Luận văn Nghiên cứu thiết kế mạng RS485

Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Ngày với tốc độ phát triển nhanh cơng nghệ vi điện tử kỹ thuật truyền thơng cơng nghệ phần mềm Trong năm gần tạo chuyển biến hướng đi, mà ứng dụng thực triển đời sống, khoa học kỹ thuật mà cơng nghệ vi xử lí đem đến.Ví dụ điều khiển tồ nhà, thiết bị sinh hoạt, tự động báo cháy v v… v n Trong lĩnh vực tự động hố cơng nghiệp từ đơn giản điều khiển trực tuyến đơn vị xử lý kết hợp nhiều vi xử lý để điều khiển hệ m thống phức tạp.Vậy với em sinh viên nghành tự động điều khiển với đề tài giao "Nghiên cứu thiết kế mạng RS485" để ứng dụng vào thực tế cho h co cơng việc chun mơn, em sâu vào phát triển ứng dụng mạng RS485 để phục vụ cho cơng việc chun mơn em (nói riêng) nghành cơng ec nghiệp (nói chung) Với đề tài giao nghiên cứu thiết kế mạng RS485 ứng dụng cho t đề tài dùng phương pháp Master Slave (chủ tớ) đề tài phát triển w gồm: w Trạm chủ ( Master ) hai trạm tớ (Slave ) Trạm tớ dùng để điều khiển Led thơng qua đường truyền RS 485 w Trạm tớ giống trạm tớ1 có thêm điều khiển động - Đường truyền RS485 chuẩn giao tiếp nối tiếp bất đồng cân sử dụng điện áp chênh lệch đối xứng hai đầu dây dẩn Dùng mạng Half Duplex (bán song cơng) tức thời điểm dây truyền thiết bị truyền nhận - RS 485 cho phép 32 truyền Bus tạo thành mạng cục (mạng Lan ) Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:2 PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương I: CHẾ ĐỘ TRUYỀN TẢI I:Truyền bit song song truyền bit nối tiếp 1: Truyền bit song song : v n - Phương pháp truyền bit song song dùng phổ biến bus nội máy tính, bus giữ liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển, tốc độ truyền tải phụ thuộc vào h co m số kênh dẫn độ rộng bus song song VD: bit, 16 bit, 32 bit hay 64 bit - Phương pháp truyền hạn chế khoảng cách nhỏ, có u cầu ec cao thời gian tốc độ truyền t 2: Truyền bit nối tiếp : w - Với phương pháp bit chuyển cách qua w đường truyền nhất, tốc độ bit hạn chế, cách thực lại đơn w giản, độ tin cậy liệu cao Tất mạng truyền thơng sử dụng phương pháp II: Truyền đồng khơng đồng - Sự phân biệt chế độ truyền đồng khơng đồng liên quan tới phương thức truyền bit song song, vấn đề đặt đồng hố bên gửi bên nhận liệu - Trong chế độ truyền đồng đối tác truyền thơng làm việc theo nhịp, tức với tần số độ lệch pha cố định quy định trạm có Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:3 vai trò tạo nhịp dùng đường dây riêng mang nhịp đồng cho trạm khác - Với chế độ truyền khơng đồng bên gửi bên nhận khơng làm việc theo nhịp chung, liệu trao đổi thường chia thành nhóm bit gọi ký tự, ký tự chuyển vào thời điểm khơng đồng Vì cần thêm bit để đánh dấu khởi đầu kết thúc cho ký tự III: Truyền chiều, hai chiều tồn phần gián đoạn .v n - Một đường truyền liệu làm việc theo chế độ hai chiều tồn phần m hai chiều gián đoạn h co - Trong chế độ truyền chiều, thơng tin truyền theo chiều, trạm đóng vai trò bên phát bên nhận thơng tin suốt q trình giao tiếp ec - Chế độ truyền hai chiều gián đoạn cho phép trạm tham gia t gửi nhận thơng tin khơng lúc, nhờ mà thơng tin trao đổi theo hai chiều ln phiên đường truyền vật lý w - Với chế độ truyền hai chiều tồn phần trạm gửi nhận w thơng tin lúc Phương pháp sử dụng hai đường truyền riêng biệt cho w thu phát IV: Truyền tải dải sở, truyền tải dải mang