Xây dựng hệ thống quản lý cân động ứng dụng trong hệ thống cân tàu hỏa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Mục lục Khảo sát trạng hệ thống cân động vật thể 1.1 Thực trạng tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam-TKV 1.2 Mô tả nghiệp vụ hệ thống hành 1.3 Mô tả, xác định mục tiêu yêu cầu hệ thống 1.4 Tổng kết chương LUẬN VĂN CAO HỌC Đề tài Xây dựng hệ thống quản lý cân động ứng dụng hệ thống cân tàu hỏa Thiết kế tổng thể hệ thống cân 2.1 Thiết kế phần cứng 2.1.1 Các phương án thiết kế 2.1.2 Sơ đồ tổng thể 2.2 Chuyên ngành : Khoa học máy tính Người hướng dẫn : PGS.TS Đoàn Văn Ban Học viên thực : Nguyễn Tuấn Anh Mã số : 60.48.01 2.3 2.1.3 Ý nghĩa yêu cầu kỹ thuật khối Thiết kế phần mềm 2.2.1 Xác định yêu cầu phân tích hệ thống 2.2.2 Phân tích hệ thống hướng đối tượng 2.2.3 Thiết kế hệ thống hướng đối tượng 2.2.4 Lập trình hướng đối tượng Tổng kết chương Thiết kế chi tiết hệ thống cân động vật thể 3.1 Thiết kế phần cứng hệ thống 3.1.1 Khối cảm biến 3.1.2 Khối chuyển đổi ADC 3.1.3 Khối truyền thông 3.1.4 Khối nguồn 3.2 Thiết kế hướng đối tượng phần mềm hệ thống [2] Thái nguyên, tháng năm 2009 Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên động vật thể phần cứng hệ thống http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1 4 6 10 10 12 13 14 15 16 17 18 18 21 23 27 30 30 Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC 3.3 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 Tổng ii Khảo sát, xác định yêu cầu Phân tích hệ thống Thiết kế hệ thống Lập trình kiểm tra hệ thống Vận hành bảo trì hệ thống kết chương Xây dựng hệ thống cân động vật 4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình 4.2 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình 4.3 Các chức chương trình 4.4 Màn hình giao diện chức 4.5 Lập kế hoạch triển khai thực tế 4.6 Xác định rủi ro 4.7 Đánh giá kết thử nghiệm A Vi điều khiển PIC A.1 Từ Vi xử lý đến Vi điều khiển A.2 Vi điều khiển họ PIC A.3 Lập trình cho PIC A.4 Một vài đặc tính PIC thể cho phần cứng nhúng phần mềm: C# 32 33 33 40 47 47 48 48 49 51 51 55 58 59 67 67 68 69 69 B Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán 71 B.1 Ứng dụng mạch tuyến tính B.2 Các ứng dụng phi tuyến 71 76 Chương Khảo sát trạng hệ thống cân động vật thể Giới thiệu Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam, giới thiệu phương pháp cân than tàu hỏa, đưa tính cần có hệ thống cân động 1.1 Thực trạng tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam-TKV Chặng đường phát triển Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (trước Tổng công ty Than việt Nam) thành lập ngày 10/10/1994 theo định số 563/QĐ.TTg Thủ tướng Chính phủ Thực nhiệm vụ quan trọng mà Đảng Nhà nước giao, từ vào hoạt động, Tập đoàn xây dựng đề án “Đổi tổ chức, quản lý, nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh”, lựa chọn chiến lược “phát triển kinh doanh đa ngành công nghiệp than” phương châm “cùng phát triển với bạn hàng” Từ mục tiêu chiến lược đề ra, Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam (TKV) thay đổi hẳn chế quản lý, mô hình tổ chức sản xuất tiêu thụ sản phẩm, chế quản lý tài chính, tích cực đầu tư, đổi công nghệ khai thác than, đầu tư cải tạo hoàn thiện dây chuyền công nghệ khai thác than, sàng tuyển, bến rót tiêu thụ Trên sản xuất than, Tập đoàn TKV mạnh dạn sử dụng nguồn nhân lực sẵn có tạo từ than để đầu tư ngành nghề khác phát triển mạnh mẽ ngành khí mỏ theo hướng đại hóa khí sửa Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.1 Thực trạng tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam-TKV 1.1 Thực trạng tập đoàn than - khoáng sản Việt Nam-TKV địa phương cộng đồng; với đối tác bạn hàng hài hòa nội bộ”, Tập đoàn công ty thành viên tập trung nguồn lực, sản xuất tiêu thụ 37 triệu than, vượt mục tiêu quy hoạch đến năm 2010 (là 23 – 24 triệu tấn) Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Hình 1.1: Công ty than khoáng sản Việt Nam - TKV chữa, phát triển khí chế tạo, lắp ráp, sản xuất xe tải, đóng tàu thủy; xây dựng nhà máy nhiệt điện; tích cực đầu tư nâng cao sản lượng khai thác khoáng sản; sản xuất vật liệu nổ công nghiệp, xi măng, vật liệu xây dựng; công tác nghiên cứu, ứng dụng khoa học công nghệ, bảo vệ môi trường trọng; thương mại dịch vụ ngành nghề khác đầu tư phát triển Trong suốt chặng đường 12 năm hoạt động, công nhân, cán Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam không ngừng nỗ lực, chủ động, sáng tạo, khẳng định sức mạnh tinh thần đoàn kết, tâm vượt khó, phấn đấu vươn lên, liên tiếp hoàn thành toàn diện tiêu kế hoạch, năm sau cao năm trước Năm 2003 khai thác tiêu thụ 18 triệu than, đơn vị kinh tế nước hoàn thành vượt kế hoạch trước năm mục tiêu kế hoạch năm (2001 – 2005) mà Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ IX đề (Từ 14-16 triệu tấn) Năm 2006, năm kỷ niệm 70 năm Truyền thống công nhân vùng mỏ Truyền thống Ngành Than, Tập đoàn Công nghiệp Than – Khoáng sản Việt Nam tiếp tục chuyển đổi chế quản lý mới, với mục tiêu chiến lược “Từ tài nguyên khoáng sản nguồn nhân lực lên giàu mạnh” với phương châm “Phát triển hài hòa thân thiện với môi trường, với Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 năm, hành trình đầy gian nan thử thách, song bước mình, Ngành Than – Khoáng sản Việt Nam luôn quan tâm Đảng, Nhà nước, Chính phủ, cấp ủy Đảng, quyền nhân dân địa phương Sự quan tâm nguồn cổ vũ lớn lao, tiếp thêm sức mạnh để công nhân, cán ngành Than – Khoáng sản Việt Nam vững bước lên, lao động sáng tạo, khó khăn, lĩnh người thợ mỏ thể khẳng định, hăng hái đầu hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ giao Phẩm chất sức sống thợ mỏ suốt chặng đường hình thành phát triển tinh thần “Kỷ luật đồng tâm”, bề dày truyền thống hệ cán bộ, công nhân thợ mỏ giữ gìn phát huy, lập nhiều thành tích vẻ vang, xây dựng Tập đoàn phát triển nhanh, mạnh, hiệu quả, vị ngày nâng cao (theo [13]) Công ty than Uông Bí thành viên tập đoàn than khoáng sản TKV, chuyên cung cấp than cho nhà máy nhiệt điện Uông Bí, số đơn vị khác Hàng ngày, than chở từ công ty than Uông Bí đến nhà máy nhiệt điện để sản xuất điện cung cấp cho lưới điện quốc gia Mỗi ngày, công ty than Uông Bí cung cấp cho nhà máy nhiệt điện phả lại khoảng chuyến tàu chở than, chuyến dài khoảng đến 30 toa, chất đầy than Có nhiều cách để xác định khối lượng than toa tàu, thực tế, nay, tất ước lượng, tính toán trọng lượng than bán thị trường theo cách xác định khối lượng trọng lượng Phương pháp họ sử dụng lấy mẫu than (Do KCS làm), xác định khối lượng riêng, đưa tỷ trọng than Nhân viên cân than việc đo khối lượng nhân với tỷ trọng khối lượng ước tính Trên thực tế, có nhiều vấn đề nảy sinh trình xác định khối lượng, KCS lấy mẫu, độ ẩm than khác với độ ẩm bán, điều có nghĩa trời mưa nắng than có khối Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2 Mô tả nghiệp vụ hệ thống hành lượng khác so với ước tính Do bên bán bên mua tính khối lượng chuyến hàng thường khác 1.2 Mô tả nghiệp vụ hệ thống hành Mục tiêu hệ thống mới: Hệ thống phải khắc phục nhược điểm hệ thống hành, có tính năng: • Cân thiết bị điện tử máy tính Phương pháp xác định khối