Thiết kế phần cứng phần mềm hệ thu thập dữ liệu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỬ BỘ MƠN: ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG - ☼ - BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 2B ĐỀ TÀI Thiết Kế Phần Cứng - Phần Mềm Hệ Thu Thập Tín Hiệu Cảm Biến Đa Dụng SVTH1: Trần Tiểu Cường 13029921 SVTH2: Ngơ Đức Hưng 13062151 Lớp: ĐHĐTTĐ9A Khóa: 2013-2017 GVHD: TS Mai Thăng Long Tp Hồ Chí Minh, Tháng 2, Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Trên thực tế khơng có thành công mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy Mai Thăng Long, người tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ chúng em suốt thời gian thực đồ án Chúng em xin chân thành cám ơn quý thầy cô Khoa Công Nghệ Điện Tử, trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM tận tình giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho chúng em thực tốt đồ án Xin chân thành cám ơn giúp đỡ, động viên bảo nhiệt tình anh chị tất bạn, người giúp đỡ chúng em có đủ nghị lực ý chí để hồn thành đồ án Mặc dù cố gắng hết sức, song chắn đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót.Chúng em mong nhận thông cảm bảo tận tình q thầy bạn Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy Cơ Khoa Công nghệ điện tử dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Trân trọng GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B MỤC LỤC CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: 1.2 Mục đích: 1.3 Yêu cầu đề tài: 1.4 Sơ đồ tổng quan chức khối: 1.4.1 Sơ đồ khối tổng quan: 1.4.2 Chức khối: CHƯƠNG II: NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý thuyết – Thiết kế phần cứng: 2.1.1 Khối mạch nguồn 2.1.2 Khối vi xử lý 2.1.3 Khối mạch đo nhiệt độ 2.1.4 Khối mạch đo khối lượng 2.1.4.1 Mạch khuếch đại Loadcell 2.1.4.2 Hộp nối Loadcell (junction box) 10 2.1.5 Khối mạch đo điện áp 12 2.1.6 Khối mạch đo dòng điện 13 2.1.7 Khối mạch xuất tính hiệu ngỏ 14 2.1.8 Khối mạch hiển thị LCD chọn kênh xuất tín hiệu ngỏ 16 2.2 Thiết kế phần mềm: 17 2.2.1 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển 17 2.2.2 Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính (Visual Studio C#) 18 2.2.1 Ghi Dữ vào MySQL workbench: 19 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ 21 3.1 Mạch thi công thực tế: 21 3.2 Giao diện chương trình máy tính: 22 3.3 Kết chạy chương trình 24 CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 28 4.1 Đánh giá: 28 4.2 Kết luận: 28 4.3 Hướng phát triển: 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: khối mạch nguồn Hình 2.2: Board Arduino Mega 2560 Hình 2.3: cấu tạo bên trọng PT100 Hình 2.4 : sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại cho PT100 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch khếch đại Loadcell 10 Hình 2.6: sơ đồ nguyên lý hộp nối loadcell 11 Hình 2.7: Mạch tương đương hộp nối loadcell 11 Hình 2.8: Mạch đo điện áp 12 Hình 2.9: Mạch khuếch đại đo điện áp 13 Hình 2.10: Mạch xuất tín hiêu ngõ 0-20mA 14 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD 16 Hình 2.12: sơ đồ mạch chọn kênh xuất tín hiệu ngõ 16 Hình 2.13: Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển 17 Hình 2.14: Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính 18 Hình 2.15: Giao diện MySQL workbench 19 Hình 2.16: Tạo bảng ghi liệu 20 Hình 2.17: liệu từ phần mềm Visual Studio ghi vào MySQL 20 Hình 3.1: Mơ hình thực tế 22 Hình 3.2: Form1 giới thiệu 22 Hình 3.3: Form Thu thập liệu xuất kênh ngỏ 23 Hình 3.4: Form3 Truy vấn liệu theo thời gian 23 Hình 3.5: Dữ liệu hiển thị hình LCD 24 Hình 3.6: Xuất tín hiệu ngỏ theo kênh 24 Hình 3.7: Thu thập liệu xuất kênh tín hiệu giao diện giám sát 25 Hình 3.8: Truy vấn, lưu trữ, xuất liệu theo thời gian 26 Hình 3.9: Xuất liệu file Excel 27 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Thông số điện