truyền tải dải rộng 1: Truyền tải dải sở : - Một tín hiệu mang nguồn thơng tin biểu diễn tổng nhiều dao động có tần số khác nằm phạm vi hẹp gọi dải tần sở hay dải hẹp Tín hiệu truyền tín hiệu tao Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:4 sau mã hố bit Mọi thành viên mạng phải phân chia thời gian để sử dụng đường truyền nhịp truyền bít 2: Truyền tải dải mang : - Trong số trường hợp dải tần sở khơng tương thức mơi trường làm việc VD: Tín hiệu có tần số, xạ nhiễu ảnh hướng tới thiết bị khác ngược lại bị thiết bị khác gây nhiễu Để khắc phục tình trạng ta v n sử dụng tín hiệu mang dải tần lớn nhiều so với tần số nhịp, liệu cần tải m dùng để kiềm chế tần số, biên độ pha tín hiệu mang, bên nhận thực q h co trình giải điều chế để phục hồi thơng tin nguồn 3: Truyền tải dải rộng : - Một tín hiệu chứa đựng nhiều nguồn thơng tin khác nhau, ec cách sử dụng kết hợp cách thơng minh nhiều thơng số thơng tin Sau nhiều t nguồn thơng tin khác mã hóa bit, tín hiệu tạo dùng để điều biến tín hiệu khác thường có tần số lớn nhiều gọi tín hiệu mang, w tín hiệu mang điều biến có tần số khác nên pha trộn xếp w chồng thành tín hiệu có phổ tần trải rộng, tín hiệu cuối lại w dùng để điều biến tín hiệu mang khác, tín hiệu thu từ khâu truyền đi, kỹ thuật dùng kênh phân tần V: Cấu trúc mạng bus: - Được sử dụng đường dẫn chung cho hệ thống, thành viên tham gia vào mạng nối trực tiếp qua đường dẫn chung này, kết cấu cấu trúc đơn giản có ưu điểm mặt tiết kiệm dây dẫn, dễ lắp đặt - Trong cấu trúc bus ta chia làm ba cấu trúc sau: mơ tả hình vẽ 1.3 (trang bên) Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:5 + Daisy-chain, Trunk-line/Drop-line Mạch vòng khơng tích cực + Ở hai cấu trúc đầu Daisy-chain Trunk-line/Drop-line thành viên tham gia vào mạng nối với theo cấu trúc đường thẳng hai đầu đường thẳng khơng khép kín + Đối với Daisy-chain trạm nối theo phương pháp nối tiếp dây dẫn khơng nối qua đoạn dây phụ cấu trúc Trunkline/Drop-line .v n + Phương pháp nối mạng cấu trúc Trunk-line/Drop-line ngược lại so với Daisy-chain, thành viên nối mạng khơng nối trực tiếp h co đường dẫn gọi Trunk-line m mà phải qua đoạn dây dẫn phụ gọi Drop-Line để kết nối vào bus tới + Mạch vòng khơng tích cực tương tự cách nối Trunk- ec Line/Drop-Line, nối qua đoạn dây dẫn phụ Drop-Line để đến trục khác chỗ trục khép kín thành vòng gọi mạch vòng Tất t minh họa hình vẽ dây Trunk-line Drop-line Drop-line w w w Các đoạn dây dẫn Trunk-line/Drop-line Daisy-chain Mạch vòng không tích Hình : Cấu trúc bus Drop-line Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:6 - Đối với hệ thống bus ngồi ưu điểm đơn giản dễ kết nối tính ưu việt chúng, bên cạnh có tiện lợi việc thay thế, sửa chữa, thêm bớt thành viên vào trạm khơng làm ảnh hưởng đến hệ thống, nên hệ thống thường sử dụng rộng rãi hệ thống mạng điều khiển cơng nghiệp Bên cạnh ưu điểm việc sử dụng chung đường truyền đặt giải pháp hợp lý, số lượng thành viên mạng tăng lên đòi hỏi phân chia kênh truyền theo thời gian thật phù hợp để tránh xung đột xảy nhiều trạm thu phát lúc, gọi phương pháp v n truy cập bus Bên cạnh ưu điểm cấu trúc bus có khuyết điểm m sau: h co - Một tín hiệu gởi tới tất trạm có mặt mạng khơng kiểm sốt khơng thực việc gán địa cho trạm cần truyền, thực tế việc gán địa gây khơng khó khăn ec - Tất trạm có khả phát ln kiểm tra đường truyền t