lượng, quy trình tính toán khối lượng công ty than theo bước sau đây, giả sử trình xuất hàng công ty: • Than sẵn sàng xuất khỏi công ty, KCS kiểm tra đánh giá chất lượng than, bao gồm khối lượng riêng, độ ẩm, độ bột (than viên/cám), • KCS đưa công thức tính khối lượng than theo thể tích Với V (m3 ) than, với tỷ trọng k Như vậy, khối lượng m = V ∗ k(kg) • Các bên liên quan đến mua bán than chứng kiến việc xác định thể tích tàu than, ký kết vào phiếu cân • Phiếu cân thành nhiều bản, bên liên quan giữ • Căn vào phiếu cân, bên nhận than kiểm tra lại thể tích thực than mà nhận, sau xác định lại tỷ trọng k than thời điểm nhận than, tính khối lượng thực mà nhận • Hai bên thỏa thuận lại sai lệch chấp nhận khối lượng thực theo thỏa thuận 1.3 1.4 Tổng kết chương Mô tả, xác định mục tiêu yêu cầu hệ thống • Xác định xác trọng lượng thực than • Cân tàu chạy với vận tốc từ 3-15Km/h • Dải cân xác cho toa có khối lượng từ 100kg đến 120 • Sai số cho phép nằm khoảng 0.5% • Mất điện khoảng thời gian định, cân bình thường • Lưu trữ kết lần cân khoảng thời gian theo ý muốn • Phân biệt loại bỏ đầu tàu • Phát cảnh báo toa rỗng (Toa hàng) • Khối lượng không phụ thuộc KCS • Không phải trải qua đàm phán triết khấu khối lượng theo thời tiết • Giao diện máy tính thân thiện • In trực tiếp phiếu cân từ phần mềm cho lần cân • Tống hợp lượng than bán tháng / quý / năm 1.4 Tổng kết chương Phân tích ưu - nhược điểm hệ thống tại: Hệ thống hoàn toàn người chủ động, nên xác Đôi nắng mưa ảnh hưởng đến độ ẩm than, làm cho tỷ trọng khác với lấy mẫu, dẫn đến than bắt đầu xuất kho bên bán có khối lượng, than nhập kho bên mua, có khối lượng khác Do hai bên mua bán than muốn có lợi, xảy mâu thuẫn tranh chấp Khảo sát trạng hệ thống cũ điều cần thiết, qua ta xác định hệ thống hoạt động nào, trình vận hành hệ thống sao, có ưu nhược điểm gì, Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Từ đó, ta xây dựng lên hệ thống mới, có tính hiệu cao so với hệ thống cũ, phương pháp vận hành hệ thống có tính thừa kế Trong chương này, tất đặc điểm hệ thống xác lập, từ đó, làm tảng để thiết kế chương Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1 Thiết kế phần cứng • Ổn định: Trong môi trường cân, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống, mưa gió, sấm sét, điện, nhiễu, Các yếu tố trực tiếp gián tiếp gây ổn định cho hệ thống Yêu cầu cần phải hạn chế tối đa tác động ngoại cảnh đến hệ thống, Chương Vậy có phương pháp xây dựng phần cứng mà đạt yêu cầu trên? Thiết kế tổng thể hệ thống cân động vật thể Thiết kế tổng thể hệ thống dạng sơ đồ khối: thiết kế phần cứng phần mềm, nêu đặc điểm, yêu cầu kỹ thuật khối, phương pháp giao tiếp, mức tín hiệu vào ra, 2.1 2.1.1 Các phương án thiết kế phần cứng hệ thống Sơ đồ khối hệ thống hình 2.1 Trong đó, phần quan trọng modul điều khiển trung tâm, có nhiều phương án thiết kế modul điều khiển trung tâm, phương án đó, phải thiết kế modul lại cho phù hợp Dưới đây, thiết kế lựa chọn modul điều khiển trung tâm (như hình 2.1), chọn phương án hợp lý, thiết kế hệ thống Thiết kế phần cứng Hiển thị Có nhiều cách thiết kế phần cứng, mục tiêu phải đạt tiêu chí sau: • Hiệu quả, xác: Mỗi toa tàu, nặng đến 120 tấn, (hoạt động bình thường công ty than Uông bí 50-60 tấn), với sai số yêu cầu không 0.5%, tức là: sai số m ≤ 0.0005∗120, 000(kg) = 60(kg)cho toa Yêu cầu Loadcell (Cảm biến đo khối lượng) phải chịu sức nặng lên đến 120 tấn, khuếch đại nằm dải − 10v − 20mA (Tín hiệu theo chuẩn công nghiệp) chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) phải thỏa mãn yêu cầu theo sai số • Nhanh chóng: Tốc độ tàu yêu cầu cân − 15km/h, có nghĩa thời gian đó, phải thu thập đủ liệu để tính toán Tính toán khối lượng toa cách tính tổng khối lượng trục bánh Muốn tính khối lượng, ta phải dùng thuật toán lọc, FFT, xác định đỉnh , Tất thuật toán cần nhiều mẫu làm Tiêu chí đặt nhất, cần có khoảng ≥ 100 mẫu/một cụm bánh Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Điều khiển trung tâm Phím điều khiển Máy tính Khuếch đại Cảm biến khối lượng Nguồn nuôi Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng thể Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1 Thiết kế phần cứng 2.1 Thiết kế phần cứng Phương án 1: Phương án 3: Sử dụng card chuyển đổi ghép nối máy tính qua khe cắm PCI làm chuyển đổi tín hiệu: Card chuyển đổi vào số, tương tự Advantech có tính sau: Tự thiết kế card chuyển đổi ADC ghép nối USB Tất tính thiết kế phù hợp với hệ thống • Vào/ra số 16 bit với mức logic 5v, mức logic 0v • 16 kênh vào tương tự 12 bit với ngưỡng vào điện áp ÷5v • kênh tương tự 12 bit • Độ phân dải chuyển đổi ADC • Tốc độ chuyển đổi • Số lượng tín hiệu vào/ra • Mức tín hiệu vào/ra • Tốc độ chuyển đổi ADC tối đa card 200kbps (Kilobit Per Second) • Khả chống nhiễu • Khả khuếch đại tín hiệu • Có tính khuếch đại mềm • Lựa chọn đọc kênh nhiều kênh từ đệm chuyển đổi • Card ghép nối sử dụng driver đọc tín hiệu từ Windows, đọc DOS không cần driver • Tốc độ xử lý • Giao diện ghép nối • Phương thức truyền thông Phương án 2: Phương án lựa chọn: Phương án Sử dụng PLC làm modul điều khiển trung tâm Phương án tin tưởng kiểm nghiệm công ty danh tiếng, sản phẩm họ trải qua kiểm tra khắc nghiệt làm việc với môi trường công nghiệp Có thể kể tính PLC sau: Phân tích: Tốc độ tàu tối đa 15(km/h) ≈ 4.12(m/s) Khoảng cách hai điểm gần cụm trục liên tiếp 2.27m, khoảng cách điểm tiếp xúc ray 2.27m Như vậy, thời gian cụm trục qua khoảng 0.5s, thời gian này, ta phải lấy khoảng 300 mẫu khối lượng Đối với phương án 1, độ phân dải chuyển đổi 12 bit 4096 mức Nếu dùng để cân, bước nhảy là: 120 4096 mức, hay bước nhảy = 120,000(kg) = 29.296875(kg) Nếu tín hiệu đọc 4096(mức) • Ổn định • Số lượng tín hiệu vào/ra tùy chọn • Tín hiệu số điều khiển trực tiếp qua rơle nội bit lỗi, bit hàng đơn vị bị lỗi sai số tăng lên gấp 10 lần Đó sai số tính toa tính tổng đoàn tàu sai số lớn • Tín hiệu số vào: +24v • Tín hiệu vào tương tự: − 10v − 20mA • Tín hiệu tương tự: − 10v • Truyền thông với PC cáp MPI PPI chuyên dụng, giao thức RS232, RS485, ProfiBus, USB • Phần mềm lập trình nhúng phần mềm lập trình điều khiển hỗ trợ hãng sản xuất Đối với phương án 2, dùng PLC với ADC 16 bit, phương án hoàn toàn khả thi, modul ADC 16 bit Việt Nam khó kiếm, giá thành cao Nếu ta tự thiết kế modul theo phương án giá thành hạ xuống nhiều, mặt khác ta lại làm chủ công nghệ, bảo hành bảo trì thuận tiện, thiết kế bám sát yêu cầu cụ thể toán • Giá thành tùy chủng loại, số lượng modul Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.1 Thiết kế phần cứng 2.1.2 10 Sơ đồ tổng thể Bàn phím Embedded Microcontroller Khuếch đại: Tín hiệu đầu cân tín hiệu vi sai, tùy theo loại cảm biến, công nghiệp, loại loadcell thường có tham số như: 20mV/V, có nghĩa chịu tải tối đa, khối cảm biến đưa tín hiệu 20mV Chúng ta cần khuếch đại tín hiệu lên đến giá trị max chuyển đổi ADC, thường chuyển đổi chấp nhận dải 10v, có nghĩa nhiệm vụ khuếch đại làm tăng hệ số khuếch đại lên 500 lần Khuếch ñại Lọc & Chuyển ñổi ADC Vi ñiều khiển nhúng Communication interface Power system Nguồn nuôi Phần mềm quản lý Truyền thông Hình 2.2: Sơ đồ khối tổng thể chọn Trong sơ đồ khối tổng thể hệ thống (hình 2.2)bao gồm modul sau: Bộ cảm biến khối lượng (Loadcell), Bộ lọc (Fillter), Khuếch đại (Ampli Gain), Chuyển đổi ADC, Bộ vi điều khiển nhúng, Hiển thị, Truyền thông, Nguồn nuôi 2.1.3 11 Bộ lọc (Fillter): Khi cấp điện áp, Modul cảm biến đưa tín hiệu tỉ lệ với khối lượng đặt lên đầu cân Tín hiệu có ích yếu, điều có nghĩa ảnh hưởng môi trường lớn lên tín hiệu, hay nói cách khác, nhiễu cao Để giảm thiểu nhiễu, cần có lọc, lọc bỏ hết tất tần số nhiễu nằm dải, giữ lại tín hiệu thuộc tần số cần thiết Hiển thị Cảm biến 2.1 Thiết kế phần cứng Ý nghĩa yêu cầu kỹ thuật khối Khối cảm biến khối lượng (Loadcell): Khối khối quan trọng phần cảm biến Nó định vai trò chịu lực vật đặt lên cân Cần phải chọn loại Loadcell khả chịu lực bàn cân phải lớn (thường gấp rưỡi) tổng khối lượng lớn đặt lên bàn cân Về chất, khối bộ, tập hợp nhiều Loadcell, bố trí bàn cân cho tổng khối lượng phân bố Tín hiệu vào là: +10v, tín hiệu vi sai cầu trở, tạo điện áp lệnh hai đầu để đưa đến khuếch đại Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Bộ chuyển đổi ADC: Khi có tín hiệu đầu vào sau khuếch đại, modul này, thiết kế thêm khuếch đại lặp, nhằm đảm bảo tín hiệu đưa vào chuyển đổi chuẩn Xét độ xác, modul quan trọng, định sai số hệ thống Nếu chọn độ phân dải thấp bước nhảy kết lớn, tức sai số nhiều, ngược lại, độ phân dải hệ thống cao cho kết xác [10] Ví dụ: Nếu cần cân 900kg • Nếu chọn đọ phân dải bit, có giá trị số: 0, 1, 2, giá trị khối lượng tương ứng là: 0, 300, 600, 900 (kg) Bước nhảy sai số xảy ≈ 300(kg) • Nếu chọn độ phân dải bit,thì bước nhảy là: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, giá trị bước nhảy cân tương ứng là: 900/7 ≈ 128.57(kg) Có nghĩa độ phân dải bit, xác nhiều so với dùng độ phân dải bit Từ đó, theo sai số cho phép 0.5% 120 tấn: Sai số = 0.5% ∗ 120(tấn) = 0.6(tấn) tính toán độ phân dải cần thiết là: 600(kg) ∗ X(bước nhảy) = 120.000(kg) X= 120.000 = 200 = 2n 600 Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2 Thiết kế phần mềm 12 n = log2 (200) 8(bit) Trong đó: X: Số bước nhảy, n: Số bit (độ phân dải) Để tăng độ xác, ta nâng cao độ phân dải lên 12 bit, sai số phép cân là: 212 = 4096(Bước nhảy) 120.000 Sai số = = 29.296875(kg) 4096 Tương tự, dùng độ phân dải 13 bit, sai số là: 14.6484375(kg); dùng độ phân dải 14bit, sai số là: 7.32421875(kg) Với độ phân dải 14bit, ta thấy sai số nhỏ, hoàn toàn khả thi, ta chọn độ phân dải chuyển đổi ADC 14 bit Một điều quan trọng tốc độ chuyển đổi Nếu thời gian chuyển đổi lâu lượng mẫu lấy ít, dẫn tới việc tính toán không xác Như vậy, cần phải chọn chuyển đổi cho phải đảm bảo lượng mẫu có ích thu 100 mẫu/s (theo thuật toán tính khối lượng) đảm bảo cân xác Bộ vi điều khiển nhúng: hệ vi xử lý, có khả điều khiển trình chuyển đổi AD, truyền thông với PC giao tiếp với modul mở rộng bàn phím (dùng để chỉnh zero, calib động, ) modul hiển thị trực tiếp (không thông qua PC) Một phần quan trọng nữa, giao tiếp với máy tính, để giao tiếp với máy tính, tùy chọn chuẩn truyền thông: USB, RS232, RS485, ProfiBus, Hiển thị: Hiển thị giá trị đọc theo thời gian thực giá trị cân, nhằm xác định trạng thái hoạt động hệ thống Truyền thông: Là modul riêng, kết nối máy tính với PC, tuân thủ theo chuẩn truyền thông PC Bộ vi điều khiển nhúng Nguồn nuôi: Cung cấp nguồn cho toàn hệ thống: 220v, 0v, 5v, 10v, 12v, 24v, 2.2 Thiết kế phần mềm UML ngôn ngữ mô hình hoá, trước hết mô tả ký pháp thống nhất, ngữ nghĩa định nghĩa trực quan tất thành phần mô hình Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2 Thiết kế phần mềm 13 UML sử dụng để hiển thị, đặc tả, tổ chức, xây dựng làm tài liệu vật phẩm (artifacts) tất giai đoạn trình phát triển phần mềm hướng đối tượng, đặc biệt hai giai đoạn phân tích, thiết kế dạng báo cáo, biểu đồ, mẫu hay trang web, v.v UML ngôn ngữ mô hình hoá độc lập với công nghệ phát triển phần mềm [2] Nói cách khác, UML ngôn ngữ mô hình hoá, ngôn ngữ đặc tả ngôn ngữ xây dựng mô hình trình phát triển phần mềm, đặc biệt phân tích thiết kế hệ thống hướng đối tượng UML ngôn ngữ hình thức, thống chuẩn hoá mô hình hệ thống cách trực quan Nghĩa thành phần mô hình thể ký hiệu đồ hoạ, biểu đồ thể đầy đủ mối quan hệ chúng cách thống có logic chặt chẽ 2.2.1 Xác định yêu cầu phân tích hệ thống Từ yêu cầu khách hàng, xác định mục tiêu phần mềm cần phát triển Thường yêu cầu chức mà hệ thống phải thực hiện, chưa cần chức thực Việc xác định đầy đủ yêu cầu toán nhiệm vụ quan trọng, làm sở cho tất bước dự án phát triển phần mềm Muốn vậy, phải thực đặc tả chi tiết yêu cầu hệ thống UML cung cấp biểu đồ ca sử dụng để đặc tả yêu cầu hệ thống Tài liệu đặc tả yêu cầu sử dụng để: • Làm sở để trao đổi với người sử dụng, để thảo luận nhóm thành viên dự án phát triển phần mềm mà hệ thống phải thực (và không cần thực hiện) • Làm để kiểm tra, thử nghiệm bước trình phát triển phần mềm Muốn đạt mục tiêu trình phải thực hiện: • Xác định hiểu rõ miền, phạm vi toán: Những người phát triển xây dựng hệ thống theo hiểu biết họ yêu cầu khách hàng khái niệm sở toán ứng dụng • Nắm bắt yêu cầu: Người phân tích phải nắm bắt tất Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2 Thiết kế phần mềm 14 2.2 Thiết kế phần mềm nhu cầu khách hàng cách phải trao đổi với người có liên quan đến dự án, tham khảo tài liệu liên quan Thông qua việc thảo luận, trao đổi với khách hàng, chuyên gia lĩnh vực ứng dụng người đã, sử dụng hệ thống có sẵn, ta phát nắm bắt yêu cầu họ Phương pháp trừu tượng hoá giúp ta dễ dàng nắm bắt yêu cầu hệ thống Người phát triển hệ thống • Đã nêu đầy đủ yêu cầu chức (dịch vụ), đầu vào / liệu cần thiết chưa? Bức tranh chung pha phân tích yêu cầu hệ thống mô tả hình 2.3 Vấn đề xác định đầy đủ yêu cầu hệ thống quan trọng, ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩn sau 2.2.2 Phân tích hệ thống hướng đối tượng Phân tích hướng đối tượng (OOA): giai đoạn trình phát triển phần mềm, mô hình khái niệm mô tả xác thông qua đối tượng thực khái niệm toán ứng dụng Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Nắm bắt yêu cầu Mô tả yêu cầu Khách hàng, Các chuyên gia Thẩm ñịnh Phân loại hệ thống Người sử dụng (NSD) • Thẩm định: Kiểm tra xem yêu cầu có thống với đầy đủ không, đồng thời tìm cách giải mối mâu thuẫn yêu cầu có • Khách hàng, người sử dụng (NSD) người phát triển hiểu hoàn toàn hệ thống chưa? Hiểu rõ yêu cầu Nghiên cứu tính khả thi • Phân loại: Vấn đề quan trọng giai đoạn phải hiểu rõ yêu cầu xác định Muốn vậy, ta phải tìm cách phân loại chúng theo tầm quan trọng, hay chức người sử dụng khách hàng • Nghiên cứu tính khả thi: Tính khả thi dự án tin học phải thực dựa yếu tố bao gồm khía cạnh tài chính, chiến lược, thị trường, người, đối tác, kỹ thuật, công nghệ phương pháp mô hình hoá, v.v Nói chung, qui tắc hướng dẫn cụ thể để biết công việc phân tích yêu cầu kết thúc trình phát triển chuyển sang bước Nhưng dựa vào câu trả lời cho câu hỏi sau để chuyển sang bước 15 Tài liệu ñặc tả yêu cầu bước Hình 2.3: Mối quan hệ công việc pha phân tích yêu cầu Phân tích hướng đối tượng tập trung vào việc tìm kiếm đối tượng, khái niệm lĩnh vực toán xác định mối quan hệ chúng hệ thống Nhiệm vụ khâu phân