Do CS dien hien KQ tren man hinh LCD

Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trịnh Bá Toàn NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG KHAI THÁC, XỬ LÝ DỮ LIỆU NHIỀU KÊNH THÔNG MINH CHO BIẾN TỬ CỐNG SUẤT/TẦN SỐ DÙNG MC68HC11 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI – 2005 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trịnh Bá Toàn NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN HỆ THỐNG KHAI THÁC, XỬ LÝ DỮ LIỆU NHIỀU KÊNH THÔNG MINH CHO BIẾN TỬ CỐNG SUẤT/TẦN SỐ DÙNG MC68HC11 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông Cán hướng dẫn: TS Hồ Văn Sung Cán đồng hướng dẫn: CN Trần Ngọc Quý HÀ NỘI – 2005 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Hồ Văn Sung, CN Trần Ngọc Quý, người tận tình dạy bảo, giúp đỡ hướng dẫn em hồn thành khố luận Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo thuộc trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN dạy bảo, tạo điều kiện tốt cho em học tập năm học vừa qua Cuối cùng, em xin cảm ơn tới bạn bè, người thân động viên giúp đỡ em suốt trình học tập Hà Nội tháng 06 năm 2005 Sinh viên Trịnh Bá Toàn Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Tồn MỤC LỤC CHƯƠNG SENSOR CƠNG SUẤT TẦN SỐ ADE7755 1.1 Giới thiệu chung ADE7755 .7 1.2 Cấu hình chức chân 1.3 Sơ đồ mạch thử 10 1.3.1 Đánh giá hệ số công suất .12 1.3.2 Tính tốn cơng suất tín hiệu khơng phải dạng tuần hoàn .12 1.4 Các lối vào tương tự 14 1.4.1 Lối vào kênh 1(kênh dòng điện) 14 1.4.2 Kênh V2 (kênh điện áp) 15 1.4.3 Những sơ đồ kết nối tiêu biểu .15 1.5 Giám sát công suất 16 1.5.1 Ảnh hưởng HPF offset kênh 17 1.6 phương pháp chuyển đổi số tần số 18 1.6.1 Giao diện ghép nối ADE7755 vi xử lý 20 1.6.2 Đánh giá công suất đo 21 1.7 Hàm chuyển đổi 21 1.7.1 Tần số lối F1 F2 21 1.7.2 Áp dụng tính cơng suất 22 1.7.3 Tần số lối CF 23 1.8 Lựa chọn tần số lối cho ứng dụng đo đạc 24 1.8.1 Tần số lối 25 CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ VI XỬ LÝ MC68HC11 26 2.1 Đặc trưng họ vi điều khiển MC68HC11 26 2.2 Cấu trúc khối MC68HC11E 28 2.3 Chân cổng vào MC68HC11E .28 2.3.1 Các chân 28 2.3.2 Các cổng tín hiệu 34 2.4 Bộ vi xử lý trung tâm 37 2.4.1 Các ghi CPU 37 2.4.2 Kiểu liệu dùng CPU 38 2.4.3 Mã lệnh toán tử .38 2.4.4 Các mode địa 38 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THU THẬP VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU DÙNG CHO SMART SENSOR 40 3.1 Smart sensor với đại lượng điện, điện, đại lượng vật lý, đại lượng hóa học Những xu hướng triển vọng, ưu điểm frequency – time –domain, thông tin smart sensor Chương đưa cách nhìn chung kỹ nghệ dùng cho smart sensor .40 3.1.1 Tổng quan smart sensor 40 3.1.2 Một số đặc tính tần số lối sensor 42 3.1.3 Một số đặc tính thơng minh smarsensor .43 3.2 Phương pháp thu thập liệu cho hệ thống sensor nhiều kênh .43 3.2.1 phương pháp phân chia kênh theo thời gian 44 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn 3.2.2 Phương pháp thu thập liệu phân chia