xem có liệu gởi cho hay khơng, hệ thống phải thiết kế cho đủ tải để thực cơng việc trạm, dẫn đến hạn chế số lượng thành viên w tham gia mạng w - Chiều dài dây dẫn tương đối dài, cấu trúc đường thẳng w thường xảy phản xạ mối nối làm suy giảm chất lượng tín hiệu, vấn đề cần phải khắc phục điểm - Trường hợp dây dẫn đứt hay ngắn mạch phần kết nối bus trạm bị hư hỏng dẫn đến ngưng hoạt động hệ thống mà việc định vị gặp nhiều khó khăn VI: Cấu trúc mạch vòng ( tích cực): - Để tìm hiểu cấu truc trước hết ta khảo sát qua mơ hình cấu trúc hình vẽ đây.(Hình 1) Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:7 MASTER Có điều khiển trung tâm v n Không có điều khiển trung tâm m Hình : Cấu trúc mạch vòng - Cấu trúc mạch vòng tích cực cấu trúc thành viên tham gia vào h co mạng kết nối cách từ thành viên đến thành viên cho chúng liên lạc với theo vòng khép kín Mỗi thành viên tự tham gia tích ec cực vào việc kiểm sốt đường truyền để nhận biết dòng liệu, trạm nhận liệu từ trạm đứng trước chuyển tiếp cho trạm đứng sau theo t chiều cố định hướng trước dòng liệu trở điểm xuất phát w ban đầu từ máy phát dòng liệu máy thu nhận trở lại hủy bỏ w Ưu điểm trạm vừa có chức thu vừa có chức phát lại, dó tránh suy giảm tín hiệu, lần trạm thu đồng w thời phát lại dòng liệu nên xem khuếch đại trở lại tín hiệu ban đầu, cấu trúc truyền với khoảng cách lớn nhiều trạm kết nối so với cấu trúc bus, ưu điểm dòng liệu di chuyển theo hướng định, vấn đề góp phần tích cực vào việc khắc phục xung đột đường truyền, kiểu mạch vòng có hai cấu trúc, cấu trúc có điều khiển trung tâm khơng có điều khiển trung tâm minh họa hình vẽ (Hình ) Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:8 - Với mạch vòng khơng có điều khiển trung tâm thành viên tham gia liên kết mạng khơng có ưu tiên trước hay sau, thành viên mạng tự phân chia kiểm sốt đường dẫn - Đối với mạch vòng có điều khiển trung tâm việc kiểm sốt đường dẫn thuộc trách nhiệm trạm chủ đảm nhiệm - Cấu trúc mạch vòng xây dựng sở cấu trúc điểm - điểm thích hợp cho việc sử dụng cơng cụ truyền thơng đại cáp quang, v n tia hồng ngoại.v.v Việc gán địa cho phần tử mạng trạm chủ điều khiển cách tự động Ưu điểm thành viên tham m gia nối mạng cách vừa thu vừa phát Do việc khắc phục có h co cố xảy đường truyền đứt dây, ngắng mạch trở nên dễ dàng để xác định, nhiên để hoạt động mạng liên tục ta kết hợp t w ec đường dây dự phòng mơ tả khái qt qua hình vẽ (Hình ) w w By-pass cố đường dây 2 Đấu tắt cố trạm Hình 3: Xử lý cố mạch vòng - Trong trường hợp thứ hình By-pass cố đường dây mơ tả sau: xảy cố điểm trạm lân cận điểm cố tự phát lỗi đường truyền chuyển mạch qua đường dẫn phụ vòng qua Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:9 vị trí bị cố Trong trường hợp hình Đấu tắt cố trạm trạm bị cố trạm lân cận tự đấu tắt qua vòng lại hình vẽ minh họa VII Cấu trúc sao: - Là cấu trúc mà tất trạm tham gia vào mạng phải liên kết qua mạng trung tâm, trạm đóng vai trò trung tâm giao tiếp trạm, điều khiển truyền thơng cho tồn mạng, giao tiếp thành viên khác mạng thơng qua trạm này, trạm trung tâm đóng v n vai trò tích cực kiểm sốt tồn việc truyền thơng mạng, ngược lại chúng xem chuyển mạch thơng thường cho trạm khác bắt tay m Xét mặt kiến trúc liên kết vật lý xem mạng liên kết h co điểm - điểm thơng thường, mặt logic điểm - nhiều điểm - Các nhược điểm cấu trúc là: ec + Nhược điểm thứ là: trạm trung tâm đòi hỏi phải có độ tin cậy t cao, trạm giống não mạng - Nhược điểm thứ hai là: Nếu khoảng cách trạm nhỏ nhiều so w với từ trạm đến trạm trung tâm tốn dây dẫn, hệ w thống mạng sử dụng cơng nghiệp đơi có phần hạn chế Trên hình w mơ tả cấu trúc dạng sau: Trạm trung tâm Hình : Cấu trúc hình Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:10 VIII Cấu trúc (Tree): - Cấu trúc sử dụng rộng rãi kỹ thuật tự động hóa cơng nghiệp diễn tả chuỗi liên kết đường thẳng liên kết lại với tạo thành cấu trúc Trong trường hợp phần tử dùng để nối phần tử đường thẳng lại với có ý nghĩa đặc biệt - Các phần tử kết nối dạng cấu trúc đường thẳng để tạo thành cấu trúc v n dạng đơn giản lặp (Repeater) để kết nối phần tử có kiểu, Router, Bridge, Gateway cho trường hợp kết nối cho mạng ec h co m có kiểu khác Hình vẽ mơ hình kiểu cấu trúc dạng cây: Repeater w w w t R Hình : Cấu trúc IX Kiến trúc giao thức : - Để tìm hiểu kiến trúc giao thức trước hết ta cần hiểu khái niệm dịch vụ truyền thơng - Vậy dịch vụ truyền thơng gì: Là dịch vụ chứa qui tắt, qui ước mà thành viên tham gia nối mạng cần có để sử dụng, dịch vụ sử Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 char tx_buffer[TX_BUFFER_SIZE]; #if TX_BUFFER_SIZE=4) { nhan1=getchar(); nhan2=getchar(); nhan3=getchar(); nhan4=getchar(); delay_ms(10); UCSRB=0x00; rx_counter=0; rx_buffer[1]=0; Trang:91 Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 rx_buffer[2]=0; rx_buffer[3]=0; rx_buffer[4]=0; m w w w t ec h co { PORTA=nhan3; DDRA=0xff; } if ((nhan1==4)&(nhan2==8)) { UCSRB=0x00; delay_ms(50); PORTB=1; delay_ms(50); // dl100 tr1=4; tr2=255; tr3=PINA; tr4=55; UCSRB=0x48; putchar(tr1); putchar(tr2); putchar(tr3); putchar(tr4); delay_ms(10); PORTB=0; UCSRB=0x00; v n if ((nhan1==4)&(nhan2==4)) } } }; Trạm tớ : This program was produced by the CodeWizardAVR V1.24.7d Professional Automatic Program Generator © Copyright 1998-2005 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l http://www.hpinfotech.com e-mail:office@hpinfotech.com Trang:92 Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Project : Version : Date : 6/3/2006 Author : F4CG Company : F4CG Comments: h co m v n Chip type : ATmega32 Program type : Application Clock frequency : 4.000000 MHz Memory model : Small External SRAM size : Data Stack size : 512 *****************************************************/ w w t #include #define RXB8 #define TXB8 #define UPE #define OVR #define FE #define UDRE #define RXC ec #include w #define FRAMING_ERROR (1[...]... hỗ trợ tổ chức liên kết Lớp này có chức năng kiểm sốt mối liên kết truyền thơng giữa các chương trình ứng dụng, bao gồm các việc tạo lập, quản lý và kết thúc các đường nối giữa các ứng dụng đối tác Và mối liên kết giữa các chương trình ứng dụng mang tính chất logic, thơng qua một mối liên kết vật lý giữa hai Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:23 trạm, giữa hai nút mạng có thể tồn tại... Dữ liệu N N-1 Hình 6 :Đường truyền vật lí N Dữ liệu Dữ liệu Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:17 - Ngun tắc của kiến trúc phân lớp trong một mạng là: mỗi một hệ thống trong một mạng đều phải có một cấu trúc lớp, tức là số lượng lớp cũng như chức năng của mỗi lớp là như nhau vì lý do để thực hiện một thơng tin trên một mạng đòi hỏi phải có hai hay nhiều đối tác