cầu vàng Các sản phẩm dùng thẻ RFID đề tài AC-200 WT1000 nhiều công ty nước xin nhận làm đại lý phân phối chế tạo hàng lọat thay cho số sản phẩm phải nhập ngọai Sản phẩm module thu thập liệu đa DAS PC/104 module thu thập liệu PC/104 giới có khả tái cấu hình Đây kết chứng tỏ khả nghiên cứu phát triển sản phẩm công nghệ cao cán tham gia đề tài - Trong sản phẩm đề tài chứa đựng ý tưởng giải pháp kết hợp với cơng nghệ cao tạo sản phẩm có hàm lượng chất xám giá trị gia tăng - Trong q trình triển khai, đề tài khơng ngừng quảng bá giải pháp công nghệ áp dụng qua seminar, hội nghị, tạp chí tạo nên địa tin cậy cho đồng nghiệp tiếp cận thông tin công nghệ - Đề tài ký hợp đồng trị giá 220 triệu có nhiều khả hợp tác đưa công nghệ tạo chip thông minh PSoC vào sản phẩm khác Việt nam MỤC LỤC - Trang nhan đề - Danh sách cán tham gia đề tài - Bài tóm tắt - Mục lục PHẦN CHÍNH BÁO CÁO Lời mở đầu Nội dung báo cáo 12 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước nước 12 2.2 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 17 2.3 Những nội dung thực 19 2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 19 2.3.2 Nghiên cứu thiết kế chế tạo sản phẩm 20 2.3.2.1 Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển 20 máy lạnh a Chip DKML-1 20 b Bo điều khiển máy lạnh cục 12000 BTU 18000 22 BTU c Phần mềm 24 d Thiết kế chế tạo điều khiển xa hồng ngoại 36 2.3.2.2 Hệ thống kiểm sóat xâm thực (Access Control) sử 42 dụng thẻ nhận dạng không dây RFID a Chip PROX-1 43 b Bộ điều khiển AC-200-C dùng thẻ RFID 45 c Chương trình Quản lý mã thẻ PC AC200_SW 51 d Hệ thống chấm công sử dụng thẻ RFID 58 e Hệ thống cấp phát thẻ RFID 59 2.3.2.3 Module thu thập liệu đa PC/104 có khả 60 tái cấu hình a Cơ sở lý thuyết nguyên lý thiết kế, chế tạo 61 b Các cấu hình lựa chọn 64 2.3.2.4 Module lọc α-β PC/104 có khả tái cấu hình a Thiết kế Module lọc α-β PC/104 có khả tái cấu 71 72 hình b Các cấu hình lựa chọn 2.3.3 Thư viện chương trình mẫu thiết kế chip đo điều 75 82 khiển thông minh sử dụng công nghệ PSoC 2.4 Đánh giá kết thu 94 Kết luận kiến nghị 95 Lời cảm ơn 96 PHẦN CHÍNH BÁO CÁO LỜI MỞ ĐẦU Đề tài KC03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” thuộc chương trình cấp Nhà nước “Nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ Tự động hóa ” KC-03 KS Phan Minh Tân Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam làm quan chủ trì Đề tài thực vòng 24 tháng, từ tháng 1/2004 đến tháng 12/2005 Mục tiêu đề tài nhằm ứng dụng phát triển công nghệ chế tạo chip thông minh cho lĩnh vực đo lường điều khiển Việt Nam bao gồm lựa chọn công nghệ phù hợp, tiến hành nghiên cứu làm chủ, phát triển phương pháp khoa học ứng dụng công nghệ tạo chip thông minh vào sản phẩm đo điều khiển có sức cạnh tranh cao thay nhập ngọai Ngồi đề tài cịn nhằm vào mục tiêu quảng bá, đào tạo chuyển giao công nghệ thiết kế để tạo chip đo lường điều khiển thông minh Việt nam Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: Nghiên cứu làm chủ công nghệ PSoC (Programmable System on chip) công cụ phần cứng phần mềm cho phát triển chip thông minh sở chip PSoC trắng bao gồm: • Hệ chương trình tự động thiết kế chip PSoC Designer 4.2 • Cơng cụ mơ mạch ICE (In Circuit Emulation) • Các cơng cụ tìm lỗi (Debugger) • Ngơn ngữ lập trình Assembler C PSoC • Các module ứng dụng (user module) IP (Intellectual