theo không gian 45 3.3 Phương pháp chuyển từ tần số sang mã (frequency to code convertion) 46 3.3.1 Phương pháp đếm chuẩn trực tiếp .47 3.3.2 Phương pháp đếm gián tiếp (đo chu kỳ) 50 3.3.3 Phương pháp kết hợp hai đếm 57 3.4 xử lý tín hiệu smartsensor 59 3.4.1 cộng trừ 60 3.4.2 nhân chia .61 3.4.3 Đồng tín hiệu .62 3.4.4 Vi phân tích phân 65 CHƯƠNG XÂY DỰNG THỰC TẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU NHIỀU KÊNH, THÔNG MINH DÙNG CẢM BIẾN CÔNG SUÂT/TẦN SỐ DỰA TRÊN HỌ VI ĐIỀU KHIỂN MC68HC11 67 4.1 Mạch điện hỗ trợ chức tính tốn HC11 .67 4.1.1 Thiết kế mạch điện (layout) .67 4.1.2 Sơ đồ khối bảng mạch 68 4.1.3 Miêu tả chung 69 4.1.4 Thiết bị EVB, thông số 70 4.1.5 Tổng quan 71 4.1.6 Tiến hành cài đặt sử dụng .72 4.2 Chương trình điều khiển kết thực nghiệm 75 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn LỜI MỞ ĐẦU Ngày trước phát triển mạnh mẽ mạch số nhu cầu số hóa thiết bị ngày cao Do ưu điểm độ xác, khả tương thích với máy tính, xử lý nhanh, gọn nhẹ…Đối với hệ thống đo công suất tiêu thụ điện sử dụng hệ thống đồng hồ công tơ điện pha mà nguyên lý làm việc dựa tượng cảm ứng điện từ khả tương thích với máy tính khơng có Như để quản lý hệ thống điện cách hồn hảo, xác đơn giản cần phải thiết kế dụng cụ đo điện hoạt đông theo nguyên tắc số (kỹ thuật số) tương thích với máy tính Nhận thức thấy vấn đề em nghiên cứu để xây dựng phương pháp đo công suất dựa công nghệ số Đây vấn đề hoàn toàn vấn đề lớn hồn tồn ứng dụng thực tế Để nghiên cứu cách chi tiết cần khoảng thời gian tương đối dài Trong khuôn khổ luận văn em nghiên cứu phần nhỏ sử dụng chip ADE7755 kết hợp với vi xử lý MC68HC11 với máy tính để đo cơng suất tín hiệu lối vào điện áp xoay chiều 220V Đề tài dừng mức chuyển từ công suất sang tần số tương ứng hiển thị tần số hình tinh thể lỏng Đề tài phát triển thêm giao diện với máy tính để thay hiển thị tần số hình tinh thể lỏng hiển thị trực tiếp máy tính thơng số công suất tiêu thụ thiết bị điện Nội dung đề tài gồm chương Chương 1: Nghiên cứu chuyển đổi công suất tần số ADE7755 Chương 2: Tìm hiểu vi xử lý MC68HC11 Chương 3: Nghiên cứu phương pháp thu thập xử lý liệu cho cảm biến thông minh Chương 4: Phương pháp xử dụng phần mêm IAR để điều khiển kết hợp với phần cứng để đo công suất Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Tồn CHƯƠNG SENSOR CƠNG SUẤT TẦN SỐ ADE7755 1.1 Giới thiệu chung ADE7755 Trong lĩnh vực đo công suất tiêu thụ thiết bị điện, hầu hết thiết bị đo công tơ điện thông thường Trong phần đưa phương pháp sử dụng cảm biến công suất tần số để đo công suất thiết bị tiêu thụ điện hinh1.1 sơ đồ khối chức ADE7755 thiết bị đo công suất với độ xác cao Dùng cho hai hệ thống điện tần số 50Hz hệ thống điện sử dụng tần số 60Hz Độ xác quy định chuẩn IEC1063 dụng cụ đo điện Các mạch sử dụng ADE7755 ADC mach tương ứng Tất q trình sử lí tín hiệu thực lĩnh vực số, có độ ổn định xác cao điều kiện môi trường nhiệt độ ADE7755 cung cấp cơng suất trung bình với tần số lối mức thấp