Nghiên cứu cải tiến bộ đọc thông số đồng hồ nước truyền thông bằng phương pháp đọc không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THÁI NGUYÊN NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN BỘ ĐỌC THÔNG SỐ ĐỒNG HỒ NƯỚC TRUYỀN THỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỌC KHƠNG DÂY  Chun ngành: Cơng nghệ chế tạo máy Mã số ngành: 60 52 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012 -ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trần Thái Nguyên MSHV: 11044544 Ngày, tháng, năm sinh: 25/08/1971 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Công nghệ chế tạo máy Mã số : 60 52 04 CẢI TIẾN BỘ ĐỌC SỐ ĐỒNG HỒ NƯỚC TRUYỀN THỐNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỌC KHÔNG DÂY I TÊN ĐỀ TÀI: II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu cơng nghệ đọc số đồng hồ nước khơng dây sóng vơ tuyến; - Nghiên cứu thay đổi kim số lít (vật liệu nhựa) kim số kim loại (nam châm vĩnh cửu) mặt số đồng hồ nước để tạo từ trường cho cảm biến hoạt động chuyển đổi thành xung việc đo đếm số tiêu thụ nước; - Kết hợp tính đọc số truyền thống đọc từ xa sóng vơ tuyến thơng qua thiết bị thu sóng kết nối máy tính cá nhân - So sánh sai số số hiển thị mặt số đồng hồ số đọc không dây III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : ……/……/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ……/… /2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS- TS Trần Doãn Sơn Tp HCM, ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ (Họ tên chữ ký) -Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa-ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Doãn Sơn Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày…….tháng…….năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ Tịch Hội đồng dánh giá LV trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn chỉnh sửa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA -ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHẬN XÉT LUẬN VĂN THẠC SĨ (Nhận xét CB hướng dẫn Nhận xét CB phản biện ) Họ tên học viên: Trần Thái Nguyên Đề tài luận văn: Nghiên cứu cải tiến đọc thông số đồng hồ nước truyền thống phương pháp đọc không dây Chuyên ngành: công nghệ chế tạo máy Người nhận xét (họ tên, học hàm, học vị) : Cơ quan cơng tác (nếu có): Ý KIẾN NHẬN XÉT 1- Về nội dung & đánh giá thực nhiệm vụ nghiên cứu đề tài: 2- Về phương pháp nghiên cứu, độ tin cậy số liệu: 3- Về kết khoa học luận văn: - 4- Về kết thực tiễn luận văn: 5- Những thiếu sót & vấn đề cần làm rõ (nếu có): Ý kiến kết luận (mức độ đáp ứng yêu cầu LVThS; cho điểm đánh giá LV): Câu hỏi người nhận xét dành cho học viên (nếu có): Ngày tháng năm 2012 NGƯỜI NHẬN XÉT LỜI CÁM ƠN Rất cảm ơn: * Thầy: PGS.TS Trần Doãn Sơn tận tâm giúp đỡ, giảng dạy, tạo điều kiện thiết bị, tài liệu kiến thức, trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành Luận văn Xin chân thành cám ơn: * Quý Thầy, Cô trường Đại học Bách Khoa nhiệt tình truyền thụ giảng, mở mang trí tuệ, để tơi có đủ phương pháp luận thực đề tài * Kỹ sư Lê Hoàng Hân giảng viên trường cao đẳng nghề công nghệ cao Đồng An * Tập thể bạn học ủng hộ suốt thời gian nghiên cứu đến hoàn thiện Luận văn * Tổng Cơng ty Cấp nước Sài Gịn TNHH MTV tạo điều kiện, hỗ trợ loại thiết bị, dụng cụ để thực nghiệm TP HCM , ngày 30 tháng 11 năm 2012 Học viên Trần Thái Nguyên LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển lên tầm cao so với kỷ trước Trong bối cảnh công nghiệp nước ta phát triển chậm lạc hậu giới, để chế tạo cạnh tranh doanh nghiệp cần phải có chiến lược tắt đón đầu cải tiến sản phẩm, chất lượng, tính tốn thời gian sản xuất cho ngắn nhằm mang lại lợi nhuận cao Việc