Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng mạng CAN trong thu thập dữ liệu nhiều đầu vào MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG 3 1.1. Đặt vấn đề 3 1.1.1. Tổng quan về hệ thống thu thập dữ liệu 3 1.1.2. Các chuẩn truyền dữ liệu trong hệ thống thu thập dữ liệu 5 a) Ethernet 5 b) USB 5 c) RS485 5 1.2. Tổng quan về truyền thông CAN 6 1.2.1. Giới thiệu CAN (Controller Area Network) 6 1.2.2. Cơ chế giao tiếp 7 1.2.3. Cấu trúc bản tin 8 1.2.4. Truy cập bus và bảo toàn dữ liệu 10 1.3. Một số ứng dụng của mạng CAN 10 1.3.1. Mạng CAN trong ô tô 10 1.3.2. Mạng CAN trong công nghiệp 11 1.4. Yêu cầu thực tế 11 Kết luận 13 Chương 2 CẤU HÌNH HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 14 2.1. Cấu hình hệ thống 14 2.1.1. Tổng quan về cấu hình hệ thống 14 2.1.2. Các module đo lường 15 2.1.3. Module trung tâm 16 2.1.4. Máy tính thu thập dữ liệu 16 2.1.5. Các giao thức truyền thông 17 a) Truyền thông CAN 17 b) Truyền thông UART 17 c) Truyền thông USB 17 2.2. Lựa chọn các thiết bị chính 17 2.2.1. Tính chọn các cảm biến 17 a) Cảm biến đo tốc độ động cơ thủy lực 17 b) Cảm biến nhiệt độ 19 c) Cảm biến lưu lượng 19 d) Cảm biến áp suất 21 2.2.2. Lựa chọn vi điều khiển 21 Kết luận 22 Chương 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 23 3.1. Thiết kế nguyên lý 23 3.1.1. Mạch xử lý đo áp suất 23 3.1.2. Mạch xử lý đo nhiệt độ 23 3.1.3. Mạch xử lý đo tốc độ động cơ thủy lực và lưu lượng 24 3.1.4. Khối chuyển đổi CAN 25 3.1.5. Khối hiển thị 26 3.1.6. Khối vi điều khiển 26 3.1.7. Khối nguồn cung cấp cho các module 27 3.2. Thiết kế mạch in 28 3.2.1. Mạch đo lường 28 3.2.2. Hộp trung tâm 29 Kết luận 30 Chương 4 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 31 4.1. Lập trình cho vi điều khiển 31 4.2. Lập trình phần mềm trên máy tính 36 4.2.1. Giới thiệu phần mềm lập trình CVI 36 4.2.2. Giao diện phần mềm ứng dụng 36 4.2.3. Cấu trúc chương trình 40 Kết luận 41 Chương 5 GHÉP NỐI HỆ THỐNG VÀ THỬ NGHIỆM 42 5.1. Ghép nối hệ thống 42 5.2. Cài đặt hệ thống 45 5.3. Kết quả thử nghiệm 46 Kết luận 50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hà Nội, 06-2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP ====o0o==== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MẠNG CAN TRONG THU THẬP DỮ LIỆU NHIỀU ĐẦU VÀO Trưởng môn : TS Trần Trọng Minh Giáo viên hướng dẫn : Ths Võ Duy Thành Sinh viên thực : Nguyễn Hoàng Thạch Lớp : ĐK & TĐH – K56 MSSV : 20112216 Hà Nội, 06-2016 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng mạng CAN thu thập liệu nhiều đầu vào em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo ThS Võ Duy Thành Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 09 tháng 06 năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Hồng Thạch MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .v LỜI NÓI ĐẦU Chương GIỚI THIỆU CHUNG .3 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Tổng quan hệ thống thu thập liệu 1.1.2 Các chuẩn truyền liệu hệ thống thu thập liệu a) Ethernet .5 b) USB c) RS485 1.2 Tổng quan truyền thông CAN 1.2.1 Giới thiệu CAN (Controller Area Network) 1.2.2 Cơ chế giao tiếp 1.2.3 Cấu trúc tin 1.2.4 Truy cập bus bảo toàn liệu .10 1.3 Một số ứng dụng mạng CAN 10 1.3.1 Mạng CAN ô tô 10 1.3.2 Mạng CAN công nghiệp 11 1.4 Yêu cầu thực tế .11 Kết luận 13 Chương CẤU HÌNH HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH .14 2.1 Cấu hình hệ thống 14 2.1.1 Tổng quan cấu hình hệ thống 14 2.1.2 Các module đo lường 15 2.1.3 Module trung tâm 16 2.1.4 Máy tính thu thập liệu 16 2.1.5 Các giao thức truyền thông 17 a) Truyền thông CAN 17 b) Truyền thông UART 17 c) Truyền thông USB 17 2.2 Lựa chọn thiết bị .17 2.2.1 Tính chọn cảm biến 17 a) Cảm biến đo tốc độ động thủy lực 17 b) Cảm biến nhiệt độ .19 c) Cảm biến lưu lượng 19 d) Cảm biến áp suất .21 2.2.2 Lựa