tích nghiên cứu kỹ yêu cầu hệ thống phân tích thành phần hệ thống mối quan hệ chúng Trong khâu phân tích hệ thống chủ yếu trả lời câu hỏi: • Hệ thống gồm thành phần, phận nào? • Hệ thống cần thực gì? Kết pha phân tích hệ thống hướng đối tượng biểu đồ lớp, biểu đồ trạng thái, biểu đồ trình tự, biểu đồ cộng tác biểu đồ thành phần 2.2.3 Thiết kế hệ thống hướng đối tượng Dựa vào đặc tả yêu cầu kết phân tích (các biểu đồ nêu trên) để thiết kế hệ thống Thiết kế hướng đối tượng (OOD) giai đoạn trình phát triển phần mềm, hệ thống tổ chức thành tập đối tượng tương tác với mô tả cách để hệ thống thực thi nhiệm vụ toán ứng dụng Trong khâu thiết kế hệ thống hướng đối tượng chủ yếu trả lời câu hỏi: Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2 Thiết kế phần mềm 16 2.3 Tổng kết chương • Làm nào? 17 Mô hình khái niệm, Đặc tả yêu cầu • Trong hệ thống có lớp đối tượng nào, trách nhiệm chúng gì? • Các đối tượng tương tác với nào? Thiết kế logic: Phân chia thành phần, Nhiệm vụ thành phần Quan hệ thành phần • Các nhiệm vụ mà lớp đối tượng phải thực gì? • Dữ liệu nghiệp vụ giao diện xây dựng nào? • Kiến trúc cấu hình hệ thống? Kiến trúc chi tiết, cụ thể phụ thuộc vào vài đặt: khung hệ thống Kiến trúc tổng quát trừu tượng hoá Thiết kế chi tiết: Làm mịn dần thành phần, Cách thực thành phần Thiết kế mối quan hệ Hình 2.4: Thiết kế logic thiết kế chi tiết Nhiệm vụ thiết kế hệ thống là: • Xây dựng thiết kế chi tiết mô tả thành phần hệ thống mức cao khâu phân tích, thiết kế giao diện để phục vụ cho việc cài đặt Nghĩa là, lớp đối tượng định nghĩa chi tiết gồm đầy đủ thuộc tính, thao tác phục vụ cho việc cài đặt ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng lựa chọn bước sau • Đồng thời đưa kiến trúc (là trọng tâm) hệ thống để đảm bảo cho hệ thống thay đổi, có tính mở, dễ bảo trì, thân thiện với NSD, v.v Nghĩa tổ chức lớp thành gói hệ thống theo kiến trúc phù hợp với nhu cầu phát triển công nghệ (mạng, phân tán, v.v.) đồng thời phù hợp với xu phát triển lĩnh vực ứng dụng • Thiết kế CSDL, chọn mô hình quan hệ hay mô hình đối tượng Bởi tồn nhiều mô hình liệu khác nhau, nên xây dựng hệ thống phần mềm lớn phải thiết kế phương án tích hợp liệu từ nhiều nguồn khác nhau, nghĩa khả chuyển đổi, kết hợp mô hình liệu với Những kết thể biểu đồ: biểu đồ lớp (chi tiết), biểu đồ hành động, biểu đồ thành phần biểu đồ triển khai Tất kết thiết kế phải ghi lại thành hồ sơ, tài liệu cho hệ thống Trong tài liệu thiết kế phải mô tả cụ thể thành phần nào, làm làm 2.2.4 mô đun chương trình (chương trình con) Mỗi mô đun kiểm định thử nghiệm theo tài liệu đặc tả giai đoạn thiết kế Công việc mô tả sau: Đặc tả thiết kế Lập trình (Xây dựng lớp) Tập mô đun chương trình Hình 2.5: Lập trình tập trung xây dựng lớp Hiện có số công cụ hỗ trợ cho trình phân tích, thiết kế sinh mã tự động cho thành phần mô hình như: Rose [4], hay Visual Studio NET Microsoft, v.v 2.3 Tổng kết chương Khâu thiết kế tổng thể khâu quan trọng, ta phải thiết kế dạng sơ đồ khối, chia toán thành nhiều module, module đảm nhận chức Ở chương này, ta xét đến chức module, yêu cầu đầu vào/ra, liên kết module, phân chia công việc phần mềm phần cứng, yêu cầu kỹ thuật,các điều kiện giới hạn module, Lập trình hướng đối tượng Trong giai đoạn này, thành phần thiết kế lập trình ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng lựa chọn thành Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.2 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình phần mềm: C# 50 tượng Những tính chất diện ngôn ngữ lập trình đại Và ngôn ngữ C# hội đủ điều kiện vậy, xây dựng tảng hai ngôn ngữ mạnh C++ Java Ngôn ngữ C# phát triển đội ngũ kỹ sư Microsoft, người dẫn đầu Anders Hejlsberg Scott Wiltamuth Cả hai người điều người tiếng, Anders Hejlsberg biết đến tác giả Turbo Pascal, ngôn ngữ lập trình PC phổ biến Và ông đứng đầu nhóm thiết kế Borland Delphi, thành công việc xây dựng môi trường phát triển tích hợp (IDE) cho lập trình client/server Phần cốt lõi hay gọi trái tim ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng hỗ trợ cho việc định nghĩa làm việc với lớp Những lớp định nghĩa kiểu liệu mới, cho phép người phát triển mở rộng ngôn ngữ để tạo mô hình tốt để giải vấn đề Ngôn ngữ C# chứa từ khóa cho việc khai báo kiểu lớp đối tượng phương thức hay thuộc tính lớp, cho việc thực thi đóng gói, kế thừa, đa hình, ba thuộc tính ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng Trong ngôn ngữ C# thứ liên quan đến khai báo lớp điều tìm thấy phần khai báo Định nghĩa lớp ngôn ngữ C# không đòi hỏi phải chia tập tin header tập tin nguồn giống ngôn ngữ C++ Hơn nữa, ngôn ngữ C# hỗ trợ kiểu XML, cho phép chèn tag XML để phát sinh tự động document cho lớp 4.3 Các chức chương trình bảo mật cần thiết thuộc tính khác Mã nguồn chứa đựng logic cần thiết để thực chức Do vậy, lớp biên dịch khối self-contained, nên môi trường hosting biết cách đọc metadata lớp mã nguồn cần thiết mà không cần thông tin khác để sử dụng Một lưu ý cuối ngôn ngữ C# ngôn ngữ hỗ trợ việc truy cập nhớ trực tiếp sử dụng kiểu trỏ C++ từ khóa cho dấu ngoặc [] toán tử Các mã nguồn không an toàn (unsafe) Và giải phóng nhớ tự động CLR không thực việc giải phóng đối tượng tham chiếu sử dụng trỏ chúng giải phóng Tại phải sử dụng ngôn ngữ C# Nhiều người tin không cần thiết có ngôn ngữ lập trình Java, C++, Perl, Microsoft Visual Basic, ngôn ngữ khác nghĩ cung cấp tất chức cần thiết Ngôn ngữ C# ngôn ngữ dẫn xuất từ C C++, tạo từ tảng phát triển Microsoft bắt đầu với công việc C C++ thêm vào đặc tính để làm cho ngôn ngữ dễ sử dụng Nhiều số đặc tính giống với đặc tính có ngôn ngữ Java Không dừng lại đó, Microsoft đưa số mục đích xây dựng ngôn ngữ C# hỗ trợ giao diện interface, xem cam kết với lớp cho dịch vụ mà giao diện quy định Trong ngôn ngữ C#, lớp kế thừa từ lớp cha, tức không cho đa kế thừa ngôn ngữ C++, nhiên lớp thực thi nhiều giao diện Khi lớp thực thi giao diện hứa cung cấp chức thực thi giao diện Trong ngôn ngữ C#, cấu trúc hỗ trợ, khái niệm ngữ nghĩa thay đổi khác với C++ Trong C#, cấu trúc giới hạn, kiểu liệu nhỏ gọn, tạo thể yêu cầu hệ điều hành nhớ so với lớp Một cấu trúc kế thừa từ lớp hay kế thừa cấu trúc thực thi giao diện Ngôn ngữ C# cung cấp đặc tính hướng thành phần (component-oriented), thuộc tính, kiện Lập trình hướng thành phần hỗ trợ CLR cho phép lưu trữ metadata với mã nguồn cho lớp Metadata mô tả cho lớp, bao gồm phương thức thuộc tính nó, 4.3 Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 51 Các chức chương trình Chức hệ thống cài đặt thu thập liệu, lưu trữ liệu đầy đủ lần cân cuối cùng, thống kê, báo cáo, cài đặt cổng kết nối, cài đặt phương pháp lọc lấy khối lượng toa 4.4 Màn hình giao diện chức Màn hình hệ thống thiết kế thân thiện với người sử dụng, hầu hết tự động, có in ấn, báo cáo cán vận hành phải thao tác Xem hình 4.1 Trong hình giao diện chức năng, hình 4.1, có thành phần sau đây: • Dạng sóng tín hiệu cân: Biểu thị tín hiệu nhận dạng sóng toàn đoàn tàu từ dạng sóng ta dễ dàng nhìn trạng thái toa tàu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.4 Màn hình giao diện chức 52 Hình 4.1: Giao diện hình 4.4 Màn hình giao diện chức 