cải tiến phát triển phương pháp đọc số đồng hồ nước thông thường sang đọc số không dây sử dụng rộng rãi hai thập niên qua đọc số sóng Radio, IR, Radar, GSM, GPRS… Các phương pháp đọc cho hiệu quả, xác cao, tiết kiệm nhiều thời gian, ngăn chặn gian lận, giảm chi phí lao động cải thiện dịch vụ hài lòng khách hàng Với phát triển công nghệ thông tin, phương pháp thiết kế gia cơng tiên tiến, q trình sản xuất sản phẩm đơn loạt nhỏ hay vừa, thiết kế thử nghiệm đòi hỏi phải thực nghiệm thực tế đơn vị cấp nước Công nghệ đọc số đồng hồ nước tự động AMR (Automatic Meter Reading) công nghệ giúp công ty cấp nước toàn giới giảm lượng nước thất thu, nâng cao hiệu hoạt động, tăng khả tiết kiệm tài nguyên nước nâng cao dịch vụ khách hàng Công nghệ AMR sử dụng để đọc liệu đồng hồ từ xa, bao gồm số đồng hồ Tóm lại, cơng nghệ có tính tiềm ứng dụng cao nước ta thời gian tới Đề tài “Nghiên cứu cải tiến đọc thông số đồng hồ nước truyền thống phương pháp đọc khơng dây” nhằm mục đích nghiên cứu phát triển công nghệ đọc số đồng hồ nước từ xa đảm bảo tính xác hiệu quả, đề tài tập trung vào nghiên cứu, thiết kế thực nghiệm loại đồng hồ nước vận tốc đa tia cỡ 15 mm sử dụng rộng rãi đơn vị cấp nước Việt Nam Từ tiến hành xây dựng thiết kế lại kim số lít mặt số đồng hồ nước ghi nhận liệu, thu phát sóng thực nghiệm báo cáo kết Đề tài tập trung khảo sát nghiên cứu nội dung tính tốn thiết kế kim số kim loại có từ tính, thiết kế tính tốn ghi nhận liệu phát sóng, viết phần mềm thu thập liệu chọn thiêt bị thu sóng Kết đưa sau thực nghiệm đơn vị cấp nước Tp HCM, tháng 11 năm 2012 ABSTRACT Today, science and technology has evolved to a new level over the last century In the context of the country's industrial development slow and backward over the world, in order to be competitive, manufacturing enterprises need to leapfrog strategy for improving product quality, computing the shortest production time so that in order to bring the highest profit The improvement and development of methods for reading the water meter to read some common wireless is widely used for more than two decades as read only by radio waves,IR, Radar, GSM, GPRS The read method for efficient, high accuracy, save time, prevent fraud, reduce labor costs and improve customer service and satisfaction With the development of information technology, the methods of advanced design and processing, the process of manufacture of products single or series of small or medium size, experimental design requires empirical fact in the water supply unit Technology automatic meter reading AMR (Automatic Meter Reading) is a new technology to help companies worldwide to reduce water losses, improve operational efficiency, increase the ability to save water resources and improve customer service AMR technology is used to read the data of the remote clock, including the clock only In short, this is new technology and high application potential in our country in the future The project "Improvement of the water meter reader wireless reading traditional methods (RF)" for the purpose of research and development of remote meter reading technology to ensure accuracy and efficiency, topics focus on research, design and experiment on the type of water meter Multi-jet velocity 15 mm is now widely used in water supply units in Vietnam Since then the construction of the redesigned metal index l on the surface of the water meter and record receive broadcast data collection and report experimental results Topics focused survey and study the contents of the design guideline calculations of magnetic metal, designed to calculate the recorded data broadcast, the data collection