chọn vi điều khiển 21 Kết luận 22 Chương THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .23 3.1 Thiết kế nguyên lý 23 3.1.1 Mạch xử lý đo áp suất .23 3.1.2 Mạch xử lý đo nhiệt độ 23 3.1.3 Mạch xử lý đo tốc độ động thủy lực lưu lượng 24 3.1.4 Khối chuyển đổi CAN .25 3.1.5 Khối hiển thị 26 3.1.6 Khối vi điều khiển 26 3.1.7 Khối nguồn cung cấp cho module .27 3.2 Thiết kế mạch in .28 3.2.1 Mạch đo lường 28 3.2.2 Hộp trung tâm 29 Kết luận 30 Chương THIẾT KẾ PHẦN MỀM .31 4.1 Lập trình cho vi điều khiển .31 4.2 Lập trình phần mềm máy tính 36 4.2.1 Giới thiệu phần mềm lập trình CVI 36 4.2.2 Giao diện phần mềm ứng dụng 36 4.2.3 Cấu trúc chương trình 40 Kết luận 41 Chương GHÉP NỐI HỆ THỐNG VÀ THỬ NGHIỆM 42 5.1 Ghép nối hệ thống 42 5.2 Cài đặt hệ thống 45 5.3 Kết thử nghiệm 46 Kết luận 50 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .52 PHỤ LỤC 53 Danh mục hình vẽ DANH MỤC Hình 1.1 Cấu hình thu thập liệu dạng tập trung .3 Hình 1.2 Cấu hình thu thập liệu dạng phân tán Hình 1.3 Ghép nối mạng CAN Hình 1.4 Các lớp giao tiếp Hình 1.5 Cấu trúc khung liệu CAN .9 Hình 1.6 Mạng CAN ô tô 10 Hình 1.7 Máy thử vạn cụm thủy lực MH-100 12 Hình 1.8 Bản hiển thị số liệu 12 Danh mục hình vẽ YHình 2.1 Cấu hình hệ thống 14 Hình 2.2 Sơ đồ khối module đo lường 15 Hình 2.3 Sơ đồ khối module trung tâm 16 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý phương pháp đếm xung 18 Hình 2.5 Cảm biến tiệm cận .18 Hình 2.6 Sơ đồ ngõ điều khiển .19 Hình 2.7 Cảm biến nhiệt độ PT100 19 Hình 2.8 Cảm biến lưu lượng 19 Hình 2.9 Tín hiệu từ cảm biến lưu lượng 20 Hình 2.10 Đặc tính cảm biến lưu lượng dòng cao FM .20 Hình 2.11 Đặc tính cảm biến lưu lượng dòng thấp FM1 FM2 .20 Hình 2.12 Cảm biến áp suất 21 Hình 2.13 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC18F25K80 22 YHình 3.1 Mạch xử lý đo áp suất ………………………………………………………… 23 Hình 3.2 Mạch xử lý đo nhiệt độ 24 Hình 3.3 Mạch xử lý đo tốc độ động thủy lực lưu lượng 25 Hình 3.4 Khối chuyển đổi CAN 25 Hình 3.5 Khối hiển thị 26 Hình 3.6 Khối vi điều khiển 27 Hình 3.7 Module chuyển đổi UART/USB 27 Hình 3.8 Nguồn công nghiệp 28 Hình 3.9 Khối nguồn mạch 28 Hình 3.10 Mặt trước mạch đo lường 28 Hình 3.11 Mặt sau mạch đo lường 29 Hình 3.12 Hộp trung tâm 29 YHình 4.1 Lưu đồ chương trình cho vi điều khiển ……… ……………………………… 31 Danh mục hình vẽ Hình 4.2 Lưu đồ xảy ngắt CAN 32 Hình 4.3 Panel 36 Hình 4.4 Panel in ấn 37 Hình 4.5 Mẫu phiếu kiểm tra 39 Hình 4.6 Cấu trúc chương trình máy tính 40 YHình 5.1 Vị trí gắn cảm biến tiệm cận … …… …………………………… ………… 42 Hình 5.2 Vị trí gắn cảm biến nhiệt độ PT100 42 Hình 5.3 Vị trí cảm biến áp suất mạch đo lường 43 Hình 5.4 Mặt trước hiển thị 43 Hình 5.5 Mặt sau hiển thị 44 Hình 5.6 Kết nối dây hộp trung tâm 44 Hình 5.7 Kết nối dây máy tính .44 Hình 5.8 Thử nghiệm hệ thống 46 Hình 5.9 Các giá trị ban đầu hiển thị 47 Hình 5.10 Các giá trị ban đầu giao diện giám sát .47 Hình 5.11 Kết thử nghiệm đường ống có lưu lượng cao FM 48 Hình 5.12 Kết thử nghiệm đường ống có lưu lượng thấp FM1 48 Hình 5.13 Kết thử nghiệm đường ống có lưu lượng thấp FM2 49 Hình 5.14 Kết thử nghiệm hệ thống phụ 50 Phụ lục case ID_Q12: TRISCbits.TRISC4=1;//SWFM while(1) { while(INTCONbits.TMR0IF==0); timer0_init(); dem=dem+1; if(2==dem) { dem=0; data=TMR1;//doc counter TMR1=0;//reset counter data_temp=(2*data_temp+8*data*2)/10.0;//chuyen doi trich mau 100ms //data_temp=(2*data_temp+8*data*0.4)/10.0;//chuyen doi trich mau 500ms data=(unsigned int) data_temp; dem_led=dem_led+1; if(5==dem_led) { dem_led=0; LED_wrt_num(data);//hien thi //LED_wrt_num(4); data=data+1000*(SWFM+1); can_send(ID_IC,data);//gui can } } } case ID_P1: case ID_P2: case ID_P3: while(1) { while(INTCONbits.TMR0IF==0); timer0_init(); dem=dem+1; if(2==dem) { dem=0; data=read_adc(1);//doc adc if(data1) data=data-2;//chinh dinh offset //if(data