53 Hình 4.2: Giao diện hình báo cáo • Chỉ số cân: Có hai cân cân hệ thống, số cân biểu thị giá trị số đọc cân Chỉ số cân liệu đầu vào dùng để tính toán khối lượng Phương pháp thực hiện: Chọn khoảng thời gian cần báo cáo: Chọn ngày bắt đầu mục từ ngày, ngày kết thúc: mục đến ngày, chọn nút bấm: OK • Thông tin vận hành: Là thông tin thay đổi, người vận hành hệ thống, địa điểm giao nhận, dùng để lưu vào ca làm việc trình bày mẫu hóa đơn cân Kết nhận được: Báo cáo theo danh sách chuyến cân khoảng thời gian chọn • Các thông số : Biểu thị tốc độ đoàn tàu, hướng hay ga, mã toa, • Số liệu sử lý thời: Là số liệu thu thời điểm tàu chạy, tính toán xử lý số liệu trực tiếp đưa thông tin cần thiết Với hình 4.2, phần mềm, người sử dụng in báo cáo theo thời gian, tìm theo tất thông tin lưu CSDL Tại phải làm vậy? Bởi vì, có chuyến hàng, chở đặn, đến tổng kết, người ta thấy cần kiểm tra lại thông tin, nên, báo cáo lại tất chuyến hàng cân Thông tin thời gian, dùng để chọn báo cáo theo khoảng thời gian, báo cáo theo tuần, báo cáo theo tháng hay theo năm, Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Ở hình 4.3, TAB giao diện này, người dùng tùy chọn thông số cài đặt, như: Thời gian chờ tàu qua, cấu hình tùy chọn cổng COM cho liệu cho thẻ, sử dụng cụm cân để cân có bù hay không (bù sai ảnh hưởng thời tiết) Trong TAB sử dụng để cấu hình mã toa tên toa Cách thức thực hiện: • Đặt thời gian chờ tàu qua hẳn: nhập số (phần trăm giây) Kết quả: sau tàu chạy qua, thời gian đặt, hệ thống hiểu hết toa • Chọn cổng COM cho liệu đầu đọc thẻ tại: Sử dụng cổng liệu, sử dụng cổng đọc thẻ Kết quả: Hệ thống hiểu cổng cổng liệu vào, cổng cổng đọc thẻ phân biệt toa Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.4 Màn hình giao diện chức 54 4.5 Lập kế hoạch triển khai thực tế 4.5 55 Lập kế hoạch triển khai thực tế Sau thiết kế xong hệ thống, cần triển khai thực tế để thực nghiệm lập trình xác Trong trình nghiên cứu, hệ thống cài đặt thử nghiệm công ty than Vàng danh - Uông bí - Quảng Ninh Mỗi đầu tàu, nặng trung bình 56 (loại to), 27 (loại nhỏ); toa hàng hàng, nặng 17.5 tấn; toa hàng chở đầy hàng, nặng bình quân 50-55 tấn.Dưới số mẫu thu từ thực tế 16000 14000 12000 10000 8000 6000 Hình 4.3: Giao diện hình cài đặt 4000 • Chọn tham số lọc Kết quả: ảnh hưởng đến kết cân Trong trường hợp kết cấu khí tốt chọn Lọc theo chiều cao tín hiệu, kết cấu khí kém, sinh nhiều tạp nhiễu chọn Lọc theo dải tín hiệu • Chọn cụm cân Kết quả: thay đổi bàn cân (dùng trường hợp bảo dưỡng, thay bàn cân) • Tham số bù Kết quả: Bù nhiễu theo thời tiết, lượt lượt có thời tiết hoàn toàn khác thay đổi hệ số bù • Mã toa: Cập nhật thông tin toa có công ty Cách thực hiện: Bấm vào dấu * để thêm toa mới; chọn hàng ngang, bấm DEL để xoá toa Kết quả: Thay đổi tên thị báo cáo thay mã Nếu tên, báo cáo hiển thị mã toa Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 2000 35 69 103 137 171 205 239 273 307 341 375 409 443 477 511 545 -2000 Hình 4.4: Nhóm liệu toa tàu có hàng Hình 4.4 đoạn liệu thu thập nhóm toa tàu có hàng Tham số trục tung biên độ nhận chuyển đổi tương tự số, đỉnh vùng giá trị lớn bánh tàu đè lên Loadcell Mỗi cụm có hai đỉnh, hai bánh gắn liền trục Phần bụng sâu phần thân toa, phần có khoảng cách hai bánh lớn nên giá trị tiến Phần bụng cao (giá trị >0 0 Hình 4.5 liệu đoàn tàu có 11 toa, có chở hàng, khối lượng toa gần Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.5 Lập kế hoạch triển khai thực tế 56 4.5 Lập kế hoạch triển khai thực tế 57 14000 12000 Serial lan can thu 11 10000 0.9 8000 6000 0.8 4000 2000 0.7 126 251 376 501 626 751 876 1001 1126 1251 1376 1501 1626 1751 1876 2001 2126 2251 2376 2501 2626 2751 2876 3001 3126 -2000 0.6 0.5 Hình 4.5: Dữ liệu chuyến tàu có hàng, 11 toa đầu tàu 0.4 0.3 14000 12000 0.2 10000 0.1 8000 6000 4000 70 139 208 277 346 415 484 553 622 691 760 829 898 967 1036 1105 2000 126 251 376 501 626 751 876 1001 1126 1251 1376 1501 1626 1751 1876 2001 2126 2251 2376 2501 2626 2751 2876 3001 3126 -2000 Hình 4.7: Dữ liệu chuyến tàu có hàng, đầu tàu loại nhỏ Hình 4.6: Dữ liệu chuyến tàu có hàng, 11 toa gồm đầu tàu 16000 Và hình 4.6 vẽ lại hình 4.5 cho dễ nhìn Hình 4.7 liệu chuyến tàu, đầu tàu loại nhỏ (bên trái) toa loại trung bình Hình 4.8 liệu đoàn tàu không hàng, đầu tàu cao trội lên, toa khác hàng, khối lượng gần nhau, thực tế, khối lượng toa không Hình 4.9 ảnh thật sản phẩm cân động thiết kế Sản phẩm đặt tên CB090504, có hai hàng LED thanh, hàng thể giá trị cụm cân 1, hàng thể giá trị cụm cân Hình 4.9 hình nhóm sản phẩm gồm cụm chuyển đổi, thực tế, cần 01 hoạt động thời điểm, đưa sản phẩm vào ứng dụng, nên cần phải đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục, nên tác giả định lắp 06 tủ, để thay cần thiết Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Về không hàng 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 193 385 577 769 961 1153 1345 1537 1729 1921 2113 2305 2497 2689 2881 3073 -2000 Hình 4.8: Dữ liệu chuyến tàu không hàng, 11 toa đầu tàu Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.6 Xác định rủi ro 4.6 58 4.7 Đánh giá kết thử nghiệm Khi phát thấy tín hiệu nhận không bình thường, đề nghị cán vận hành kiểm tra đường truyền tín hiệu Không nên để máy tính xa tủ đo lường khuếch đại tín hiệu, khoảng cách an toàn nên để ≤ 1.5m Xác định rủi ro Hệ thống cân hệ thống điện tử, không tránh khỏi rủi ro Rủi ro xác định nguyên nhân sau: Thiên tai: Thiên tai lũ lụt gây ngập, hỏng loadcell, sét đánh gây cháy nổ hệ thống Phương án đưa đào mương, rãnh thoát nước dọc theo bàn cân; thiết kế hệ thống chống sét đảm bảo độ an toàn tin cậy Nún, sụt bàn cân, bàn cân bị rung lắc: Trước thi công, cần phải làm chắn vị trí đất xung quanh bàn cân, đổ bê tông cốt thép liên kết toàn bàn cân, làm cọc đóng sâu xuống đất thấy cần thiết Chọn vị trí làm bàn cân cho không nằm cạnh đường tàu khác Độ bền linh kiện theo thời gian: Tuổi thọ linh kiện có hạn, nên thi công, cần phải dự phòng linh kiện, đề phòng trường hợp xấu xảy Nguồn nuôi không đảm bảo: Nguồn cung cấp cho hệ thống vô quan trọng Điện áp khu vực cân cần phải đảm bảo chắn sẵn sàng ổn định Cần thiết phải thêm hệ thống gồm có lưu điện công suất khoảng ≥ 2Kw ổn định điện áp lắp sau lưu điện 59 4.7 Đánh giá kết thử nghiệm Sau chương trình hoàn thiện, phần mềm đưa vào thực tế để thử nghiệm Sau số lần thử nghiệm thực tế, phần mềm lấy lại tính đắn xác theo tính toán Giao diện thân thiện với người vận hành; Mỗi người vận hành đào tạo khoảng thời gian ngắn sử dụng tốt chương trình Mỗi tàu qua, module làm việc ghi lại kết quả, đưa kết luận khối lượng phiếu cân đưa vào CSDL Thực tế cho thấy, sai số môi trường khó tránh khỏi, ví dụ tàu chạy ban đêm, nhiệt độ thấp, ray tàu lạnh cứng lại, ép xuống bàn cân dẫn đến lệch kết so với ban ngày trời nắng, ray dãn nở Chính vậy, phải có hệ số bù lệch (bù zero) Sau bù lệch, kết tính toán, sai số nằm vùng cho phép: không 0.5% Cấu hình sai hệ thống: Khi vận hành, người vận hành nắm không vững quy trình vận hành tham số vận hành, làm cho hệ thống chạy không mong muốn Giải pháp đưa trước chuyển giao công nghệ cho cán vận hành, cần tổ chức khoá huấn luyện kỹ lưỡng