(Đề tài NCKH) nghiên cứu, thiết kế modem điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ thế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MODEM ÐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ÐIỆNTHÔNG QUA MẠNG LUỚI ÐIỆN HẠ THẾ MÃ SỐ: T2014-157 SKC005518 Tp Hồ Chí Minh, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MODEM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆNTHÔNG QUA MẠNG LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ Mã số: T2014-157 Chủ nhiệm đề tài: ThS VÕ ĐỨC DŨNG TP HCM, 11/2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ TRƯỜNG THKTTH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MODEM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆNTHÔNG QUA MẠNG LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ Mã số: T2014-157 Chủ nhiệm đề tài: ThS VÕ ĐỨC DŨNG TP HCM, 11/2014 DANH SÁCH NHỮNG NGƢỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH ThS Võ Đức Dũng Trƣờng Trung học Kỹ thuật Thực hành Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ MỤC LỤC Trang Mục lục i Danh mục chữ viết tắt ii Thông tin kết nghiên cứu tiếng việt iii Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Chương 1: Cơ sở lý luận 1.1 Công nghệ truyền thông tin đường dây điện lực 1.2 Một số ảnh hưởng việc truyền thông tin đường dây điện .4 1.3 Giải pháp truyền tín hiệu đường dây điện lực nước 1.4 Phân tích lựa chọn phương án Chương 2: Thiết kế phần cứng 17 2.1 Mạch dao động 17 2.2 Mạch điều chế 20 2.3 Tính tốn thiết kế khối 26 Chương 3: Thiết kế phần mềm 50 3.1 Hoạt động điều khiển MODEM 50 3.2 Hoạt động điều khiển MODEM 52 Chương 4: Thực nghiệm 54 4.1 Các bước thi công 54 4.2 Các bước thực nghiệm 55 4.3 Thực nghiệm kết 56 4.4 Kết dạng sóng tín hiệu đo đạt OSC 59 Kết luận kiến nghị 63 Tài liệu tham khảo Phụ lục Muïc lục Trang i Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ CÁC CHỮ VIẾT TẮT RF: tần số cao tần SNR: công suất thu /công suất nhiễu PLC: truyền thông tin đường dây điện lực DTE: thiết bị đầu cuối FSK: Điều chế tần số PSK: điều chế pha ASK: điều chế biên độ AC: ghép C chung TTL: họ TTL CP: thiết bị điều khiển đóng ngắt MODEM: điều chế giải điều chế Các chữ viết tắt Trang ii Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐƠN VỊ: TRƢỜNG THKTTH Tp HCM, ngày 01 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nguyên cứu, thiết kế Modem điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ - Mã số: T2014-157 - Chủ nhiệm: ThS Võ Đức Dũng - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh - Thời gian thực hiện: 01/2014 đến 12/2014 Mục tiêu: - Nghiên cứu thiết kế chế tạo phần cứng MODEM để truyền tín hiệu lên mạng điện dân dụng & nhận liệu để báo hiệu thiết bị điều khiển - Chế tạo MODEM nhận liệu từ MODEM để điều khiển thiết bị điện Tính sáng tạo: Sản phẩm nghiên cứu thị trường chưa có triển khai phổ biến Kết nghiên cứu: Chế tạo thành công Modem truyền nhận liệu điều khiển thiết bị điện với khoảng cách truyền nhận 50m Sản phẩm: Modem truyền nhận để điều khiển thiết bị điện Hiệu quả, phƣơng thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Kết nghiên cứu ứng dụng để giảng dạy môn học: Điện tử bản, kỹ thuật số, vi điều khiển trường THKTTH - Địa ứng dụng: Bộ môn điện tử - Tin học - Trường Trung học Kỹ thuật Thực hành Trƣởng Đơn vị (ký, họ tên, đóng dấu) Thông tin kết nghiên cứu Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Trang iii Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ truyền thông tin đường dây điện lực PLC (Power Line Communication) mở hướng phát triển lĩnh vực thông tin Với việc sử dụng đường dây truyền tải điện để truyền liệu, công nghệ PLC cho phép kết hợp dịch vụ truyền tin lượng Hiện cơng ty, xí nghiệp, khách sạn cao tần có nhu cầu quản lý thiết bị điện mang tính chất tập trung, tức cần ngồi phịng quản lý quan sát trạng thái thiết bị