software and the device reception The result came after experiments in the water supplyunit Ho Chi Minh City, November 2012 -DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Mặt cắt ngang đồng hồ nước cỡ nhỏ Hình 1.2: Sơ đồ phân loại theo kiểu cấu tạo đồng hồ nước Hình 1.3: Mơ tả hệ thống đọc đồng hồ nước khơng dây (sóng vơ tuyến) Hình 1.4: Đồng hồ nước vận tốc đa tia có kim lắp nam châm Hình 2.1: Đồng hồ nước vận tốc đa tia Hình 2.2: Đồng hồ nước đĩa dao động Hình 2.3: Cụm hộp phun cánh quạt đồng hồ nước Hình 2.4: Cụm mặt số hiển thị bánh đồng hồ nước Hình 2.5: Đồng hồ nước lắp đặt hồn chỉnh kiểm định Hình 2.5: Quy trình sản xuất đồng hồ nước kiểu vận tốc đa tia cỡ nhỏ Hình 2.6: Đường đặc tuyến sai số cho phép đồng hồ nước Hình 2.7: Quy trình sản xuất đồng hồ nước kiểu vận tốc đa tia cỡ nhỏ Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động đồng hồ nước điện từ Hình 3.2: Sơ đồ đồng hồ có tích hợp phận ghi nhận liệu truyền sở liệu PMAC qua tin nhắn SMS trung tâm Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý chung trình đọc số đồng hồ nước gởi trung tâm để ghi nhận xử lý liệu thơng qua sóng vơ tuyến Hình 3.4: Điều khiển hồng ngoại Hình 3.5: Sơ đồ hoạt động hệ thống đọc Hình 4.1: Hình đồng hồ nước lắp đặt hồn chỉnh Hình 4.2: Ơ ngun tố cấu trúc tinh thể hệ hợp chất SmCo5 Hình 4.3: Bản vẽ chế tạo kim số nam châm Hình 4.4: Mặt số lắp đặt kim nam châm Hình 4.5: Giấy chứng nhận đồng hồ nước kiểm định sau thay số nam châm vĩnh cửu Hình 4.6: Bộ ghi nhận dữu liệu phát sóng Hình 4.7: Sơ đồ lắp đặt ống ngánh đồng hồ nước có lắp van chiều Hình 4.8: Sơ đồ khối ghi nhận liệu phát sóng Hình 4.9: So sánh hai bảm biến Reed Hall -Hình 4.10: Đồ thị tín hiệu ON/OFF Hình 4.11: Cơng tắc Reed Hình 4.12: Sơ đồ đấu dây sơ đồ khối cơng tắc Reed Hình 4.13: Khoảng cách tính tốn từ nam châm đến cơng tắc Reed Hình 4.14: Bảng so sánh file Excel số đọc thực tế đọc khơng dây Hình 4.15: Bảng so sánh file Excel số đọc thực tế đọc khơng dây Hình 4.16: Bộ vi điều khiển TI MSP430F169IPM Hình 4.17: Sơ đồ khối sơ đồ nguyên lý VĐK TI MSP430F169IPM Hình 4.18: Chip đo thời gian thực Hình 4.19: Sơ đồ khối chip đo thời gian thực Hình 4.20: Sơ đồ nguyên lý chip đo thời gian thực Hình 4.21: Mạch tích hợp thu phát sóng Hình 4.22: Sơ đồ khối mạch phát sóng Hình 4.23: Sơ đồ ngun lý thiết bi phát sóng Hình 4.24: Sơ đồ ngun lý cơng tắc Hình 4.25: Pin nguồn sử dụng có model LS14500- Saft Hình 4.26: Board mạch thiết bị ghi nhận liệu phát sóng Hình 4.27: Bộ ghi nhận liệu lắp đặt hồn chỉnh đưa vào thử nghiệm Hình 4.28: Mối quan hệ tuổi thọ nguồn pin lượng tiêu thụ Hình 4.29: Lưu đồ giải thuật chương trình Hình 4.30: Lưu đồ giải thuật truyền nhận liệu Hình 4.31: Bản vẽ vỏ ngồi ghi nhận liệu phát sóng Hình 5.1: Bộ thu phát tích hợp sẵn Hình 5.2: Board mạch thu sóng tích hợp Hình 5.3: Sơ đồ ngun lý thu sóng Hình 5.4: Máy tính ghi chép liệu gửi Hình 5.5: Giao diện để đọc ghi nhận liệu từ đồng hồ nước Hình 5.6: Sơ đồ mơ Hình 6.1: Bảng so sánh số đọc thực tế đọc khơng dây1 Hình 6.2: Bảng so sánh số đọc thực tế đọc không dây2 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn -char seri[] = "00000001"; char seri_temp[] = "000000000000000"; char quit[] = "QUIT"; unsigned char fraud; // unsigned char ho,mi,se; //hour, minute, second unsigned char da,dd,mm,yy; //day, date, month, year char transmit[buff]; //string for transmitting to PC //char receive[buff]; //string for receiving from PC char receive[] = "00000000"; unsigned char temp,result; bit test; /************************************************************************ ******/ void pcf8583_read(); void pcf8583_write(); void en_rf_module(); //enable rf