trở ứng với nhiệt độ đo PT100 Bảng 2: thông số kỹ thuật GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề: Hiện với phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ lĩnh vực đo lường, điều khiển trở nên quan trọng hết Nó nơi thu thập, theo dõi, phân tích xử lý tín hiệu thu thập để thực nhiệm vụ điều khiển, tối ưu hóa, vận hành phân tích q trình công nghệ Một câu hỏi đặt làm để tạo hệ thống thu thập liệu từ cảm biến, có khả tích hợp dễ dàng với nhiều kiểu I/O khác để hệ thống trở nên linh hoạt hơn, từ tăng suất, giảm thời gian chi phí cho ứng dụng thiết kế đo lường, điều khiển trong ngành công nghiệp đại Được cho phép hỗ trợ từ khoa , nhóm em định tiến hành thực đề tài “Thiết kế phần cứng – phần mềm hệ thống thu thập liệu từ tín hiệu cảm biến đa dụng” 1.2 Mục đích: Mục đích trước hết thực đề tài để hồn tất chương trình mơn học để đủ điều kiện trường Nhằm đáp ứng phần yêu cầu thu thập liệu từ nhiều loại cảm biến, hiển thị máy tính hay hình LCD Cụ thể nghiên cứu thực đề tài chúng em muốn phát huy thành ứng dụng nghành tự động nhằm tạo sản phẩm, thiết bị hoạt động hiệu quả, tiết kiệm thời gian đo lường xác Mặt khác đề tài làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khóa sau Giúp họ hiểu rõ cách thu thập , đo lường hồi tiếp Ngồi q trình nghiên cứu thực đề tài hội để chúng em tự kiểm tra lại kiến thức học trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả giải vấn đề theo yêu cầu đặt ra.Và dịp để chúng em tự khẳng định trước trường để tham gia vào hoạt động sản xuất xã hội 1.3 Yêu cầu đề tài: • Điều khiển máy tính nút nhấn từ mơ hình • Giao tiếp máy tính Trang GVHD: TS Mai Thăng Long • • • • • Đồ Án Học Phần 2B Thông số, liệu đo đạc hiển thị máy tính hình LCD Có độ tin cậy xác cao làm việc Thời gian hoạt động đáp ứng nhanh Dễ mở rộng, phát triển thêm Có khả ứng dụng ngồi thực tiển 1.4 Sơ đồ tổng quan chức khối: 1.4.1 Sơ đồ khối tổng quan: Trang GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B 1.4.2 Chức khối: - Khối vi xử lý: làm nhiệm vụ xử lý trung tâm - Khối đo nhiệt đo: đọc liệu từ cảm biến nhiệt PT100 qua mạch khuếch đại - Khối đo khối lượng: đọc liệu từ cảm biến loadcell qua mạch khuếch đại - Khối đo điện áp: đọc giá trị điện áp DC - Khối hiển thị LCD: Hiển thị tất liệu từ cảm biến nhận - Khối chọn kênh tín hiệu ngõ ra: cho phép chọn kênh xuất tín hiệu ngõ - Khối xuất tín hiệu ngõ ra: xuất tín hiệu ngõ 0-20mA dựa vào giá trị ADC nhận từ cảm biến - Khối kiao diện máy tính: Phần mềm giao diện nhận liệu chọn kênh xuất tín hiệu ngõ - Khối ghi liệu vào MySQL: ghi liệu nhận từ cảm biến vào sở liệu MySQL dạng localhost - Khối xuất liệu Excel: cho phép xuất liệu Excel từ phần mềm giao diện phục vụ cho việc thống kê liệu Trang GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B 2.1.8 Khối mạch hiển thị LCD chọn kênh xuất tín hiệu ngỏ - Trong đề tài sử dụng LCD 16x2 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD Hình 2.12: sơ đồ mạch chọn kênh xuất tín hiệu ngõ Trang 16 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B 2.2 Thiết kế phần mềm: 2.2.1 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển Hình 2.13: Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển Trang 17 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B 2.2.2 Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính (Visual Studio C#) Hình 2.14: Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính Trang 18 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B 2.2.1 Ghi Dữ vào MySQL workbench: - MySQL workbench công cụ thiết kế liệu đa tảng để sử dụng ta cài phần mềm MySQL workbench vào máy tính Link Dowload: https://dev.mysql.com/downloads/workbench/ - Mục đích sử dụng MySQL workbench để ghi liệu nhận từ phần mềm vào sở liệu MySQL qua truy xuất liệu cần thiết - Các bước tiến hành: + Sau cài xong phần mềm MySQL workbench khởi