F1và F2, lối logic sử dụng để điều khiển trực tiếp đếm MCU ADE7755 bao gồm mạch giám sát công suất cung cấp chân AVdd ADE7755 trạng thái ổn định điện áp chân AVdd đạt 4v Vavdd 8 - Việc xử dụng trigger T1 đếm mười CT2 cho phép tối thiểu hóa nhiễu Số lượng giải tần m fx lưu ghi hai Trong số trường hợp số lượng giải tần m chuyển đổi hệ số duty-off khoảng xung cần thêm để thiết lập lại dạng xung lối ra, khối khác phù hợp tần số không đổi 3.4.4 Vi phân tích phân Các vi phân tích phân thường xử dụng hệ thống điều khiển tự động, vi phân chế vận hành khó Thơng thừơng biểu diễn theo cách xau Ft = a dF1 (t ) dt F1(t) = k x(t) tần số xung lối vào; (6.14) dF1 (t ) vi phân bậc F1(t) dt Trong trường hợp lý tưởng phương trình đạo hàm số hàm theo thời gian viết sau 65 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn Ft(ideal) = lim ∆t →0 F1 (t + ∆t ) − F (t ) dF1 (t ) = dt ∆t (6.15) Trong thực tế ∆ t khơng tiến đến o cố định giá trị nhỏ ∆τ , giá trị nhỏ so sánh với chu kỳ Tx trường hợp ta viết sau: F(t) = dF (t ) ∆F (t ) F1 (t + ∆t ) − F (t ) = = k ∆τ ∆τ dt (6.16) Số lượng xung tích đếm biểu diễn theo phương trình sau τ N( τ ) = ∫ F (t )dt (6.17) 66 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn CHƯƠNG XÂY DỰNG THỰC TẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU NHIỀU KÊNH, THÔNG MINH DÙNG CẢM BIẾN CÔNG SUÂT/TẦN SỐ DỰA TRÊN HỌ VI ĐIỀU KHIỂN MC68HC11 Trong chương trước, thảo luận cách thức xây dựng hệ thống thu thập liệu thông minh Chương xin trình bày kêt thực tế tơi trình xây dựng hệ thống Tuy nhiên trình độ thời gian hạn chế, trình xây dựng thực tế người làm gặp nhiều khó khăn mà chưa khắc phục Những khó khăn khơng trình bày 4.1 Mạch điện hỗ trợ chức tính tốn HC11 4.1.1 Thiết kế mạch điện (layout) Hình.Bảng mạch MC68HC11 67 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn Bảng mạch kỹ sư công ty Motorola thiết kế Tuy nhiên bảng mạch thực tế có sử dụng cho mục đích thí nghiệm đại học CNAM Pháp tài trợ cho trường 4.1.2 Sơ đồ khối bảng mạch 68 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Tồn Hình Sơ đồ khối EVB LATCH: Bộ chốt MCU: Vi điều khiển User or monitor EPROM: Người dùng EPROM giám sát PRU: Đơn vị thay cổng RS232C drives and receiver: Bộ điều khiển nhậnRS232C TxD, RxD: Chân phát tín hiệu chân nhận tín hiệu nối tiếp 4.1.3 Miêu tả chung Vi điều khiển MC68HC11 loại vi điều khiển đơn tiên tiến có tích hợp nhớ thiết bị ngoại vi Để phát huy khả vi điều khiển, EVB (Evualation Board - bảng mạch hỗ trợ cho chức tính tốn MC68HC11 -> chưa tìm thuật ngữ tiếng Việt ngắn gọn tương đương nên ta dùng thuật ngữ tiêng Anh dạng viết tắt) thiết kế theo chương trình giám sát gỡ rối có tên gọi BUFFALO (Bit User Fast Friendly Aid to Logical Operations) Chương trình giám sát chứa EPROM (bộ nhớ ngoài) EVB cung cấp công cụ, thiết bị giá rẻ đủ cho chức tính tốn gỡ rối vi điều khiển MC68HC11 EVB không hỗ trợ cho loại vi điều khiển có tốc độ tính tốn linh hoạt mạnh Nó hoạt động đồng thời hai mode: gỡ rối