tham gia, vậy việc tạo lập... lượng đường truyền cũng khác nhau thì lớp mạng này có trách nhiệm tìm đường đi tối ưu nhất, giải phóng sự phụ thuộc của các lớp bên trên vào phương thức chuyển giao dữ liệu và cơng nghệ chuyển mạch dùng để kết nối các hệ thống khác nhau Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:22 - Có thể nhận thấy đối với lớp này khơng có ý nghĩa trong một hệ thống mạng trong cơng nghiệp sản xuất, bởi ở đây... đồng bộ với bên gởi Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:16 XI Mơ hình lớp : - Việc trao đổi thơng tin trên mạng đòi hỏi có một giải pháp hợp lý, làm sao chúng có thể hiểu nhau bắt tay nhau trong giao tiếp và hiểu được ý nghĩa u cầu thơng tin, do đó đòi hỏi phải có sự tương tát rất phức tạp giữa các thành viên trên mạng, một u cầu trừu tượng khá cao giữa các thiết bị phần cứng cũng như... diện mạng, hoặc dưới dạng phần mềm điều khiển có thể nạp lên khi cần thiết, hoặc một thư viện cho ngơn ngữ lập trình chun dụng hay ngơn ngữ lập trình phổ thơng Để có khả năng sử dụng cho một chương trình ứng dụng, chẳng hạn như điều khiển cơ sở Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:24 hay điều khiển giám sát, nhiều hệ thống cung cấp dịch vụ này thơng qua một các khối hàm đối với các thiết. .. truy cập bus : v n - Trong tất cả các hệ thống mạng như mạng máy tính rộng lớn, hay một mạng trong phạm vi hẹp như mạng điều khiển trong cơng nghiệp, thì bất cứ hệ m thống nào cũng có thể sử dụng cấu trúc mạng bus, nhưng đặc biệt hơn là hệ thống h co cấu trúc dạng mạng bus và mạng mạch vòng đóng vai trò rất quan trọng và thường được sử dụng trong hệ thống mạng cơng nghiệp sản xuất, bởi những ưu điểm... trạm mới: một trạm mới được kết nối mạng, một trạm cũ được thay thế hoặc đưa trở lại sử dụng phải được bổ sung vào mạch vòng logic để có quyền nhận Token Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:33 - Token Passing cũng có thể sử dụng kết hợp với phương pháp chủ/tớ, trong đó mỗi trạm có quyền giữ Token là một trạm chủ, hay còn gọi là trạm tích cực Phương pháp kết hợp này còn được gọi là Multi... Interconnection) là kết nối các hệ thống mở Mơ hình này đã được định nghĩa vào năm 1979 để giải quyết việc truyền thơng giữa các thốngmạng khơng giống nhau B User program User program Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Nerwort Nerwort Data link Data link Physical Physical w w w A Môi trường truyền Hình 7: Mô hình ISO Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485... thuộc thiết bò w w Lớp vận chuyển (Transport layer) w 4 3 2 Đồng bộ hóa mở đóng ec (Session layer) 4 t 5 Lớp kiểm soát nối Lớp mạng (Network layer) và giám sát một phiên Kết nối – ngắt kết nối các link lập lại các packet, sắp xếp thứ tự các packet, đóng gói Đònh đòa chỉ của mạng khác routing, điều khiển luồn Điều phối phiên Vận chuyển không có lỗõi các gói dữ liệu Truyền thông giữa hai mạng Lớp liên kết... truy cập mơi trường truyền dẫn, bảo tồn Đề tài: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MẠNG RS 485 Trang:21 dữ liệu, lớp liên kết dữ liệu cũng bảo đảm truy cập độc quyền mơi trường truyền Do đó lớp này được chia làm hai lớp nhỏ là lớp điều khiển truy cập mơi trường MAC (Medium Access Control), và lớp điều khiển logic LLC (Logic Link Control) Trong một số hệ thống, lớp liên kết dữ liệu có thể đảm nhiệm thêm các chức năng