Hệ thống đo điện năng từ xa qua mạng RS485 sử dụng vi điều khiển AT89C52
MỤC LỤC
GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT
Trong trường hợp dùng nguồn dao động ngoài, chân XO được bỏ trống và dao động được đưa vào chân XI. Mối liờn hệ giữa cụng suất tiờu thụ và tần số xung có thể thay đổi được.
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
Bằng cách kết hợp các tần số xung clock và trạng thái ba chân NEG, VOL và ZC, người sử dụng có thể chọn lựa tần số xung phát, độ ch ính xác cũng như cấu hỡnh phự hợp với nguồn tải tiờu thu.ù. Nếu nguồn điện lưới rớt xuống quá một giá trị ngưỡng đã định, IC sẽ báo động thụng qua ngừ ra VOL.
GIỚI THIỆU IC ĐO ĐIỆN NĂNG AD7755 (HÃNG ANALOG DEVICES)
Cũng như ngừ vào dũng điện, tớn hiệu điện ỏp sau khi qua bộ biến ỏp cú thể được nối trực tiếp đến hai ngừ vào này nếu điện ỏp cực đậi khụng vượt quỏ. Tuy nhiên khi thực hiện đo lường việc tính toán nên xử lý trong khoảng thời gian > 1 phút nhằm tránh bị nhiễu (gợn súng) tại ngừ ra CF mặc dự tải hoạt động ổn định.
GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT
Điện áp cung cấp cho chân này có giá trị điển hình là +2.5V, nếu sử dụng điện trở shunt để biến dòng thì có thể cung cấp điện áp lên đến +5V. Trong hình bên dưới, điện áp rơi trên điện trở shunt có giá trị trong khoảng 0 đến 16mV hiệu dụng (biến đổi từ dòng lưới 0 đến 80 A qua điện trở shunt 200Ω).
XỬ LÝ AT89C52 (HÃNG ATMEL)
Tín hiệu điều khiển để cho phép bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân /OE (Out Put Enable) của một EPROM để cho phép đọc tất cả các byte mã lệnh. Khi port 0 được dùng trong chế độ chuyển đổi của nó vừa là bus dữ liệu vừa là byte thấp của bus địa chỉ, ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ trong nửa chu kỳ đầu của bộ nhớ.
CÁC TÍNH NĂNG MỚI CỦA AT89C52
Timer này có 3 chế độ hoạt động : timer 16bit tự động nạp lại, bộ đếm 16bit và chế độ tạo tốc độ baud cho port nối tiếp.Các chế độ này có thể được chọn trong thanh ghi T2CON tại vị trí C8H. Khác với cách dùng Timer 1 định tốc độ Baud, dùng Timer 2 có rất nhiều ưu điểm : có thể định tốc độ thu và phát dữ liệu khác nhau, đạc biệt có thể tăng tốc độ truyền dữ liệu lên đến 115200bps (tần số thạch anh 11.0592 MHz) điều mà Timer 1không thể thực hiện được.
65536 RCAP 2 H , RCAP 2 L ]
Một chế độ đặc biệt của Timer 2 là chế độ định tốc độ Baud cho port nối tiếp. Sở dĩ Timer 2 có thể làm được là vì tần số thạch anh không bị chia cho 12 như trước mà chỉ được chia cho 2.
IC ĐỒNG HỒ THỰC DS12887 (HÃNG MAXIM)
Khi MOT nối với VCC, bus Motorola được kích hoạt, DS được sử dụng như một chân điều khiển hai chiều dành cho việc đọc ra và ghi dữ liệu lên. Ngừ ra IRQ cú thể được sử dụng để tạo ngắt cho vi xử lý.Tớn hiệu IRQ còn tích cực đến khi nào bit trạng thái tạo ngắt và bit cho phép ngắt tương ứng được tích cực. Trạng thái của các bit cờ này độc lập với trạng thái của các bit cho phép tương ứng.Nếu một (hoặc hai hoặc cả ba) trong ba bit cho phộp ngắt tớch cực thỡ khi một ngắt xảy ra, ngừ ra IRQ mới thay đổi dang thái (tích cực mức thấp).