module void sa_rf_module(); //power saving for rf module void di_rf_module(); //disable rf module /************************************************************************ ******/ //interrupt routine for sensor void interrupt(){ if(INTCON.INT0IF){ //sensor counter++; LATD = ~LATD; INTCON.INT0IF = 0; } H V: Trần Thái Nguyên 73 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn -if(INTCON3.INT1IF){ //switch en_pcf8583_read = 1; fraud++; temp++; LATD = ~LATD; if(temp==3) temp = 0; INTCON3.INT1IF = 0; } if(INTCON3.INT2IF){ //real time //en_transmit = 1; saving = 1; LATD = ~LATD; INTCON3.INT2IF = 0; } if(INTCON3.INT3IF){ //rf module en_receive = 1; LATD = ~LATD; INTCON3.INT3IF = 0; } /*if(INTCON.TMR0IF){ INTCON.TMR0IE = 0; INTCON.TMR0IF = 0; }*/ } //write PCF8583 void pcf8583_write(){ unsigned char temp2,temp3; H V: Trần Thái Nguyên 74 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn -temp2 = (Dec2Bcd(dd)) | (yy 12 } //rf module void en_rf_module(){ SETA_pin = 0; SETB_pin = 0; } void di_rf_module(){ SETA_pin = 1; SETB_pin = 1; } void sa_rf_module(){ SETA_pin = 1; SETB_pin = 0; } //conversion data void counter2string(){ transmit[9] = counter/10000000 + 48; transmit[10] = (counter/1000000)%10 + 48; transmit[11] = (counter/100000)%10 + 48; transmit[12] = (counter/10000)%10 + 48; transmit[13] = (counter/1000)%10 + 48; transmit[14] = (counter/100)%10 + 48; transmit[15] = (counter/10)%10 + 48; transmit[16] = counter%10 + 48; } H V: Trần Thái Nguyên 76 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn -//time void fraud2string(){ transmit[18] = fraud/100 + 48; transmit[19] = (fraud/10)%10 + 48; transmit[20] = fraud%10 + 48; } void time2string1(){ transmit[22] = ho/10 + 48; transmit[23] = ho%10 + 48; transmit[25] = mi/10 + 48; transmit[26] = mi%10 + 48; transmit[28] = dd/10 + 48; transmit[29] = dd%10 + 48; transmit[31] = mm/10 + 48; transmit[32] = mm%10 + 48; } //time void time2string2(){ transmit[34] = ho/10 + 48; transmit[35] = ho%10 + 48; transmit[37] = mi/10 + 48; transmit[38] = mi%10 + 48; transmit[40] = dd/10 + 48; transmit[41] = dd%10 + 48; transmit[43] = mm/10 + 48; transmit[44] = mm%10 + 48; } H V: Trần Thái Nguyên 77 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn -//time void time2string3(){ transmit[46] = ho/10 + 48; transmit[47] = ho%10 + 48; transmit[49] = mi/10 + 48; transmit[50] = mi%10 + 48; transmit[52] = dd/10 + 48; transmit[53] = dd%10 + 48; transmit[55] = mm/10 + 48; transmit[56] = mm%10 + 48; } //initial routine void init(){ unsigned char i; ADCON1 = 0xff; //set IO TRISD = 0; TRISE = 0; TRISF = 0; TRISG = 0; LATF = 0; LATG = 0; SETA_pin = 1; SETB_pin = 1; AUX_pin = 1; RC2_bit = 1; SETA_tris = 0; H V: Trần Thái Nguyên 78 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn -SETB_tris = 0; AUX_tris = 1; TRISC2_bit= 1; SENSOR_pin = 1; SW_pin = 1; SQW_pin = 1; SENSOR_tris = 1; SW_tris = 1; SQW_tris = 1; //set timer0 for reset value /*T0CON = 0x87; INTCON.TMR0IF = 0; //INTCON2.TMR0IP = 0; INTCON.TMR0IE = 0; //low priority //disable until has an error in receive TMR0L = TMR0H = 0x00; INTCON2 = 0x00;*/ //set INT0, INT1, INT2, INT3 interrup for sensor, switch, real time, rf module INTCON.INT0IF = 0; INTCON.INT0IE = 1; INTCON2 = 0x00; INTCON3 = 0x38; //enable interrupt INTCON.PEIE = 1; INTCON.GIE = 1; counter = 0; ack = 0; pass = 0; H V: Trần Thái Nguyên 79 Luận văn Thạc sĩ GVHD: PGS.TS Trần Doãn Sơn -temp = 0; fraud = 0; saving = 0; finisht = 0; finishr = 0; update = 0; en_transmit = 0; en_receive = 0; en_pcf8583_read = 0; en_pcf8583_write = 0; /*LATG.B0 = en_pcf8583_write; LATG.B1 = en_pcf8583_read; LATG.B2 = en_receive; delay_ms(2000);*/ for(i=0;i