động phần mềm lên có giao diện hình: Hình 2.15: Giao diện MySQL workbench click đúc vào mục Local instance MySQL56 để tạo Database + Trong sever localhost ta tạo Database có tên test + Trong Database test ta tạo bảng có tên do_an2 + Trong bảng do_an2tạo cột kiểu liệu hình Trang 19 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B Hình 2.16: Tạo bảng ghi liệu + Phần mền giao diện Visual Studio ta lập trình cho phép liên kết với MySQL để ghi liệu vào bảng Database Hình 2.17: liệu từ phần mềm Visual Studio ghi vào MySQL Trang 20 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B CHƯƠNG III: KẾT QUẢ 3.1 Mạch thi công thực tế: Trang 21 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B Hình 3.1: Mơ hình thực tế 3.2 Giao diện chương trình máy tính: Hình 3.2: Form1 giới thiệu Trang 22 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B Hình 3.3: Form Thu thập liệu xuất kênh ngỏ Hình 3.4: Form3 Truy vấn liệu theo thời gian Trang 23 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B 3.3 Kết chạy chương trình Hình 3.5: Dữ liệu hiển thị hình LCD Hình 3.6: Xuất tín hiệu ngỏ theo kênh Trang 24 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B Hình 3.7: Thu thập liệu xuất kênh tín hiệu giao diện giám sát Trang 25 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B Hình 3.8: Truy vấn, lưu trữ, xuất liệu theo thời gian Trang 26 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B Hình 3.9: Xuất liệu file Excel Trang 27 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Đánh giá: - Ưu điểm: + Sau hồn thành mơ hình đưa vào chạy thực tế chúng em thấy mơ hình hoạt động ổn định xác chút sai số khơng đáng kể + Mơ hình thực tiễn bước đầu đáp ứng yêu cầu đặt + Phần mêm thu thập liệu có tính điều khiển, giám sát vả lưu trữ liệu, xuất liệu dạng Excel thuận tiện cho việc thống kê liệu + Dữ liệu đo cập nhật nhanh chống theo thời gian, lưu trữ an toàn truy xuất thuận tiện + Dao diện máy tính dễ giám sát, tích hợp nhiều chức điều khiển truy xuất - Nhược điểm: + Mơ hình phần cứng thực tế chưa đẹp mắt, vướn nhiều dây nối mạch với + Do giao tiếp cổng COM nên giới hạn khoảng cách truyền 4.2 Kết luận: Sau q trình tìm tòi, nghiên cứu với hướng dẫn tận tình thầy “Mai Thăng Long ” đóng góp quý báu bạn, chúng em hồn thành xong đề tài Xây dựng thành cơng hệ thống giám sát thu thập liệu từ nhiều loại cảm biến đa dụng Giao tiếp mạch với máy tính thơng qua cổng COM Vì đề tài mới, kiến thức lập trình xử lý nhiễu, xử lý sai số chúng em hạn chế nên mơ hình làm nhiều khuyết điểm chưa thật hồn thiện Vì chúng em mong thông cảm thầy cô bạn Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ bạn học lớp để kiến thức chúng em lĩnh vực hoàn thiện Trang 28 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B Qua chúng em hy vọng đề tài bạn khóa sau nâng cao chất lượng,và ngày hoàn thiện 4.3 Hướng phát triển: Từ đề tài xây dựng theo hướng mạng truyền thông công nghiệp để thu thập liệu qua mạng không dây như: mạng Zegbee, bluetooth, wifi internet Trang 29 GVHD: TS Mai Thăng Long Đồ Án Học Phần 2B TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình lý thuyết Đo lường điều khiển máy tính Bài giảng thí nghiệm Đo lường điều khiển máy tính www.dientuvietnam.net www.google.com.vn www.arduino.vn www.Codientu.org Trang 30 ... đại Được cho phép hỗ trợ từ khoa , nhóm em định tiến hành thực đề tài Thiết kế phần cứng – phần mềm hệ thống thu thập liệu từ tín hiệu cảm biến đa dụng” 1.2 Mục đích: Mục đích trước hết thực... Nó nơi thu thập, theo dõi, phân tích xử lý tín hiệu thu thập để thực nhiệm vụ điều khiển, tối ưu hóa, vận hành phân tích q trình cơng nghệ Một câu hỏi đặt làm để tạo hệ thống thu thập liệu từ... 16 2.2 Thiết kế phần mềm: 17 2.2.1 Lưu đồ giải thu t cho vi điều khiển 17 2.2.2 Lưu đồ giải thu t phần mềm giao diện máy tính (Visual Studio C#) 18 2.2.1 Ghi Dữ vào