Đang tải... (xem toàn văn)
đồ án giám sát hệ thống nước cho căn hộ trong tòa nhá sử dụng mạng lora sử dụng chip psoc 4200 ,modul lora E31 công suất 50wm ,tiết kiệm năng lượng hoạt động,deep sleep .interrupt vector control.Trình biên dich psooc creater giám sát trên máy tính sử dụng ngôn ngữ c database
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP CHỈ SỐ CÔNG TƠ NƯỚC CHO CĂN HỘ TRONG TÒA NHÀ SỬ DỤNG MẠNG LORA Sinh viên thực : Trần Văn Khoa Lớp : Trang bị điện CN & GTVT Khóa : 55 Khoa : Điện – điện tử Người hướng dẫn : PGS-TS.Nguyễn Văn Nghĩa Hà Nội ngày 12 tháng 12 năm 2018 Giám sát chỉ số công tơ nước NHẬN XÉT ĐỒ ÁN 1.Nhận xét giáo viên hướng dẫn 2.Nhận xét giáo viên đọc duyệt Giáo viên hướng dẫn (Kí tên) SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giáo viên đọc duyệt (Kí tên) Giám sát chỉ sớ công tơ nước MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG KHẢO SÁT CÔNG NGHỆ VÀ XÂY DỰNG GIẢI PHÁP THIẾT KẾ9 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Tổng quan sử dụng thiết bị đo ghi chỉ số công tơ nước 1.1.2 Cấu tạo đồng hồ đo nước này 11 1.1.3 Các Phương pháp đo lường lưu lượng 16 1.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 23 1.2.1 Giới thiệu đề tài 23 1.2.2 Thơng sớ bài tốn .23 1.2.3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống 25 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 31 2.1 Xây dựng tính thiết bị thu thập chỉ số công tơ nước 31 2.1.1 Sơ đồ tính 31 2.1.2 Phân tích tính 33 2.2 Phân chia hệ thống 37 2.2.1 Node 38 2.2.2 Trung tâm 39 2.4 Phân chia phần cứng phần mềm 40 2.4.1 Phần cứng 40 2.2.2 Phần mềm 40 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 41 3.1 Thiết kế mạch Node 41 3.1.1 Khối nguồn 42 3.1.2 Khối Encoder 42 3.1.3 Khối truyền thông mạng Lora 43 3.1.4 Khối lưu trữ dữ liệu EEPROM .46 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ số công tơ nước 3.1.5 Khối CPU 48 3.1.6 Sơ đồ nguyên lí tổng thể mạch Node .52 3.2 Thiết kế mạch Trung tâm .54 3.3.1 Khối nguồn 54 3.3.2 Khối truyền thông 56 3.2.3 Khối chuyển đổi TTL- USB .56 3.3.4 Khối hiển thị .58 3.3.5 Sơ đồ nguyên lí tổng thể mạch trung tâm 63 3.4 Mạch phần cứng .65 3.4.1 Mạch Node 65 3.4.1 Mạch Trung tâm .65 CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN 66 4.1Tổng quan phần mềm Psoc Creator .66 4.2 u cầu bài tốn và lưu đờ thuật toán Node 66 4.2.1 Yêu cầu bài toán .66 4.2.2 Lưu đờ thuật tốn .66 4.3 Chi tiết chương trình MCU mạch Node 68 4.3.1 Xác định tài nguyên cần sử dụng 68 4.2.2 Tiết kiệm lượng hoạt động 69 4.2.4 Đọc giá trị cảm biến lưu lượng encoder 75 4.2.5 Lưu trữ dữ liệu EEPROM .77 4.2.6 Xây dựng phương án truyền thồng 83 4.2.7 Thống kê lượng tiêu thụ dựa theo chương trình hoạt động 88 4.4 u cầu bài tốn và lưu đờ thuật tốn trung tâm 90 4.4.1 Yêu cầu bài toán trung tâm .90 4.4.2 Lưu đờ thuật tốn chương trình trung tâm 90 