Nghiên cứu thiết kế mặt lặp la bàn chỉ thị số tương thích chuẩn giao tiếp NMEA 0183

Nghiên cứu thiết kế mặt lặp la bàn chỉ thị số tương thích chuẩn giao tiếp NMEA 0183Nghiên cứu thiết kế mặt lặp la bàn chỉ thị số tương thích chuẩn giao tiếp NMEA 0183Nghiên cứu thiết kế mặt lặp la bàn chỉ thị số tương thích chuẩn giao tiếp NMEA 0183Nghiên cứu thiết kế mặt lặp la bàn chỉ thị số tương thích chuẩn giao tiếp NMEA 0183Nghiên cứu thiết kế mặt lặp la bàn chỉ thị số tương thích chuẩn giao tiếp NMEA 0183

LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp em nhận nhiều giúp đỡ , đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy , cô , bạn bè Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo : Ths Nguyễn Đình Thạch giới thiệu, cung cấp tài liệu tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em xin cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Hàng Hải Việt Nam thầy cô khoa Điện- Điện tử dạy dỗ em thời gian học tập trường giúp em có sở lý thuyết tạo điều kiện giúp đỡ em trình học tập Cuối em xin cảm ơn gia đình, bạn bè ,đã tạo điều kiện quan tâm ,giúp đỡ , động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Ths Nguyễn Đình Thạch Trần Thành Công Em xin chân thành cảm ơn LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án độc lập riêng em Các thiết kế ,tính toán đồ án hoàn toàn mang em không chép đồ án trước Nếu có không trung thực em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Số hình 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 Tên Hình Trang Sơ đồ giao tiếp La bàn – mặt lặp – hệ máy trạm Nguyên lý báo mặt lặp la bàn Cấu trúc khung liệu tín hiệu chuẩn NMEA 0183 Kết nối Talker nhiều Listener Sơ đồ cấu trúc bên dòng chip AVR 12 Thanh ghi trạng thái 13 Cấu trúc nhớ AVR 14 Cách truy cập liệu ngăn xếp 16 Quy trình phục vụ ngắt 18 Hình dạng LED 21 LED loại Anode chung 22 LED loại Cathode chung 22 Sơ đồ khối mặt lặp la bàn hiển thị số 23 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn +5V 25 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm cấu báo 26 Mạch tạo dao động cho vi điều khiển 27 Mạch RESET 28 Mạch giao tiếp với NMEA0183 29 Mạch thị thị LED 30 Mạch điều khiển độ sáng Dimmer 31 Sơ đồ nguyên lý cho mặt lặp la bàn điện 32 Lưu đồ thuật toán chương trình 33 Khởi tạo ngắt cứng UART 35 Khởi tạo Timer1 36 Sơ đồ thuật toán chương trình thu tín hiệu la bàn 37 Chương trình xử lý tín hiệu la bàn 39 Chương trình quét LED 41 Chương trình điều khiển độ sáng Dimmer 43 Biểu đồ thời gian 45 Sơ đồ nguyên lý board 46 Sơ đồ mạch in mặt lặp la bàn thị số 47 Sơ đồ mạch in board 48 Khởi động chương trình nạp Progisp 49 Báo nhận mạch nạp chọn loại chip 49 Chọn thông số quan trọng trình nạp 50 chương trình Nạp chương trình 51 Load chương trình kết thúc 52 LỜI MỞ ĐẦU Từ lâu đời la bàn thiết bị thiếu tàu bè lưu thông biển giúp nhận biết góc phương vị mà tàu di chuyển Ngày công nghệ phát triển hệ thống la bàn trang bị tàu ngày đại Mỗi tàu lưu thông biển thường la bàn từ , la bàn quay la bàn điện Trong la bàn quay cho độ xác cao hết Tuy nhiên giá thành la bàn quay thường cao yêu cầu xác gia công chi tiết khí đòi hỏi công nghệ đại chế tạo Mỗi tàu thường trang bị la bàn quay vị trí buồng lái nên muốn quan sát góc phương vị vị trí khác tàu người ta thường chọn phương án lắp đặt mặt lặp la bàn dùng lặp lại thông tin la bàn chủ Để tìm hiểu rõ hệ thống la bàn cách thức truyền liệu từ la bàn chủ tàu em chọn đề tài " Nghiên cứu thiết kế mặt lặp la bàn thị số tương thích chuẩn giao tiếp NMEA 0183" Sau thời gian tìm hiểu với hướng dẫn thầy giáo Ths.Nguyễn Đình Thạch đến em hoàn thành đồ án với nội dung gồm chương • Chương : CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC CÔNG CỤ CẨN THIẾT ĐỂ THIẾT KẾ MẶT LẶP • Chương :TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO MẶT LẶP LA BÀN HIỆN THỊ SỐ • Chương :XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHO MẶT LẶP LA BÀN HIỆN THỊ SỐ • Chương :THI CÔNG Chương giới thiệu công cụ cần để triển khai thiết kế Chương phần tính toán cho phần cứng mặt lặp Chương phần xây dựng thuật toán thu tín hiệu , tách tín hiệu , điều khiển Chương thực thi công Hải phòng, tháng 12 năm 2015 Sinh viên thực đề tài Trần Thành Công CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÁC CÔNG CỤ CẨN THIẾT ĐỂ THIẾT KẾ MẶT LẶP 1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LA BÀN SỬ DỤNG TRÊN TÀU BIỂN Các yêu cầu chung hệ thống la bàn sử dụng tàu biển Đối với tàu lưu thông biển phải trang bị la bàn từ chuẩn hiệu chỉnh phương tiện xác định phương hướng mà độc lập với nguồn điện để xác định phương hướng hiển thị thông tin phương hướng đặt vị trí lái tàu Các tàu phải trang bị mặt la bàn phương tiện khác chia độ theo phương ngang 360o Các tàu lưu hành biển phải trang bị la bàn từ dự trữ thay la bàn nêu phương tiện khác có chức tương đương Tất tàu có tổng dung tích 500 trở lên phải mang la bàn quay phương tiện khác mặt lặp la bàn để định hiển thị hướng tàu biện pháp không từ tính Các thiết bị phải bố trí để dễ dàng quan sát từ vị trí lái Đối với tàu có trang bị hệ thống mặt lặp la bàn: -Mặt lặp phải chế tạo để lắp đặt thiết bị đọc phương vị -Mặt lặp phải treo mặt phẳng ngang nhờ hệ thống đăng để tránh ảnh hưởng chuyển động tàu -Mọi mặt lặp trang bị boong hở phải có khả kín nước -Dung sai không 0.2o -Phải trang bị hệ thống chiếu sáng phù hợp để đọc số la bàn lúc.Hệ thống phải có khải điều chỉnh độ sáng 1.2 LA BÀN ĐIỆN ĐỒNG BỘ BẰNG TÍN HIỆU SỐ Ngày với phát triển kỹ thuật thông tin số, thiết bị hàng hải phát triển với đặc trưng bật: -Khả điều khiển từ xa thông qua máy chủ -Tài nguyên phần cứng phần mềm dùng chung, thông tin thiết bị nhiều thiết bị khác khai thác sử dụng -Độ tin cậy chất lượng thông tin cao Cụ thể hệ thống la bàn: Hình 1.1 – Sơ đồ giao tiếp La bàn – mặt lặp – hệ máy trạm Trong đó: Gyro Compass: La bàn quay Magnetic Compass: La bàn từ Gyro Operator Unit: thiết bị điều chỉnh quay Steering Repeater: Mặt lặp Bridge Workstations: Hệ thống máy trạm Nguyên tắc hoạt động: La bàn quay đồng với la bàn từ qua thiết bị điều chỉnh quay Số liệu góc phương vị la bàn quay la bàn từ chuyển thành liệu dạng số thông qua đĩa encoder Các liệu đóng gói truyền đến hệ máy thống máy trạm thông qua chuẩn truyền thông NMEA 0183 Hoặc truyền đến cho mặt lặp để thị phương vị Hình 1.2 – Nguyên lý báo mặt lặp la bàn Thành phần cấu báo LED Thành phần module điều khiển chip vi điều khiển họ AVR 1.3 CHUẨN TRUYỀN THÔNG NMEA 0183 1.3.1 Khái quát chung chuẩn giao tiếp NMEA 0183 NMEA 0183 tiêu chuẩn kỹ thuật cho giao tiếp kết hợp điện với tín hiệu thông tin liên lạc cho thiết bị hàng hải echo sounder, máy dò ngang (sonar), máy đo gió (anemometer), gyrocompass, autopilot, thiết bị thu GPS Tiêu chuẩn xây dựng Hiệp hội Điện tử Hàng Hải Quốc gia Mỹ (National Marine Electronics Association).Tiêu chuẩn thay cho tiêu chuẩn trước NMEA 0180 NMEA 0182 Sắp tới thay tiêu chuẩn NMEA 2000 Tuy nhiên, tiêu chuẩn nâng cấp thường xuyên Tiêu chuẩn điện sử dụng EIA-422, hầu hết phần cứng với NMEA-0183 kết nối qua cổng EIA-232 Chuẩn NMEA sử dụng mã ASCII đơn giản, phương thức truyền Dữ liệu truyền câu lệnh theo chiều từ máy Talker đến Listener thời điểm Trên sở đó, người ta mở rộng để máy phát đến nhiều máy thu, máy thu nhận thông tin từ nhiều máy phát 1.3.2 Đặc tính điện Các thiết bị NMEA0183 thiết kế cho Listener Talker (một số thiết bị 2), sử dụng giao diện nối tiếp bất đồng có số sau: Tốc độ Baud : 4800 /38400 Số bit data : (bit “0”) Bit stop :1 Parity : không Bắt tay : không Hình 1.3 – Cấu trúc khung liệu tín hiệu chuẩn NMEA 0183 NMEA0183 cho phép ghép nối Talker nhiều Listener mạch Loại dây dùng để liên kết cặp dây xoắn bọc lưới, với lớp bọc nối đất Talker Tiêu chuẩn ghi rõ cách thức sử dụng kết nối riêng 10 Hình 4.7 – Nạp chương trình B5: Load chương trình hoàn thành Ấn nút auto để bắt đầu load Khi xuất dòng chữ Erase,Write Flash,Verify Flash,Successfully done chương trình nạp xong 57 Hình 4.8 – Load chương trình kết thúc 58 PHỤ LỤC Chương trình cho mặt lặp la bàn thị số trình bày : #include #include #define giam PIND.2 #define tang PIND.3 // Standard Input/Output functions #include char num[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; char num2[] = {0x40, 0x79, 0x24, 0x30, 0x19, 0x12, 0x02, 0x78, 0x00, 0x10}; int i, thapphan=8,donvi=8,chuc=8,tram=8 ; int dosang=20,dem2=0 ,dem3=0,dem4=0; unsigned char dem=0; unsigned char start=0; unsigned char mang[15]; #define DATA_REGISTER_EMPTY (1