Các thành phần tắn hiệu số ựược lưu trưc bên trong các khối lập trình ựược, chúng không ựược kết nối trực tiếp tới các chân vào ra. Hoạt ựộng của các khối số có khả năng lập trình ựược thể hiện trong hình dưới ựây, mô tả 1 nhóm 4 khối số lập trình
ựược.
Chúng ta có thể thấy rằng các chân ựược liên kêt thông qua các ựường dẫn (line) chung, các ựường dẫn bên trong các khối số, và các bộ ghép kênh. PsoC có thể
có 1,2, hoặc 4 nhóm các khối số lập trình ựược phụ thuộc vào tưng họ PsoC cụ thể
Hình 3.10: Các khối số lập trình
3.2.11. CÁC đƯỜNG TÍN HIỆU DÙNG CHUNG (GIL)
Global input lines (GIL) : Có chức năng kết nối các chân input với ựầu vào của các Mux. GIL ựược chia thành hai nhóm chẵn (Global input odd Ờ GIO) và (Global input even Ờ GIE) phụ thuộc vào chỉ số của cổng kết nối với Mux, theo nguyên tắc
cùng chỉ số chân. Nghĩa là ựường dẫn GIO_0 có thể kết nối với chân số 0 của tất cả
các cổng có chỉ số cổng là lẻ như : P1[0], P3[0], P5[0]..
Hình 3.11: Các ựường tắn hiệu vào dùng chung
Ghép nối với Mux
Các bộ Mux ựược ghép nối với GIO và GIE theo hình vẽ dưới ựây
Hình 3.12: Ghép nối Mux với GIO và GIE
3.2.12. CÁC KHỐI SỐ LẬP TRÌNH đƯỢC:
Các khối số lập trình ựược có thểựược cấu hình thành các bộ ựịnh thời-Timer, bộ ựếm-counter, ựiều chế ựộ rộng xung Ờ PWM, bộ tạo mã PRS (Pseudo Reed- Solomon)-CRC và các giao tiếp ngoại vi như SPI, IrDA, UART tùy theo yêu cầu và mục ựắch của người thiết kế.
Hình 3.13: Cấu hình khối số lập trình
Chức năng của từng khối số lập trình ựược liệt kê theo bảng sau :
Bảng 3.2: Chức năng của khối số lập trình.
Tần số giữ nhịp (CLK) :
Tần số giữ nhịp là cần thiết cho mọi thành phần tắn hiệu số, phụ thuộc vào tốc
ựộ yêu cầu, chúng ta có một tập hợp các tần sốựể lựa chọn
Các tần số dao ựộng nội : VC1, VC2, VC3, SYSCLKx2, CPU_32 Các dao ựộng từ các khối liên quan : như Timer, Counter, PWM Ầ Tắn hiệu Broadcast (BC)
Các chân tắn hiệu vào RI và ra RO
Hình 3.14: Chân tắnh hiệu vào RI và ra RO
Phần lớn các thành phần tắn hiệu số bên cạnh tần số giữ nhịp còn có 1 hoặc hai
ựầu vào số. Vắ dụ trong trường hợp của countẻ và PWM, tắn hiệu ựầu vào ựược sử
dụng ựể khởi tạo bộ ựếm. Có một vài khả năng khác nhau cho việc lựa chọn ựầu vào cho các thành phần
Các chân RI (tắn hiệu ngoài)
Các chân RO (khi các khối ựược kết nối liên tiếp)
đầu ra từ các bộ so sánh analog. Các tắn hiệu logic 0 (GND),1(VDD
đầu ra của các thành phần :
Các ựầu ra số của các thành phần tắn hiệu số ựược sử dụng ựể kết nối các khối lập trình ựược với các chân tắn hiệu ra RO.
Bộ ghép kênh Ờ Multiplexer:
Phụ thuộc vào trạng thái của Mux (ựịa chỉ) các chân tắn hiệu ra RO hoặc các chân tắn hiệu vào RI của các khối lập trình ựược có thểựược kết nối với nhau.
Mạch Logic:
Các mạch logic có thể là:
Lựa chọn 1 trong hai tắn hiệu làm ựầu ra Cổng NOT
Thực hiện các phép toán logic AND, OR, XOR
Hình 3.15: Mạch thực hiện các phép toán logic AND, OR, XOR
đầu ra của các mạch logic có thểựược kết với 4 mạch ựiều khiển ựầu ra, chúng
ựược kết nối tới 1 hoặc nhiều các ựường tắn hiệu GOL(global output lines )
đầu ra của các khối lập trình ựược cũng ựược ựánh chỉ số, do ựó nó chỉ kết nối với các chân GOO hoặc GOI cùng chỉ số hoặc có chỉ số lớn hơn 4 ựơn vị so với chúng.
Hình 3.16: Mạch ựiều khiển các tắn hiệu ra.
3.3. KẾT LUẬN.
Trên ựây là những nghiên cứu cơ bản về vi ựiều khiển PSoC. Kiến thức về vi ựiều khiển PSoC rất rộng tuy nhiên trong khuôn khổ ựề tài, những vấn ựề tôi ựã nghiên cứu ở trên là những vấn ựề quan trọng cần thiết phục vụ trực tiếp cho ựề tài.
Ngoài việc nhận ựể xử lý tắn hiệu từ Modem GSM SIM300CZ sau ựó gửi phản hồi cho Modem, trung tâm xử lý là vi ựiều khiển PSoC còn nhận các tắn hiệu từ Module ựiều khiển. Nhiệm vụ của Module ựiều khiển là thực hiện bật tắt các thiết bị thông dụng, ựồng thời tôi còn mở rộng thêm hướng cảnh báo bằng việc sử dụng các loại cảm biến sẽ ựược giới thiệu ở chương sau.
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 4.1. GIỚI THIỆU
đề tài với chức năng chắnh là giám sát an ninh trạm ATM bằng tin nhắn sẽ do bộ Vi xử lý PSoC ựã ựược giới thiệu ở chương 3. Trong chương này tôi phân tắch các phương án ựể lựa chọn phương án thiết kế tối ưu nhất.
4.2. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Sử dụng Modem GSM SIM 300CZ kết nối Vi ựiều khiển PSoC. Modem SIM 300CZ hỗ trợ cả 2 chế ựộ SMS là Text và PDU do vậy việc lập trình với Modem GSM với chế ựộ Text ựơn giản hơn so với việc lập trình cho ựiện thoại di ựộng.
+ Ưu ựiểm: Thắch hợp cho lập trình lệnh AT dễ dàng và ựầy ựủ tắn năng cho lập trình với lệnh AT. Ngoài ra còn có thể phát triển ứng dụng sâu thêm với GPRS, GPS.
+ Nhược ựiểm: Giá thành cao.
4.3. PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN CÁC LOẠI CẢM BIẾN
Cuộc sống của chúng ta tồn tại trong cùng lúc với nhiều thực thể vật lý, những thứ chúng ta nhận biết ựược như là các vận ựộng cơ học, tác dụng của nhiệt (nhận biết qua lớp da), của ánh sáng (nhận biết qua mắt), của âm thanh (nhận biết qua tai), của mùi (nhận biết qua mũi), của vị (nhận biết qua lưỡi) và nhất là của ựiện. Hiện nay, ựiện tử học là một công cụ phục vụ con người nhiều nhất, chúng ta có radio, ti vi, máy ghi hình, máy tắnhẦ Ưu ựiểm của các thiết bị ựiện là xử lý các vấn ựề rất nhanh, nhưng các thiết bị ựiện thì lại chỉ làm việc với tắn hiệu thuộc ựiện. Tuy nhiên xung quanh chúng ta không phải chỉ có các hiện tượng thuộc ựiện mà song song ựó còn rất nhiều hiện tượng phi ựiện khác ựang tồn tại. Từ ựó, người ta nghĩ ựến chế tạo Sensor. Sensor là các cảm biến, nó dùng ựể chuyển ựổi các tắn hiệu không thuộc ựiện ra dạng tắn hiệu ựiện và ựưa vào các dạng mạch ựiện ựể xử lý.
Ngày nay có rất nhiều loại cảm biến, nhưng trong chương này tôi ựi nghiên cứu hai loại là cảm biến chuyển ựộng Ờ PIR và cảm biến nhiệt LM35 nhằm phục vụ cho mục ựắch của ựề tài luận văn.