phương pháp vận hành hệ thống Khi thấy hệ thống có vấn đề lạ, cần reset lại tham số mặc định Chỉnh định không theo hướng dẫn vận hành: Khi chỉnh định cân không theo hướng dẫn vận hành, dẫn đến sai số không đáng có, mùa đông (trời lạnh, ray co) hệ thống lại làm việc theo mùa hè (trời nóng, ray dãn nở) Hỏng, nhiễu đường truyền đặt gần đối tượng gây nhiễu: Khi đường truyền tín hiệu bị đặt gần đối tượng gây nhiễu động cơ, máy khò hàn, dẫn đến hỏng đường truyền, hay nhẹ nhiễu tín hiệu Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.7 Đánh giá kết thử nghiệm 60 Hình bộ: Kết luận Các kết thực Luận văn Xây dựng hệ thống quản lý cân động ứng dụng hệ thống cân tàu hỏa, tập chung vào nghiên cứu quy trình cần thiết từ ý tưởng thiết lắp đặt vận hành, bảo trì bảo dưỡng Hệ thống thiết kế đáp ứng đầy đủ yếu tố phân tích từ đầu • Luận văn thiết kế theo trình tự bước giáo trình phân tích thiết kế hệ thống, gồm bước: Khảo sát xác định yêu cầu phân tích hệ thống; Phân tích hệ thống hướng đối tượng; Thiết kế hệ thống hướng đối tượng; lập trình hướng đối tượng • Luận văn đạt yêu cầu khâu khảo sát phân tích yêu cầu bộ, lắp tủ: • Kết kiểm thử thực tế cho kết khả quan Tuy hệ thống thiết kế cụ thể, song không tránh khỏi thiếu sót Trong trình viết luận văn, tác giả chưa biểu đạt nghĩa khâu thiết kế, trình bày sơ sài, chưa nêu bật hết phần thiết kế chi tiết Về hệ thống cân, thiết kế luận văn khả thi, song trình độ hạn chế, nên thiết kế chưa phải tối ưu Phần mềm chưa kiểm định theo thời gian, trình vận hành, có lỗi không đáng có xảy ra, cần phải phát triển hoàn thiện Tính ứng dụng thực tiễn Hình 4.9: Sản phẩm thực tế Hệ thống có tính ứng dụng thực tiễn cao, không riêng ngành than, mà áp dụng nhiều ngành khác, ngành Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.7 Đánh giá kết thử nghiệm 62 cân bò trang trại, cân ô tô, Do hệ thống có tính thực thi cao cần thiết thực tế, nên sau này, tác giả dự định tối ưu dần phần mềm phần cứng, tìm hiểu cách thiết kế chuyển đổi tối ưu nhân rộng áp dụng nhiều lĩnh vực khác để giảm giá thành hệ thống phải nhập ngoại Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Bảng thuật ngữ viết tắt Hướng phát triển Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động 4.7 Đánh giá kết thử nghiệm Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn ADC Advantech ASM AUSART Buffer CAN CNPM CNTT CSDL DSP EEPROM FFT Filter GNU KCS LED Loadcel MPI NSD OOA OOD PC PCI PIC PPI ProfiBus Rose TKV UML USB (Analog Digial Converter): Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số tên công ty sản xuất sản phẩm ghép nối máy tính Assembly Asynchronous Universal Serial Receive and Transmit đệm Control Area Network Công nghệ phần mềm Công nghệ thông tin Cơ sở liệu Digital Signal Processing Electrical Eraser Programmable Readonly Memmory Fast Furie Transform Bộ lọc tín hiệu General Public License Kiểm tra chất lượng sản phẩm (Liquid Emiting Diode): tên loại linh kiện điện tử tên loại cảm biến khối lượng Multi Point Interface Người sử dụng Phân tích hướng đối tượng Thiết kế hướng đối tượng Personal Computer Peripheral Controller Interface (Programmable Intelligent Computer): Tên loại vi điều khiển Point to Point Interface Tên loại giao thức truyền thông nối tiếp Tên phần mềm hỗ trợ thiết kế lập trình hướng đối tượng Tên tập đoàn Than Khoáng sản Việt nam (Unified Modeling Language): ngôn ngữ mô hình hoá thống Universal Serial Bus Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH SÁCH HÌNH VẼ Danh sách hình vẽ 1.1 Công ty than khoáng sản Việt Nam - TKV 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 Sơ đồ khối tổng thể Sơ đồ khối tổng thể chọn Mối quan hệ công việc pha phân yêu cầu Thiết kế logic thiết kế chi tiết Lập trình tập trung xây dựng lớp tích 15 17 17 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 Thiết kế khí gá lắp Loadcell Khoảng cách bánh tàu trục Thiết kế chi tiết phần cứng hệ thống Sơ đồ nguyên lý Loadcell Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại Loadcell Sơ đồ nguyên lý khối AD Sơ đồ thuật toán đọc ADC Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị Mạch hiển thị khối lượng tốc độ Bàn phím chỉnh tham số gốc Truyền thông USB Khối nguồn Mô tín hiệu điện khối nguồn Biểu đồ ca sử dụng Biểu đồ lớp Biểu đồ trình tự: "Cập nhật thông tin" Biểu đồ trình tự: "In phiếu cân" 19 19 20 21 22 23 24 25 25 26 27 30 31 36 37 37 38 Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 65 3.18 Biểu đồ cộng tác 3.19 Biểu đồ lớp chi tiết 3.20 Mạch in thành phẩm 38 39 40 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Giao diện hình Giao diện hình báo cáo Giao diện hình cài đặt Nhóm liệu toa tàu có hàng Dữ liệu chuyến tàu có hàng, 11 toa đầu tàu Dữ liệu chuyến tàu có hàng, 11 toa gồm đầu tàu Dữ liệu chuyến tàu có hàng, đầu tàu loại nhỏ Dữ liệu chuyến tàu không hàng, 11 toa đầu tàu Sản phẩm thực tế 52 53 54 55 56 56 57 57 60 B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 B.6 B.7 B.8 B.9 B.10 B.11 B.12 B.13 B.14 B.15 B.16 Mạch khuếch đại vi sai Mạch khuếch đại đảo Mạch khuếch đại không đảo Mạch theo điện áp Mạch khuếch đại tổng Mạch tích phân - Mạch vi phân Mạch so sánh Mạch khuếch đại đo lường Mạch chuyển đổi kiểu Schmitt (Schmitt Mạch giả lập cuộn cảm Mạch biến đổi tổng trở âm Mạch chỉnh lưu xác Mạch khuếch đại đầu Lô-ga Mạch khuếch đại đầu hàm số mũ Một số loại Loadcell thông dụng 72 72 73 73 74 74 75 75 75 76 76 76 76 77 78 78 Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên trigger) Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Phụ lục A Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Quốc Trung (2004), Xử lý tín hiệu lọc số, Nxb KHKT [2] Đoàn Văn Ban (Hà Nội,2005), Phân tích, thiết kế hướng đối tượng với UML [3] Nguyễn Xuân Huy (1994), Công nghệ phần mềm, Đại học Tổng hợp Tp Hồ Chí Minh [4] Quatrani T (2000), Visual Modeling With Rational Rose and UML, Addison-Wesley, http://www.rational.com [5] Hoàng Minh Sơn (2005), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB KHKT [6] British Standard (1998), BS 7925- - Standard for Software Component Testing, British Computer Society [7] Cem Kaner, Jack Falk, Hung Quoc Nguyen (1999), Testing Computer Software, John Wiley Sons, Inc [8] IEEE (1997), IEEE Std 1028-1997 – IEEE Standard for Software Review, The Institute of Electrical and Electronics Engineerings, Inc., USA Vi điều khiển PIC A.1 Từ Vi xử lý đến Vi điều khiển Bộ Vi xử lý có khả vượt bậc so với hệ thống khác khả tính toán, xử lý, thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu toán hệ thống lớn.Tuy nhiên ứng dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả tính toán lớn việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi hệ thống dù lớn hay nhỏ, dùng vi xử lý đòi hỏi khối mạch điện giao tiếp phức tạp Các khối bao gồm nhớ để chứa liệu chương trình thực hiện, mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập điều khiển trở lại, khối liên kết với vi xử lý thực công việc Để kết nối khối đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường thành phần vi xử lý, nhớ, thiết bị ngoại vi Hệ thống tạo phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp vấn đề trình độ người thiết kế Kết giá thành sản phẩm cuối cao, không phù hợp để áp dụng cho hệ thống nhỏ [9] http://PICAT.dieukhien.net Vì số nhược điểm nên nhà chế tạo tích hợp nhớ số mạch giao tiếp ngoại vi với vi xử lý vào IC gọi Microcontroller-Vi điều khiển Vi điều khiển có khả tương tự khả vi xử lý, cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản nhiều Vi điều khiển đời mang lại tiện lợi người dùng, họ không cần nắm vững khối lượng kiến thức lớn người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành cho người dùng trở nên đơn giản nhiều có khả giao tiếp trực tiếp với thiết bị bên Vi điều khiển xây dựng với phần cứng dành cho người sử dụng đơn giản hơn, [10] http://Microchip.com [11] http://hiendaihoa.com [12] http://www.automation.org.vn [13] http://www.vinacomin.vn [14] http://www.usb.org/developers/hidpage/ [15] http://www.mikroe.com/en/ Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn A.2 Vi điều khiển họ PIC 68 thay vào lợi điểm khả xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậm khả tính toán hơn, dung lượng chương trình bị giới hạn) Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp Vi điều khiển ứng dụng dây chuyền tự động loại nhỏ, robot có chức đơn giản, máy giặt, ôtô v.v A.2 Vi điều khiển họ PIC PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất công ty Microchip Technology Dòng PIC PIC1650 phát triển Microelectronics Division thuộc General Instrument PIC bắt nguồn chữ viết tắt "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thông minh) sản phẩm hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC1650 dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 CPU tốt, lại hoạt động xuất nhập, PIC 8-bit phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt ROM, mặc dù, cụm từ RISC chưa sử dụng thời bây giờ, PIC thực vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh chu kỳ máy (4 chu kỳ dao động) Năm 1985 General Instruments bán phận vi điện tử họ, chủ sở hữu hủy bỏ hầu hết dự án - lúc lỗi thời Tuy nhiên PIC bổ sung EEPROM để tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày nhiều dòng PIC xuất xưởng với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC ), với nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word A.3 Lập trình cho PIC A.3 69 Lập trình cho PIC PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 bit, ví dụ: PIC12Cxxx) mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit, ví dụ: PIC16Fxxxx), tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh, 70 lệnh dòng PIC high-end (độ dài mã lệnh 16 bit, ví dụ: PIC18Fxxxx) Tập lệnh bao gồm lệnh tính toán ghi, với số, vị trí nhớ, có lệnh điều kiện, lệnh nhảy/gọi hàm, lệnh để quay trở về, có tính phần cứng khác ngắt sleep (chế độ hoạt động tiết kiện điện) Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB, bao gồm phần mềm mô trình dịch ASM Một số công ty khác xây dựng trình dịch C, Basic, Pascal cho PIC Microchip bán trình dịch "C18" (cho dòng PIC high-end) "C30" (cho dòng dsPIC30Fxxx) Họ cung cấp "student edition/demo" dành cho sinh viên người dùng thử, version chức tối ưu hoá code có thời hạn sử dụng giới hạn Những trình dịch mã nguồn mở cho C, Pascal, JAL, Forth, cung cấp PicForth GPUTILS kho mã nguồn mở công cụ, cung cấp theo công ước quyền GNU General Public License GPUTILS bao gồm trình dịch, trình liên kết, chạy Linux, Mac OS X, OS/2 Microsoft Windows GPSIM trình mô dành cho vi điều khiển PIC thiết kế ứng với module phần cứng, cho phép giả lập thiết bị đặc biệt kết nối với PIC, ví dụ LCD, LED A.4 Một vài đặc tính PIC Hiện có nhiều dòng PIC có nhiều khác biệt phần cứng, điểm qua vài nét sau: • 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard có sửa đổi • Flash ROM tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte • Các cổng Xuất/Nhập (I/O ports) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic logic 1) • 8/16 Bit Timer Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn A.4 Một vài đặc tính PIC 70 • Công nghệ Nanowatt • Các chuẩn Giao Tiếp Ngoại Vi Nối Tiếp Đồng bộ/Không đồng USART, AUSART, EUSARTs • Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit • Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparators) Phụ lục B • Các module Capture/Compare/PWM • LCD • MSSP Peripheral dùng cho giao tiếp I2 C, SPI, I2 S Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán • Bộ nhớ nội EEPROM - ghi/xoá lên tới triệu lần • Module Điều khiển động cơ, đọc encoder Bài nêu lên số ứng dụng tiêu biểu linh kiện tích hợp mạch rắn - Mạch khuếch đại thuật toán Trong có sử dụng sơ đồ đơn giản hóa, người đọc nên lưu ý nhiều chi tiết tên linh kiện, số thứ tự chân nguồn cung cấp hình • Hỗ trợ giao tiếp USB • Hỗ trợ điều khiển Ethernet • Hỗ trợ giao tiếp CAN • Hỗ trợ giao tiếp LIN • Hỗ trợ giao tiếp IrDA • Một số dòng có tích hợp RF (PIC16F639, rfPIC) • KEELOQ Mã hoá giải mã • DSP tính xử lý tín hiệu số (dsPIC) Các điện trở sử dụng sơ đồ thường ghi nhận giá trị đơn vị kΩ Các điện trở có dải < kΩ gây dòng điện mức có khả phá hỏng linh kiện Các điện trở có dải >1 M Ω gây tạp âm nhiệt làm cho mạch vận hành ổn định ứng với dòng định thiên đầu vào Ghi chú: Một điều quan trọng cần lưu ý công thức giả định sử dụng mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng Điều có nghĩa thiết kế thực tế mạch cần phải tham khảo thêm số tài liệu chi tiết khác B.1 Ứng dụng mạch tuyến tính Sau mạch bổ trợ cho việc thiết kế phần cứng luận văn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 72 73 - Mạch khuếch đại không đảo - Mạch khuếch đại vi sai Thuật ngữ "Mạch khuếch đại vi sai" không nhầm lẫn với thuật ngữ "Mạch vi phân" Vout = V2 Hình B.1: Mạch khuếch đại vi sai Mạch điện dùng để tìm hiệu số, sai số điện áp mà điện áp nhân với vài số Các số xác định nhờ điện trở (Rf + R1 )Rg (Rg + R2 )R1 − V1 Rf R1 Tổng trở vi sai Zin (giữa chân đầu vào) = R1 + R2 - Hệ số khuếch đại vi sai: Hình B.3: không đảo Mạch khuếch đại Zin = ∞ (thực ra, tổng trở thân đầu vào op-amp có giá trị từ 1M ω đến 10T ω Trong nhiều trường hợp tổng trở đầu vào xem cao hơn, ảnh hưởng mạch hồi tiếp.) Dùng để khuếch đại điện áp (nhân với Một điện trở thứ ba, có giá trị R Rin f số lớn 1) , thêm vào nguồn tín hiệu vào Vin đầu vào không đảo thực không R2 Vout = Vin + cần thiết, làm giảm thiểu R1 sai số dòng điện định thiên đầu vào Nếu R1 = R2 Rf = Rg , Vout = A(V2 − V1 ) A = Rf /R1 - Mạch theo điện áp - Mạch khuếch đại đảo Vout = −Vin (Rf /Rin ) Zin = Rin (vì V − điểm đất ảo) Một điện trở thứ ba, có trị số Rf Rin = Hình B.2: Mạch khuếch đại đảo Rf Rin /(Rf +Rin ), thêm vào đầu vào Dùng để đổi dấu không đảo đất không cần khuếch đại điện áp thiết lắm, giảm thiểu sai số dòng định thiên đầu vào (nhân với số âm) Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình B.4: Mạch theo điện áp Được sử dụng khuếch đại đệm, để giới hạn ảnh hưởng tải hay để phối hợp tổng trở (nối linh kiện có tổng trở nguồn lớn với linh kiện khác có tổng trở vào thấp) Do có hồi tiếp âm sâu, mạch có khuynh hướng không ổn định tải có tính dung cao Điều ngăn ngừa cách nối với tải qua điện trở Vout = Vin Zin = ∞ (thực ra, tổng trở thân đầu vào op-amp có giá trị từ 1M ω đến 10T ω.) Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 74 75 - Mạch vi phân Mạch để lấy vi phân (có đảo dấu) tín hiệu theo thời gian Thuật ngữ "Mạch vi phân" tránh không nên nhầm lẫn với "mạch khuếch đại vi sai", trang - Mạch khuếch đại tổng Mach sử dụng để làm phép cộng số tín hiệu điện áp Vout = −RC V1 V2 Vn + + + R1 R2 Rn Vout = −Rf Hình B.7: - Mạch vi phân R1 = R2 = = Rn , Rf độc lập Vout = − Hình B.5: Mạch khuếch đại tổng Rf R1 (V1 + V2 + · · · + Vn ) Nếu R1 = R2 = · · · = Rn = Rf dVin dt (Trong đó, Vin Vout hàm số theo thời gian) Lưu ý cấu trúc mạch xem mạch lọc thông thượng, dạng mạch lọc tích cực - Mạch so sánh Vout = −(V1 + V2 + · · · + Vn ) Mạch để so sánh hai tín hiệu điện áp, chuyển mạch ngõ để hiển thị mạch có điện áp cao Ngõ đổi dấu Tổng trở đầu vào Zn = Rn , cho đầu vào (V − xem điểm đất ảo) Vout = Hình B.8: Mạch so sánh (Trong Vs điện áp nguồn, mach cấp nguồn từ + Vs −Vs ) - Mạch tích phân Mạch dùng để tích phân (có đảo dấu) tín hiệu theo thời gian t − Vout = Hình B.6: Mạch tích phân Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên - Mạch khuếch đại đo lường Vin dt + Vinitial RC (Trong đó, Vin Vout hàm số theo thời gian, Vinitial điện áp ngõ mạch tích phân thời điểm t = 0.) Lưu ý cấu trúc mạch xem mạch lọc thông thấp, dạng mạch lọc tích cực Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn VS+ V1 > V2 VS− V1 < V2 Người ta kết hợp đặc tính tổng trở vào cao, độ suy giảm tín hiệu đồng pha cao, điện áp bù đầu vào thấp đặc tính khác để thiết kế mạch đo lường xác, độ nhiễu thấp Hình B.9: Mạch khuếch đại đo lường Mạch thiết lập cách thêm mạch khuếch đại không đảo, đệm vào đầu vào mạch khuếch đại vi sai để tăng tổng trở vào Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 76 77 - Mạch khuếch đại đầu Lô-ga - Mạch chuyển đổi kiểu Schmitt (Schmitt trigger) Mạch so sánh có trễ R1 Độ trễ từ −R R2 Vsat đến R2 Vsat Mối quan hệ vin điện áp đầu vào điện áp đầu v( out) cho bởi: Hình B.10: Mạch chuyển đổi kiểu Schmitt (Schmitt trigger) vout = −Vγ ln vin IS · R nơi Is bão hòa dòng Nếu khuếch đại xem lý tưởng, chân âm nối mass, đó, dòng chảy vào điện trở từ nguồn (và thông qua diode để đầu ra, từ op-amp đầu vào không tạo điện áp) là: Hình B.12: Mạch biến đổi tổng trở âm - Mạch biến đổi tổng trở âm Rin = −R3 Hình B.11: Mạch giả lập cuộn cảm B.2 R1 R2 Hình B.14: Mạch khuếch đại đầu Lô-ga vin = IR = ID R ID có dòng chảy qua diode Được biết, mối quan hệ dòng điện điện áp cho diode là: VD ID = IS e Vγ − Điều này, điện áp lớn không, xấp xỉ bởi: Các ứng dụng phi tuyến Dưới mạch phi tuyến, sử dụng để thiết kế phần tử mạch - Mạch chỉnh lưu xác Cấu hình có số hạn chế Để biết thêm thông tin để biết cấu hình thực tế sử dụng, xem Hình B.13: xác ID VD IS e Vγ Đưa cặp công thức với xem xét thấy có điện áp đầu âm qua diode (Vout = - VD), mối quan hệ chứng minh Lưu ý điều thực không xem xét ổn định nhiệt độ hiệu ứng khác lý tưởng Mạch chỉnh lưu Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 78 - Mạch khuếch đại đầu hàm số mũ Mối quan hệ điện áp đầu vào vin điện áp đầu vout cho bởi: vin vout = −RIS e Vγ Nơi IS bão hoà dòng Xem xét hoạt động khuếch đại lý tưởng, chân âm nối đất, đó, dòng thông qua diode cho bởi: Hình B.15: Mạch khuếch đại đầu hàm số mũ VD ID = IS e Vγ − điện áp lớn không, xấp xỉ bởi: VD ID IS e Vγ Điện áp đầu cho bởi: vout = −RID Hình B.16: Một số loại Loadcell thông dụng Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... thống cân động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.7 Đánh giá kết quả thử nghiệm 60 Hình một bộ: Kết luận Các kết quả thực hiện Luận văn Xây dựng hệ thống quản lý cân động ứng dụng trong hệ thống cân tàu hỏa, tập... Như vậy, một hệ thống có thể xem như là hệ thống con của một hệ thống khác và bản thân nó lại có thể chứa một số các hệ thống con khác nhỏ hơn Công nghệ phần cứng phát triển nhanh cả về chất lượng và tốc độ xử lý với giá thành ngày một hạ trong khi giá phần mềm lại rất cao Để phát triển được những hệ thống phần mềm đáp ứng được những yêu cầu trên thì đòi hỏi phải áp dụng lý thuyết, kỹ nghệ, phương pháp... than tại cị trí cân Hệ thống của chúng ta gồm cả phần cứng và phần mềm Nên việc xây dựng hệ thống phần mềm cần gắn liền với hệ thống phần cứng Người vận hành có thể phải hiểu được cách vận hành của cả phần cứng lẫn phần mềm Bộ phận dám định chính là cán bộ của phòng KCS của cả hai công ty Bộ phận này có nhiệm vụ là xác định những thông tin ghi trên phiếu cân là chính xác Hệ thống phần cứng và phần mềm... xử lý đến Vi điều khiển Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính toán, xử lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn.Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc Bởi vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý. .. và mối quan hệ giữa các lớp: được chỉ rõ như hình 3.15 4 Biểu đồ trình tự: Để hiểu rõ hoạt động của hệ thống, với mỗi ca sử dụng cần phải xây dựng biểu đồ trình tự mô tả việc trao đổi thông điệp giữa các đối tượng theo trục thời gian • Cập nhật thông tin: Bình thường, khi không có tàu, hệ thống làm việc dạng dò thông tin Mỗi khi tàu đến gần, mức tín hiệu Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa... văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Nguyễn Tuấn Anh http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2 Thiết kế hướng đối tượng phần mềm hệ thống [2] 34 Dưới đây, chúng ta phát triển hệ thống từng bước: 1 Mô tả bài toán: Hệ thống cân động gồm có 4... văn: Thiết kế hệ thống cân động 1 ADJ 1 3 1 COJ65 J65 D C B A 3.1 Thiết kế phần cứng hệ thống 20 3.1 Thiết kế phần cứng hệ thống 3.1.1 R 1 chỉnh 21 Khối cảm biến Sơ đồ khối cảm biến, không được thể hiện đầy đủ trong hình 3.3, thiết kế đầy đủ khối cảm biến bao gồm: Loadcell, khuếch đại Tín hiệu ra phải ở dạng chuẩn công nghiệp: 0 10v [11] +10v R GND S+ R Luận văn: Thiết kế hệ thống cân động Số hóa bởi... phần mềm hệ thống [2] 3.2.4 40 Lập trình và kiểm tra hệ thống Qua quá trình phân tích bài toán trên đây, ta có thể xây dựng được một hệ thống hoàn hảo, gồm cả phần cứng, phần mềm nhúng và phần mềm Để xây dựng phần cứng, ta phải nắm rõ thêm được một số phần mềm CAD (Computer-Aided Design) như Altium Designer, OrCAD, [9] nhằm xây dựng mạch in cho hệ thống Sau khi thiết kế mạch in, sản phẩm của chúng ta... tin giữa hệ thống, bên bán và bên mua • Các ca sử dụng : chúng ta xác định ca sử dụng (những công việc) hệ thống cần phải thực hiện như sau: – Tàu chạy vào bàn cân: lái tàu cần cho tàu chạy đúng vận tốc quy định (từ 3km/h đến 15km/h) – In phiếu cân: in phiếu cân hiện tại của chuyến tàu vừa đi qua – Vấn tin: truy vấn thông tin theo ngày, tuần, quý, năm để phục vụ thống kê • Biểu đồ ca sử dụng: Qua cách... tượng phần mềm hệ thống [2] 32 Bảo hành, bảo trì phần mềm là bảo đảm cho hệ thống hoạt động đúng với thiết kế và đáp ứng yêu cầu sử dụng của khách hàng Chính vì thế mà công bảo hành phần mềm là rất tốn kém, do đó đòi hỏi phải tập trung nhiều hơn vào khâu phân tích, thiết kế hệ thống Mọi hệ thống phần mềm cũng như các hệ thống khác không thể tồn tại độc lập mà nó luôn hoạt động và tồn tại trong một môi