điện mở hay tắt điều khiển tất thiết bị điện có Đối với khách sạn có nhiều tầng, tầng lại có nhiều phịng việc quản lý thiết bị điện mang tính chất tập trung trở nên cần thiết Đối với việc truyền tín hiệu phạm vi nhỏ gọn đường truyền cáp quang, cáp viba, sử dụng sóng cao tần tỏ khơng kinh tế Trong đó, mạng lưới điện dân dụng có sẵn khắp nơi, giá thành thấp kinh tế hơn, Vì người nghiên cứu chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế Modem điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ thế” cần thiết MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Nghiên cứu thiết kế chế tạo phần cứng MODEM để truyền tín hiệu lên mạng điện dân dụng & nhận liệu để báo hiệu thiết bị điều khiển - Chế tạo MODEM nhận liệu từ MODEM để điều khiển thiết bị điện ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Hệ thống mạng lưới điện dân dụng 220V/50Hz Tần số tín hiệu thơng tin cần trao đổi đưa lên mạng điện dân dụng khoảng cách mà tín hiệu truyền đến để điều khiển thiết bị Hệ thống vi điều khiển Tính ổn định MODEM hoạt động thời gian dài 3.2 Phạm vi nghiên cứu Khoảng cách truyền giao tiếp khoảng 50 m Đối tượng truyền lệnh điều khiển thiết bị Chế tạo MODEM Mở đầu Trang Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ Tốc độ truyền tối đa 1200 bps (bit per second) NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1: Cơ sở lý luận Chương 2: Thiết kế phần mềm Chương 3: Nghiên cứu chế tạo phần cứng Chương 4: Thực nghiệm Mở đầu Trang Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1.1 Công nghệ truyền thông tin đƣờng dây điện lực 1.1.1 Công nghệ truyền thông tin đƣờng dây điện lực Công nghệ truyền thơng đường điện PLC (Powerline Communication) hay cịn gọi BPL (Broadband PowerLine): Chỉ cần nối modem đặc biệt vào ổ cắm điện 220V, bạn gọi điện thoại, gửi fax, xem tivi số nghe nhạc trực tuyến chất lượng cao, truy cập Internet tốc độ cực lớn Hơn nữa, giá cước sử dụng hấp dẫn bạn khơng phải trả chi phí dẫn cáp quang tận nhà Đây chuyện viễn tưởng mà thực tế, với công nghệ PLC có mặt Việt Nam PLC sử dụng lưới điện hạ (từ trạm biến áp đến hộ gia đình) để truyền thơng tin Tại trạm biến áp (vốn có nhiệm vụ chuyển dịng điện cao thành hạ đưa đến hộ tiêu dùng), modem tốc độ cao HE (HeadEnd) nối đường hạ hệ thống cáp quang truyền thông backbone Nhiệm vụ modem HE ''điều chế'' tín hiệu truyền thơng cáp quang thành tín hiệu thơng tin có tần số 1,6 - 80 Mhz (tùy vào hãng mà sử dụng dãy tần số khác nhau) để truyền vào lưới điện hạ ngược lại Các tín hiệu thơng tin sau điều chế truyền song song với tín hiệu điện lưới điện hạ đến nhà Tại đây, modem PLC (CPE lắp đặt gia đình) nhận tín hiệu thơng tin, giải điều chế, tái tạo lại tín hiệu thơng tin ban đầu để sử dụng Internet dùng điện thoại, fax Modem PLC đảo ngược q trình để gửi tín hiệu thơng tin điều chế đến modem HE Như vậy, vấn đề đường truyền băng thông rộng giải nhờ tận dụng hệ thống đường cáp điện có tiết diện lớn, tốc độ truyền cao gấp nhiều lần so với dây điện thoại cáp đồng nhỏ bé Các thiết bị truy cập Internet hay sử dụng mạng LAN nội dùng giao thức IP để giao tiếp, sử dụng công nghệ quay số bình thường để kết nối đến máy chủ Internet 1.1.2 PLC giới & lợi ích mang lại cho khách hàng Chương 1: Cơ Sở Lý Luận Trang Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ POWER ON STAND BY MODE YES NO SIGNAL IN? DISABLE VT YES ADDRESS BITS MATCH? NO YES ADDRESS BITS MATCH? NO YES VT ACTIVE YES ADDRESS BITS STILL MATCH? NO YES ADDRESS BITS STILL MATCH? NO Hình B.17: Lưu đồ hoạt động PT 2272 khơng có liệu ngõ Phụ lục Trang 17 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ  Bộ giải mã có chân liệu Khi nguồn cung cấp, PT2272 hoạt động chế độ stand by Sau kiểm tra tín hiệu Nếu khơng có tín hiệu thu, chế độ stand by; mặt khác, bit địa đươc so sánh với trạng thái chân địa Bất bit địa khung phù hợp