Properties) cho thiết kế chip đo điều khiển Thiết kế chế tạo: - Chip điều khiển máy lạnh - Bo điều khiển máy lạnh sử dụng chip thiết kế - Chip cho điều khiển xa hồng ngoại máy lạnh - Bộ điều khiển xa hồng ngoại cho máy lạnh Và sử dụng sản phẩm cho lắp ráp máy lạnh 9-12000BTU, 18000BTU Nghiên cứu thiết kế chip cho đầu đọc nhận dạng thẻ tiếp cận RFID 125 KHz phát triển hệ thống tự động mở cửa kiểm soát vào quan dùng thẻ tiếp cận gồm: - đầu đọc thẻ - điều khiển cổng phối ghép PC - chương trình kiểm sốt quản lý nhân vào cổng chạy PC Xây dựng thư viện module chương trình mẫu cho thiết kế chip phục vụ cho đo lường điều khiển theo công nghệ PSoC Nghiên cứu thiết kế chế tạo card thu thập liệu PC/104 có khả tái cấu hình (Reconfigurable PC/104 Data Acquisition Card) với đặc tính sau: • Format theo chuẩn PC/104 • Có khả tự chọn ngoại vi ADC, DAC, Di, Do, Timer truyền liệu • Có khả tái cấu hình (Reconfigurable) • Kết hợp công nghệ FPGA với công nghệ PSoC Danh mục sản phẩm khoa học công nghệ cần đạt đề tài KC.03.20 TT TÊN SẢN PHẨM SỐ LƯỢN G CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT Các công trình, báo Thư viện chương trình mẫu cho thiết kế chip thông minh theo công nghệ PsoC Đưa phương pháp, thuật toán xử lý, ngun lý có tính cải tiến, sáng tạo mặt học thuật Các cơng trình nhận đăng tạp chí, hội nghị khoa học Bộ chương trình thư viện với tài liệu hướng dẫn sử dụng Chip DKML-1 20 Chip Remote RM-1 20 GHI CHÚ - CPU 24 MHz, bits, 16k FLASH - ADC - FLASH - DAC PWM - Phối ghép IrDA - Digital I/O - Bộ lọc tần số thấp - Chương trình điều khiển máy lạnh hội thoại với remote chế độ - CPU 24Mhz, 8K FLASH - Bộ phối ghép LCD - Bộ phối ghép IrDA - Chương trình điều khiển cho máy lạnh tương thích với chip DKML-1 - Bộ phối ghép phím ấn - Chế độ Wake-up Bo điều khiển máy lạnh sử dụng chip DKML-1 Bộ điều khiển từ xa cho máy lạnh sử dụng chip RM-1 Chip đọc thẻ PROX1 (Radio Frequency) đọc thẻ không tiếp xúc 20 Hệ thống kiểm soát xâm thực tự động mở cổng sử dụng chip đọc thẻ PROX1 Module DAS PC/104 Có khả tái cấu hình Thay bo điều khiển máy lạnh VBH-12L/VBH-12N phải nhập ngoại dây chuyền sản xuất Cơng ty Điện tử Bình hồ Thay điều khiển xa cho máy lạnh VBH-12L/VBH-12N phải nhập ngoại dây chuyền sản xuất Công ty Điện tử Bình hồ - Tần số mang vơ tuyến 125kHz - Biến điệu FSK - Chuẩn ISO-PROX - CPU - FLASH Mạch phối ghép nối tiếp UART - Đầu đọc thẻ Proximity dùng chip PROX - - Bộ điều khiển đóng mở cửa tự động kết nối PC - Chương trình quản lý kiểm sốt lưu trữ báo cáo chạy PC/Windows theo ngôn ngữ Việt Nam - Công nghệ FPGA PSoC - Cho phép lựa chọn ADC 8-14 BITS DAC 8-10 BITS TIMER 8-24 BITS COUNTER 8-24 BITS DIO 8-16 KÊNH Truyền thông UART, 12C, SPI, RS232 - Có khả tái cấu hình 10 ... kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển? ?? nhằm mục đích ứng dụng phát triển công nghệ tạo chip thông minh bao gồm lựa chọn công nghệ phù hợp, tiến hành nghiên cứu làm chủ, phát triển. .. • Các module ứng dụng (user module) IP (Intellectual Properties) cho thiết kế chip đo điều khiển Thiết kế chế tạo: - Chip điều khiển máy lạnh - Bo điều khiển máy lạnh sử dụng chip thiết kế - Chip. .. báo Nghiên cứu phát triển bo mạch điều khiển máy điều hòa nhiệt độ sử dụng công nghệ PSoC Nghiên cứu phát triển điều khiển từ xa hồng ngoại cho thiết bị gia dụng Công nghệ chế tạo chip chuyên dụng