tính tốn Mode hoạt động cho phép người dùng gỡ rối điều khiển chương trình giám sát BUFFALO Mã sử dụng assembler chứa EVB có máy tính host đựơc nạp vào nhớ RAM EVB Mode hoạt động thứ hai cho phép người dùng thi hành nhiệm vụ tính tốn với chương trình nạp nhớ vi điều khiển EVB thi hành mode đơn chíp hay mode mở rộng tồn thời gian làm việc (xem chương 3) Toàn hoạt động điều khiển EVB, lưu vào EPROM với trợ giúp thiết bị tương tác đầu cuối Giao diện hệ thống thi hành cung cấp vi điều khiển PRU (port replacement unit- đơn vị thay cổng ‘->MC68HC24‘) 69 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn Chuẩn RS232C dùng cho truyền liệu giao tiếp máy tính EVB Vi điều khiển cung cấp giao diện truyền thơng nối tiếp có tốc độ 9600 baud EVB cần sử dụng nguồn cung cấp +5, +12, -12 Vdc đầu cuối tương thích với chuẩn RS232C Bộ RS232C tương thích với máy tính host sử dụng chuẩn ghi nối tiếp Motorola (Motorola S-records) với trợ giúp chương trình giám sát BUFFALO Để có thêm thơng tin xin xem tài liệu tham khảo 4.1.4 Thiết bị EVB, thông số Thiết bị, thơng số Đặc tính MCU MC68HC11AFN PRU MC68HC24FN ACIA MC68B50 Cổng vào ra: Đầu cuối Tương thích RS232C Máy tính host Tương thích RS232C MCU mở rộng Tương thích HCMOS –TTL Dải nhiệt độ Hoạt động tới 50 0C Lưu trữ - 40 tới +85 0C Độ ẩm tới 900 Công suất yêu cầu 0.5A với nguồn +5Vdc (max) 0.1A với nguồn +12Vdc (max) 0.1A với nguồn -12Vdc (max) Kích thước Chiều rộng 17.8 cm Chiều dài 11.75 cm 70 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Tồn Bảng Một vài thơng số thiết bị MC68HC11EVB Thiết bị ngồi Kiểu/ loại thơng thường Nguồn chiều 5, 12, -12 Vdc Mẫu TAA 16W Đầu cuối (tương thích RS232C) EXORterm Máy tính host (tương thích RS232C) EXORciser ( máy tính host có hỗ trợ phần mềm MC68HC11 assembler) Cable RS232 Cable cho cổng vào mở rộng Bảng Bảng liệt kê vài thiết bị ngoại vi 4.1.5 Tổng quan Với trình gỡ rối BUFFALO dựa ngôn ngữ assembler chưa phải ngơn ngữ bậc cao Muốn viết chương trình điều khiển hoạt động HC11 ngôn ngữ assem thực khó khăn có qua nhiều việc càn làm Ví dụ cần viết chương trình giao tiếp máy tính host EVB nạp chương trình vào EPROM,… Trong C-spy IAR cung cấp cho ta ngơn ngữ lập trình bậc cao, chạy Windows với nhiều hàm sẵn có thư viện Các thao tác nhận phần cứng, thiết bị điều khiển tương tác thiết bị thực tự động hay đơn giản qua thao tác nhấp chuột Ngồi C-spy cung cấp hệ soạn thảo chương trình nguồn với chức tự gỡ rối C-spy thiết kế làm việc với hai ngơn ngữ C assembler Người dùng chuyển đổi qua lại hai mức chương trình nguồn cần thiết Điều không cần bàn cãi với chương trình C người dùng khơng tốn nhiều cơng sức xây dựng chương trình điều khiển thực mục đích Đặc biệt với tốn có cấu trúc sổ liệu phức tạp dung chương trình soạn thảo C có ưu tuyệt đối Tuy nhiên chương trình assembler có ưu điểm cần điều khiển phần cứng cách xác Do ta cần viết ngôn ngữ assembler với chương trình điều khiển quan trọng Chu trình xây dựng phát triển ứng dụng dựa hệ C-spy