IC BỘ NHỚ ROM NỐI TIẾP AT24C64 (HÃNG ATMEL)
Sau khi so sánh đúng địa chỉ cần ghi, IC sẽ phản hồi một tín hiệu Zero và cho phép từng bit dữ liệu dịch vào IC được đồng bộ bằng xung clock tại chân SCLK. Tác vụ ghi theo trang cũng được khởi động giống như tác vụ ghi từng byte, chỉ khác là thiết bị ghi (vi xử lý…) không gửi trạng thái Stop sau mỗi byte được ghi xong. Một khi lệnh điều khiển đọc được xuất ra và được nhận biết bởi IC , dữ liệu cần đọc được dịch ra trên chân SDA đồng bộ bằng xung clock trên chân SCLK.
THIEÁT Bề HIEÅN THề LCD HD44780 (HÃNG HITACHI)
Bởi vì nguồn sáng hoạt động cho LCD là ánh sáng xung quanh nên công suất cho LCD khoảng 10àW/cm để cho cú sự tỏn quang trong mụi trường LCD. LCD hoạt động với tốc độ rất chậm, thời gian để LCD khởi động vào khoảng ms (10-3 sec) và thời gian để trạng thái “tắt” vào khoảng vài chục ms. Ngày nay thường sử dụng LCD dạng ma trận điểm 5x8, 5x10… và nhất là sử dụng các modul LCD có sẵn.
ỨNG DỤNG VÀ GIỚI HẠN
Chương trình phần mềm phải đặt E = 1 trước khi đặt các đường điều khiển hay các đường dữ liệu khác và sau đó phải xóa E = 0 khi các đường khác đã sẵn sàng. Sau khi viết vào (hay đọc ra từ) DDRAM hay CGRAM để hiển thị dữ liệu AC tự động tăng (hay giảm đi) một. Khi hiển thị ít hơn 80 kí tự, bất cứ vùng RAM nào không dùng cho hiển thị đều có thể dùng như 1 RAM đa dụng.
TIEÂU CHUAÅN TRUYEÀN THOÂNG RS232
Tiêu chuẩn RS232 đầu tiên áp dụng cho cổng nối tiếp quy định sử dụng đầu nối 25 chân, cùng với tên gọi và chức năng cụ thể cho từng chân. Cho đến nay thì những quy định này đã mang tính lịch sử vì trên thực tế chỉ có 9 chân được sử dụng. Đầu nối 25 chân có kích thước lớn, chiếm nhiều chỗ và lại chứa một số lớn chân không dùng đến nên khi máy tính được sử dụng rộng rãi thì đầu nối 9 chân đã được đưa vào sử dụng.
TIEÂU CHUAÅN TRUYEÀN THOÂNG RS485
Chú ý : tiêu chuẩn TIE/EIA –485 quy định mức logic 1 là điện áp B>A và mức logic 0 khi A>B, như vậy các IC sử dụng thường có mức logic ngược lại.Tuy nhiên ,trong thực tế nếu các bộ thu phát đều cùng dùng chung một chuẩn thì vấn đề này không cần phải quan tâm. Một biến thể của của phương pháp chặn song song cũng được sử dụng rộng rãi có tên là chặn tin cậy, bởi nó có tác dụng khác nữa là tạo thiên áp tin cậy (fail-safe biasing ) bảo đảm dòng một chiều tối thiểu cho trường hợp bus rỗi hay có sự cố. Mặc dù mức tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai dâu dẫn A và B không liên quan đến đất hệ thống nhưng RS485 vẫn cần một đường dây nối đất để tạo đường thoát cho nhiễu chế độ chung và các dòng khác,ví dụ dòng đầu vào bộ thu.
MỘT SỐ GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG TIÊU BIỂU
Nếu như bộ đờùm khụng được làm trống trước khi một ký tự khác được nhận thì bất kỳ ký tự nào trước đó trong bộ đệm sẽ bị ghi đè lên.Nếu như trường hợp này xảy ra thì phải sử dụng các kỹ thuật bắt tay để làm ngừng bên truyền gửi đi các ký tự khác trước khi bên nhận có đủ thời gian để xử lý các ký tự đã nhận. Theo mô hình ISO/OSI thì Modbus thực chất là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, vì vậy có thể được thực hiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP, MAP (Manufactoring Message Protocol), Modbus Plus và ngay cả đường truyền nối tiếp RS232. Các thiết bị Modbus giao tiếp với nhau qua cơ chế chủ/tớ (Master/Salve), trong đó chỉ một thiết bị chủ có thể chủ động gởi yêu cầu , còn các thiết bị tớ sẽ đáp ứng bằng dữ liệu trả lại hoặc thực hiện một hành động nhất định theo yêu cầu.