với trạng thái chân địa chỉ, bit liệu lưu vào nhớ Cũng vậy, IC thấy có hai lần liệu liên tiếp đồng có bit địa chỉ, ngõ liệu tích cực VT cho phép VT không cho phép hai lần liên tiếp địa không giống Với loại tức thời, ngõ liệu bị reset; với loại chốt, ngõ liệu trì Phụ lục Trang 18 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ theá POWER ON STAND BY MODE YES NO SIGNAL IN? DISABLE VT & RESET OUTPUT DATA (FOR MOMENTARY TYPE) DISABLE VT & SUSTAIN OUTPUT DATA (FOR LATCH TYPE) YES ADDRESS BITS MATCH? NO YES STORE DATA BITS MATCH PREVIOUS DATA NO YES ADDRESS BITS MATCH? NO YES DATA BITS OUTPUT & ACTIVE VT YES ADDRESS BITS STILL MATCH? NO YES ADDRESS BITS STILL MATCH? NO Hình B.18: Lưu đồ hoạt động PT2272 có chân liệu ngõ Phụ lục Trang 19 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ Bảng B.6: Bảng giá trị tối đa IC PT2272 Ký hiệu Vcc Điện áp c Vi Điện áp n Vo Điện áp n Topr Nhiệt độ Tstg Nhiệt độ Bảng B.7: Bảng thông số điện áp tĩnh (DC) PT2272 Thơng số Điện áp cung cấp Dịng điện chế độ stand by Dòng điện ngõ DOUT mức cao Dịng điện ngõ DOUT mức Thơ thấp Phụ lục Trang 20 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ Điện áp ngõ vào mức cao Điện áp ngõ vào mức thấp Định nghĩa ký hiệu hình dạng ứng dụng IC: PT 2272 – X – XXX Loại gói hàng: P = PDIP, 18 chân (có thể bị loại bỏ sau này) S18 = loại IC dán, 18 chân S20 = loại IC dán, 20 chân Số bit liệu: = 0bit (có thể loại bỏ sau này) = bit liệu = bit liệu = bit liệu = bit liệu = bit liệu Loại liệu ngõ ra: L = loại chốt M = loại tức thời Phiên bản: A = phiên (chỉ có bit liệu) Tên số IC hãng đặt Hai chữ đầu tên hãng sản xuất PTC Ví dụ loại gói hàng 18 chân: Số hiệu PT2272 (-S18) PT2272A-L2(-S18) PT2272A-M2(-S18) PT2272-L3(-S18) PT2272-M3(-S18) PT2272-L4(-S18) PT2272-M4(-S18) Phụ lục Trang 21 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ PHỤ LỤC 4: Chương trình điều khiển cho MODEM pcon org ; ; CHUONG TRINH CHINH ; MAIN: CALL PORTNOITIEP CALL OUTSIDE SJMP MAIN ; ; CHUONG TRINH CON PORTNOITIEP ; PORTNOITIEP:jnbri,ZAA clr ri mov a,sbuf ljmp KIEMTRA ZAA: ret ; ; CHUONG TRINH CON OUTSIDE ; OUTSIDE: mov a,p0 KIEMTRA: cjne a,#0feh,XQS cpl 60h jnb 60h,X2 setb p1.0 setb p3.4 lcall del1ms setb p3.3 lcall del1s Phụ lục Trang 22 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ ZSA: ZDA: X2: ZFA: ZGA: XQS: ZHA: ZJA: X3: ZKA: Phuï luïc Trang 23 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ ZLA: XWS: ZQA: ZWA: X4: ZEA: Z1A: XES: ZRA: Phuï luïc Trang 24 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ ZTA: X5: ZYA: ZUA: XRS: ZIA: ZOA: X6: ZPA: ZXA: Phuï luïc Trang 25 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ XTS: ZCA: ZVA: X7: ZBA: ZNA: XYS: ZMA: AQA: Phuï lục Trang 26 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ theá X8: AWA: AEA: XUS: ARA: AAA: X9: AYA: AUA: BX: Phụ lục ret Trang 27 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ del1s: c3: c2: c1: del1ms: a2: a1: end Chương trình điều khiển cho MODEM X1: X2: X3: del1s: c3: c2: Phuï luïc Trang 28 pl Nghiên cứu, chế tạo MODULE điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ c1: del1ms: a2: a1: djnz r7,c1 djnz r6,c2 djnz r5,c3 ret mov r0,#60 mov r1,#98 djnz r1,a1 djnz r0,a2 ret end Phuï luïc Trang 29 pl ... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MODEM ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆNTHÔNG QUA MẠNG LƯỚI ĐIỆN HẠ THẾ Mã số: T2014-157 Chủ nhiệm đề tài: ... lưới điện dân dụng có sẵn khắp nơi, giá thành thấp kinh tế hơn, Vì người nghiên cứu chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu, thiết kế Modem điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ thế? ?? cần thiết. .. HCM, ngày 01 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nguyên cứu, thiết kế Modem điều khiển thiết bị điện thông qua mạng lưới điện hạ - Mã số: T2014-157 - Chủ