4.5 Chi tiết chương trình MCU mạch Gate 92 4.5.1 Xác định tài nguyên cần sử dụng 92 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ số công tơ nước 4.5.2 Đọc dữ liệu Node gửi đến 93 4.5.3 Hiển thị dữ liệu Node lên màn hình LCD 94 4.5.4 Truyền dữ liệu lên máy tinh .94 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÁY TÍNH 96 5.1 Yêu cầu phần mềm 96 5.2 Tổng quan phần mềm Visual Studio .96 5.2 Chương trình giao diện giám sát 98 5.2.1 Giao diện xây dựng 98 5.2.2 Lưu đờ thuật tốn 100 5.2.3 Kết nối seriport, nhận dữ liệu từ MCU 101 5.2.4 Tách dữ liệu,cập nhật giao diện giám sát .102 5.2.5 Lưu trữ dữ liệu .103 5.2.6 Xuất báo cáo 105 CHƯƠNG 6: MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM 107 6.1 Xây dựng thiết bị 107 6.1.1 Mô hình mạch Node .107 6.1.2 Mô hình trung tâm 108 6.1.3 Mô hình mô phỏng máy bơm nước .109 6.2 Kết quả đạt được 111 PHỤ LỤC 114 PHỤ LỤC 1: CODE CHƯƠNG TRÌNH NODE 114 PHỤ LỤC 2:CODE TRUNG TÂM 131 PHỤ LỤC 3:CODE C# GIAO DIỆN GIÁM SÁT MÁY TÍNH 143 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ số công tơ nước DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Đồng hồ học .10 Hình 2: Đồng hồ điền tư .10 Hình 1.4: Người công nhân đến từng 11 Hình 3: Chỉ số công tơ nước 11 Hình 1.5 đồng hồ nước điện tư, truỳen số liệu thông qua đường truyển RS 485 11 Hình 1.6: Đồng hồ đo nước kiểu học 12 Hình 1.7 Cấu tạo bên đồ hồ đo nước học 13 Hình 1.8 Đồng hồ đo nước điện tư 14 Hình 1.9 Ngun lí hoạt đợng đo nước điện tư .15 Hình 1.10 Cấu tạo thiết bị đo lưu lượng theo nguyên lí chênh áp 18 Hình 1.11: Nguyên lí đo lường theo nguyên lí Vortex 18 Hình 1.12: Thiết bị đo áp suất theo nguyên lí Vortex 19 Hình 1.14: Cấu tạo thiết bị đo lường lưu lượng Turbin 22 Hình 1.17 Flow Meters Titan 800 Series Turbine Flow Measurement Low Power 28 Hình 18:Thông số cảm biến lưu lượng .28 Hình 1.19 : Mạng Lora .30 Hình 20: EEPROM lưu trư 31 Hình 2.1: Sơ đờ tính thiết bị thu thập chỉ sớ công tơ nước cho hộ tòa nhà 32 Hình 2: Sơ đờ tính thiết bị thu thập chỉ số công tơ nước Node-Trung tâm 33 Hình 3: Sơ đờ tính gưi dư liệu trung tâm mạch Node .35 Hình 10: Sơ đờ tính hoạt đợng tiết kiệm lượng 35 Hình 8: sơ đờ tính xư lí dư liệu trung tâm 36 Hình 6: Màn hình LCD 16x2 .38 Hình 2.11: Ngun lí hoạt đợng mạch Node 39 Hình 2.12: nguyên lí mạch trung tâm .40 Hình 1: Sơ đồ cấu trúc mạch Node .42 Hình 2: Nguyên lí mạch ng̀n Node 43 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ số công tơ nước Hình 3: Ngun lí khới encoder 43 Hình 4: Nguyên lí tín hiệu cảm biến lưu lượng 44 Hình 6: Sơ đồ chân Modul Lora 46 Hình 7: Ngun lí khới EEPROM Node 47 Hình : Sơ đồ khối IC 24C04 .48 Hình : Sơ đồ chân IC 24C04 48 Hình 2.13: Sớ I/O chíp PSOC 50 Hình 14: Sơ đờ tính CY8C4245AXI 50 Hình 15:chíp CY8C4245 50 Hình 11 : Nguyên lí CPU Node 53 Hình 12: Sơ đờ ngun lí tổng thể mạch Node 54 Hình 13: Sơ đồ cấu