Ý TƯỞNG THIẾT KẾ
Các linh kiện được sử dụng trong ba sơ đồ này đều có thể kiếm được trên thị trường Viờùt Nam và tài liệu về chỳng cú thể tỡm dễ dàng trong bất kỳ một đĩa CDROM của một hãng sản xuất lịnh kiện (Maxim, Farneld …). Chính vì phải điều khiển bằng phần mềm nên sơ đồ nguyên lý này có nhược điểm là gặp phức tạp trong việc điều khiển truyền thông, ngoài ra nếu thiết bị cần chuyển đổi (như vi điều khiển) chỉ sử dụng hai chân để giao tiếp (Rxd, Txd và chân mass) thì người sử dụng sẽ phải mất đi một chân I/O để thực hiện chức năng điều khiển RTS/CTS. Hơn nữa, chính vì người sử dụng điều khiển việc thu phát dữ liệu nên tốc độ truyền sẽ chỉ bị giới hạn bới tốc độ xử lý của thiết bị cần chuyển đổi (hoặc giới hạn tốc độ dữ liệu truyền thông của thiết bị) mà không phụ thuộc.
KHỐI XỬ LÝ CHÍNH
Tuy nhiên trong giới hạn luận văn chỉ sử dụng một số những tính năng mới này : sử dụng 40 byte RAM cao, dùng Timer2 định tốc độ baud và sử dụng thêm 2k ROM chương trình (tổng cộng 6k). Do có cấu trúc gần giống như một IC RAM tính ngoài nên ngoài port 0, AT89C52 còn sử dụng các chân điều khiển WR, RD, ALE. Số vòng quay của công tơ mét được nhận biết nhờ vào bộ thu phát hồng ngoại được gắn trên dĩa từ của công tơ mét.
GIẢI THÍCH HOẠT ĐỘNG
Một khi một phím được nhấn, nó sẽ được chống rung bằng cách delay một khoảng thời gian 200 ms, phương pháp này tránh trường hợp một phím được nhận biết nhiều lần trong một lần nhấn. Ví dụ khi LCD đang hiển thị ngày giờ:phút:giây, nội dung các ô nhớ chứa các dữ liệu này trong DS12887 sẽ được đọc về và cập nhật lên LCD, tương tự như vậy đối với chế độ hiển thị ngày:tháng:năm. Ngoài ra khi mỗi ngắt ngoài xuất hiện , khối xử lý cũng kiểm tra xem thời gian hiện tại có trùng với thời gian lưu giá trị điện năng được người sử dụng thiết lập trong thiết bị hay không.
MOÂ HèNH THIEÁT Bề
Ngắt do đồng hồ DS12887 tạo ra sau mỗi một giây đựơc đưa vào ngắt ngoài 0, ngắt này có độ ưu tiên thấp hơn ngắt nối tiếp. Đối với chế độ hiển thị giá trị điện năng, giá trị các thanh ghi counter của AT89C52 và các ô nhớ chứa hệ số nhân được đọc về mỗi khi xuất hiện ngắt. Trong một chu kỳ quét phím, khối xử lý sẽ kiểm tra bộ đệm dữ liệu (5 byte) có đầy hay chưa để xử lý lệnh từ máy tính PC đưa đến.
KHỞI ĐỘNG
Nhằm mục đích hạn chế số lựợng người sử dụng có thể thay đổi các thiết lập cũng như thêm bớt các thiết bị, lệnh Log in cho phép người sử dụng đăng nhập sử dụng chương trình với nhiều cấp độ (quyền hạn) khác nhau. Thời gian trên thiết bị được xử lý bởi IC RTC DS12887.Thay đổi thời gian trên thiết bị sẽ làm thay đổi trình tự lưu giữ giá trị điện năng đã đựơc lưu giữ trước đo và có thể làm mất đi tính logger của thiết bị. Lưu ý là sau khi người sử dụng truyền đi lệnh đặt laị tốc độ truyền cho thiết bị thì người sử dụng cũng phải thiết lập lại tốc độ truyền của cổng nối tiếp máy tính đang sử dụng để kết nối với các thiết bị phù hợp với tốc độ truyền mới.