IAR hình vẽ 71 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn 4.1.6 Tiến hành cài đặt sử dụng 4.1.6.1 Cài đặt Cài đặt hệ thống C-spy Windows khơng có đặc biệt Tất bước thực giao diện đồ hoạ thực cách đơn giản C-spy có ba phiên : simulator, emulator rom-monitor Mỗi phiên có đặc trưng riêng biệt 1) Phiên simulator Đây phiên mô chức vi xử lý phần mềm chương trình kiểm tra trước phần cứng thực khơng u cầu phần cứng giá thành thấp giải pháp cho nhiều ứng dụng mô 2) Phiên emulator Phiên emulator C-spy cung cấp tồn cơng cụ điều khiển mạch qua cổng nối tiếp song song, C-spy emulator sử dụng tính chất phần cứng, breakpoint logic memory inspection cho phép ứng dụng để thực thời gian thực môi trường thực 3) Phiên Rom-monitor Bộ Rom-monitor C-spy công cụ gỡ rối đầy hiệu lực để thực ứng dụng, chương trình diễn giải C-spy làm việc đưa nhìn tồn diện C-spy đặc tính 72 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn Start Soạn thảo file nguồn Dịch Liên kết flie object Gỡ rối với C-spy Có lỗi Ok Biên dịch file Liên kết file object với dự đoán hồn chỉnh Đưa vào PROM Hình Lưu đồ q trình xây dựng ứng dụng 4.1.6.2 Sử dụng Phiên cài đặt phiên emulator Sau cài đặt lên ổ đĩa cứng tạo shortcut hình, nói chung chương trình sử dụng sau reset lại máy tính Cách đơn giản để khởi động chương trình ứng dụng là: Kích đúp chuột lên biểu tượng shortcut hình Kích phải chuột chọn open lên biểu tượng shortcut hình Ngay sau sổ làm việc hiên (hình vẽ) 73 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Tồn Hình Cửa sổ giao diện chương trình Để vào soạn thảo chương trình nguồn ta chọn Startup -> Testes Carter (hình vẽ) Hình Lựa chọn soạn thảo chương trình nguồn Nhập mật để vào chương trình (hình vẽ) 74 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn Hình Hỏi mật vào chương trình soạn thảo Khi mật xác nhận, cửa sổ giao diện lên (hình vẽ) Hình Cửa sổ giao diện chương trình Kích đúp chuột lên chương trình nguồn, ví dụ chương trình đo tần số 4.2 Chương trình điều khiển kết thực nghiệm 75 Luận văn tốt nghiệp – Trịnh Bá Toàn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nikolay kirianaki, Sergay Yurish, Netstor shpak, Vadim deynega Data acquisition and singnal processing for smart sensors Nxb John wiley & Sons Ltd 2002 [2] MC68HC11 E SERIES Của hãng MOTOROLA [3] Energy Metering IC with pulse output ADE7755 www.analog.com [4] IARsystems 76 ... điện, đại lượng vật lý, đại lượng hóa học Những xu hướng triển vọng, ưu điểm frequency – time –domain, thông tin smart sensor Chương đưa cách nhìn chung kỹ nghệ dùng cho smart sensor .40... Trịnh Bá Toàn LỜI MỞ ĐẦU Ngày trước phát triển mạnh mẽ mạch số nhu cầu số hóa thiết bị ngày cao Do ưu điểm độ xác, khả tương thích với máy tính, xử lý nhanh, gọn nhẹ…Đối với hệ thống đo công suất... Trong phần đưa phương pháp sử dụng cảm biến công suất tần số để đo công suất thiết bị tiêu thụ điện hinh1 .1 sơ đồ khối chức ADE7755 thiết bị đo công suất với độ xác cao Dùng cho hai hệ thống điện