trúc mạch Trung tâm 55 Hình 14: Ngun lí khới ng̀n Trung tâm 55 Hình 15: IC LM2576 56 Hình 16: sơ đồ cấu trúc IC LM2576 56 Hình 17: Modul lora E31 .57 Hình 18: Ngun lí kết nới Modul Lora E31 .57 Hình 19: Ngun lí khới giao tiếp máy tính 57 Hình 20: Thông số hoạt động IC CH340G 58 Hình 21: Sơ đồ chân CH340G .59 Hình 22: Nút nhấn bốn chân 61 Hình 23: Sơ đờ ngun lí nút nhấn .62 Hình 24: Sơ đờ ngun lí LCD 16x2 62 Hình 25:Nguyên lí CPU Trung tâm 64 Hình 26: Ngun lí tởng thể mạch trung tâm 65 Hình 27: Mạch in 3D Node phần mềm altium 66 Hình 28: Mạch in 3D Trung tâm phần mềm altium 66 Hình 1:Phần mềm Psoc Creater 67 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ số công tơ nước 68 Hình 2: Lưu đồ thuật toán Node 68 Hình 3: Khối logic lập trình mạch Node phân mềm Psoc Creator 69 Hình 4: Sơ đồ khối hoạt động của các chế độ MCU Cy8C4245 –AXI M483 74 Hình 5: Cảm biến lưu lượng 76 Hình 6:Ngun lí hoạt đợng cảm biến Hall .76 Hình 7: Ngun lí cấu tạo tởng thể cảm biến lưu lượng 77 Hình 8: Cấu hình ngắt GPIO phần mềm 78 Hình 9: Ngun lí kết nới I2C .78 Hình 10:Nguyên lí giao tiếp I2C 79 Hình 11:Cơ chế giao tiếp Master-Slaver 79 Hình 12: Nguyên lí xung giap tiếp khởi động I2C 80 Hình 13: Nguyên lí xung dư liệu giao tiếp I2C 81 Hình 14: Cấu hình I2C phần mềm lập trình 81 Hình 15:Giản đồ xung gưi byte giao tiếp I2C 24C04 82 Hình 16: Giản đôf xung ghi trang giao tiếp I2C IC 24C04 82 Hình 17:Giản đồ xung đọc byte giao tiêos I2C IC 24C04 82 Hình 18: Giảm đồ xung đọc nhiều byte dư liệu 83 Hình 19: Lưu đồ thuật toán đọc,ghi byte I2C 83 Hình 20: Giản đồ xung UART .84 Hình 21:Cấu hình MCU giao tiếp Uart Modul Lora 86 Hình 22: Lưu đồ thuật toán gưi dư liệu uart 87 Hình 23: Lưu đồ thuật toán nhẫn dư liệ UART 87 Hình 24: Năng lượng tiêu thụ nguồn clock CPU 90 Hình 25: Năng lượng tiêu thụ khối I2C 90 Hình 26: Tổng lượng tiêu thụ MCU 91 Hình 27: Lưu đồ thuật toán chương trình MCU mạch trung tâm 92 Hình 28: Sơ đồ khối logic cấu hình MCU Psoc Creator 93 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ số công tơ nước Hình 29: Lưu đồ thuật toán đọc dư liệu Node Trung tâm 95 Hình 30: Lưu đồ thuật toán gưi dư liệu từ Trung tâm lên PC 96 Hình 1: Phần mềm Visual Studio 2013 97 Hình 2:Giao diện lập thiết kế giao diện ứng dụng 98 Hình 3: Giao diện lập trình phần mềm .98 Hình 4: Màn hình giám sát trực tuyến 99 Hình 5: Màn Hình lưu trư số liệu 100 Hình 6: Màn hình quản lí thiết bị 100 Hình 7:Màn hình xuất báo cáo 101 Hình 8: Lưu đồ thuật toán nhận dư liệu ,cập nhật giao diện 101 Hình 9: Cấu hình comport phần mềm visual studio .102 Hình 10: Lưu đồ thuật toán kết nối seriport nhận dư liệu MCU 103 Hình 12: giao diện phần mềm SQL Server tạo sở dư liệu 105 Hình 13:Số liệu lưu trư thông tin 106 Hình 14: Thống kê exel chỉ số công tơ nước 107 Hinh 1:Mô hình Node thu thập dư liệu lưu lượng nước 108 Hinh 2: Mô hình modul trung tâm 109 Hinh 3: Mô hình mô phỏng máy bơm nước 110 Hinh 4: Tổng thể mô hình xây dựng 111 Hinh 4: Chỉ số nước hiển thị mạch Node chạy mô phỏng 112 Hinh 5: Kết quả hiển thị màn hình mạch trung tâm giám sát 112 Hinh 6: Màn hình theo dói máy tính kết nới với mạch trung tâm 113 Hinh 7:Dòng tiêu thụ của mạch Node ngủ 113 Hinh 8:Dòng tiêu thụ MCU thức đếm xung cảm biến lưu lượng trả về 114 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ sớ cơng tơ nước MỞ ĐẦU Cơng nghiệp hóa - đại hóa sản xuất, quản lý ngày càng được mở rộng ở hầu hết các ngành nghề, nhằm hướng đến một nền kinh tế phát triển ổn định, tiết kiệm và hiệu quả.Áp dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất góp phần giải phóng người khỏi lao đợng chân tay nhàm chán và đợc hại.Do đó, việc ghép nới các thiết bị hoạt động đơn lẻ thành một hệ thống thống nhất, hoạt động linh hoạt là xu hướng phát triển toàn thế giới.Hệ thống giám sát từ xa là công cụ không thể thiếu một hệ thống Hiện việc cung cấp nước cho tòa nhà là rất quan trọng, nhất là đối với hộ gia đình sinh sớng.Với mức tiêu thụ khởng lờ, việc quản lí đồng hồ công nước tòa nhà mỗi hộ gia đình rất thô sơ, chủ yếu người thực thủ đợng chưa có tính tự đợng hóa, quản lí giám sát báo lỡi.Chính vì điều đề này em xây dựng thiết kế hệ giám sát chỉ số công tơ nước tòa nhà sư dụng mạng Lora giúp cơng việc quản lí dễ dàng Nội dung đồ án gồm chương: - Chương 1: Khảo sát công nghệ và xây dựng giải pháp Chương 2: Thiết kế hệ thống Chương 3: Thiết kế phần cứng Chương 4: Chương trình vi điều khiển Chương 5: Chương trình máy tính Chương 6: Mơ hình thực nghiệm Em xin đặc biệt chân thành cảm ơn PGS-TS.Nguyễn Văn Nghĩa, các thầy cô giáo bộ Kỹ Thuật Điện trường đại học Giao thông vận tải, và các anh tại sở thực tập công ty TNHH Trang Thiết Bị Điện Điện tư Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua giúp em hoàn thiện đồ án của mình Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2018 SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 Giám sát chỉ số công tơ nước LCD_PrintString("CONNECTED "); else LCD_PrintString("DISCONNECT"); } void giaodien_run() { nhanphim(); switch(manhinh) { case 1:// man hinh manhinh1(); break; case 2:// man hinh //debug_eeprom(); manhinh2(); break; case :// man hinh show_adc(); break; case 4: debug_time(); break; case 5: debug_activeNode(); break; case 0: show_selectNode(); break; } resetmanhinh(); } File uartbroadcast.c #include "project.h" #include "datanode.h" #include "time.h" #define TIMESEND_BROADCAST #define HEADER_GATE 0xEC #define BANTIN1 0x01 #define BANTIN2 0x02 #define DUMMYBYTE 0x81 #define FRAMESIZE_GATE SVTH:Trân Văn Khoa- Trang bị điện K55 140 Giám sát chỉ số công tơ nước unsigned char timesend; unsigned char IsBusyUart() { return !AUX_LORA_Read(); } void SendData(int lengh, unsigned char frame[]) { int i; for(i=0;i