4.3.1. PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN CẢM BIẾN NHIỆT đỘ
Nhiệt ựộ từ môi trường sẽ ựược cảm biến hấp thu, tại ựây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến ựại lượng nhiệt này thành một ựại lượng ựiện nào ựó. Như thế một yếu tố hết sức quan trọng ựó là Ộ nhiệt ựộ môi trường cần ựoỢ và Ộnhiệt ựộ cảm nhận của cảm biếnỢ. Cụ thể ựiều này là: Các loại cảm biến mà các bạn trông thấy nó ựều là cái vỏ bảo vệ, phần tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kimẦ.) do ựó việc ựo có chắnh xác hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào ựến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố quyết ựịnh giá cảm biến nhiệt ).
Phương án 1: Cặp nhiệt ựiện (Thermocouples)
Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dắnh một ựầu. Nguyên lý: Nhiệt ựộ thay ựổi cho ra sức ựiện ựộng thay ựổi ( mV). Ưu ựiểm: Bền, ựo nhiệt ựộ cao.
Khuyết ựiểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. độ nhạy không cao. Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, ựo nhiệt nhớt máy nén,Ầ Tầm ựo: -100 D.C <1400 D.C
Hình 4.1 Cấu tạo của Thermocouples
Gồm 2 dây kim loại khác nhau ựược hàn dắnh 1 ựầu gọi là ựầu nóng ( hay ựầu ựo), hai ựầu còn lại gọi là ựầu lạnh ( hay là ựầu chuẩn ). Khi có sự chênh lệch nhiệt ựộ giữa ựầu nóng và ựầu lạnh thì sẽ phát sinh 1 sức ựiện ựộng V tại ựầu lạnh. Một vấn ựề ựặt ra là phải ổn ựịnh và ựo ựược nhiệt ựộ ở ựầu lạnh, ựiều này tùy thuộc rất lớn vào chất liệu. Do vậy mới cho ra các chủng loại cặp nhiệt ựộ, mỗi loại cho ra 1 sức ựiện
ựộng khác nhau: E, J, K, R, S, T. Các bạn lưu ý ựiều này ựể chọn ựầu dò và bộ ựiều khiển cho thắch hợp.
Dây của cặp nhiệt ựiện thì không dài ựể nối ựến bộ ựiều khiển, yếu tố dẫn ựến không chắnh xác là chổ này, ựể giải quyết ựiều này chúng ta phải bù trừ cho nó ( offset trên bộ ựiều khiển ).
Lưu ý khi sử dụng:
Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên nối thêm dây ( vì tắn hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ). Cọng dây của cảm biến nên ựể thông thoáng ( ựừng cho cọng dây này dắnh vào môi trường ựo ). Cuối cùng là nên kiểm tra cẩn thận việc Offset thiết bị.
Lưu ý: Vì tắn hiệu cho ra là ựiện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cần chú ý kắ hiệu ựể lắp ựặt vào bộ khuếch ựại cho ựúng.
Hình 4.2 cặp nhiệt ựiện
Phương án 2: Nhiệt ựiện trở (RTD Ờ resitance temperature detector)
Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dắnh một ựầu. Nguyên lý: Nhiệt ựộ thay ựổi cho ra sức ựiện ựộng thay ựổi ( mV). Ưu ựiểm: Bền, ựo nhiệt ựộ cao.
Khuyết ựiểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. độ nhạy không cao. Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, ựo nhiệt nhớt máy nén,Ầ Tầm ựo: -100 D.C <1400 D.C
Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: đồng, Nikel, Platinum,Ầựược quấn tùy theo hình dáng của ựầu ựo. Khi nhiệt ựộ thay ựổi ựiện trở giữa hai ựầu dây kim loại này sẽ thay ựổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có ựộ tuyến tắnh trong một khoảng nhiệt ựộ nhất ựịnh. Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, ựược làm từ Platinum. Platinum có ựiện trở suất cao, chống oxy hóa, ựộ nhạy cao, dải nhiệt ựo ựược dài. Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm tại 0 D.C. điện trở càng cao thì ựộ nhạy nhiệt càng cao.
RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây.
Lưu ý khi sử dụng:
Loại RTD 4 dây giảm ựiện trở dây dẫn ựi 1/2, giúp hạn chế sai số.
Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta có thể nối thêm dây cho loại cảm biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống nhiễu ) và có thể ựo test bằng VOM ựược.
Vì là biến thiên ựiện trở nên không quan tâm ựến chiều ựấu dây.
Hình 4.4 Cảm biến dạng NTD
Phương án 3: Thermistor
Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxid kim loại: mangan, nickel, cobalt,Ầ Nguyên lý: Thay ựổi ựiện trở khi nhiệt ựộ thay ựổi.
Ưu ựiểm: Bền, rẽ tiền, dễ chế tạo. Khuyết ựiểm: Dãy tuyến tắnh hẹp.
Thường dùng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây ựộng cơ, mạch ựiện tử.
Hình 4.5 Cấu tạo Thermistor
Thermistor ựược cấu tạo từ hổn hợp các bột ocid. Các bột này ựược hòa trộn theo tỉ lệ và khối lượng nhất ựịnh sau ựó ựược nén chặt và nung ở nhiệt ựộ cao. Và mức ựộ dẫn ựiện của hổn hợp này sẽ thay ựổi khi nhiệt ựộ thay ựổi. Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- ựiện trở tăng theo nhiệt ựộ; Hệ số nhiệt âm NTC Ờ ựiện trở giảm theo nhiệt ựộ. Thường dùng nhất là loại NTC.
Thermistor chỉ tuyển tắnh trong khoảng nhiệt ựộ nhất ựịnh 50-150D.C do vậy người ta ắt dùng ựể dùng làm cảm biến ựo nhiệt. Chỉ sử dụng trong các mục ựắch bảo vệ, ngắt nhiệt, các bác nhà ta thường gọi là Tẹt-mắt. Cái Block lạnh nào cũng có một vài bộ gắn chặt vào cuộn dây ựộng cơ.
Lưu ý khi sử dụng:
Tùy vào nhiệt ựộ môi trường nào mà chọn Thermistor cho thắch hợp, lưu ý hai loại PTC và NTC ( gọi nôm na là thường ựóng/ thường hở ) Có thể test dễ dàng với ựồng hồ VOM.
Nên ép chặt vào bề mặt cần ựo. Tránh làm hỏng vỏ bảo vệ.
Vì biến thiên ựiện trở nên không quan tâm chiều ựấu dây.
Phương án 4: Bán dẫn
Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt ựộ.
Ưu ựiểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, ựộ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý ựơn giản.
Khuyết ựiểm: Không chịu nhiệt ựộ cao, kém bền.
Thường dùng: đo nhiệt ựộ không khắ, dùng trong các thiết bị ựo, bảo vệ các mạch ựiện tử.
Tầm ựo: -50 <150 D.C.
Hình 4.7 Cấu tạo của cảm biến bán dẫn
Cảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến ựược chế tạo từ những chất bán dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa trên mức ựộ phân cực của các lớp P-N tuyến tắnh với nhiệt ựộ môi trường. Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn ựã cho ra ựời rất nhiều loại cảm biến nhiệt với sự tắch hợp của nhiều ưu ựiểm: độ chắnh xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt ựộng ổn ựịnh, mạch ựiện xử lý ựơn giản, rẽ tiền,Ầ.
Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode ( hình dáng tương tự Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt ựộ thay
ựổi sẽ cho ra ựiện áp thay ựổi. điện áp này ựược phân áp từ một ựiện áp chuẩn có trong mạch.
Hình 4. 8
IC cảm biến nhiệt LM35 Cảm biến nhiệt dạng Diode
Gần ựây có cho ra ựời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong Ộ thế giới cảm biếnỢ.
Hình 4.9 IC cảm biến nhiệt DS18B20
Lưu ý khi sử dụng:
Vì ựược chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn kém bền, không chịu nhiệt ựộ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến.
Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tắnh trong một giới hạn nào ựó, ngoài dải này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức quan tâm ựến tầm ựo của loại cảm biến này ựể ựạt ựược sự chắnh xác.
Loại cảm biến này kém chịu ựựng trong môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tắnh ăn mòn, rung sốc va chạm mạnh.
Phương án 4: Nhiện bức xạ
Cấu tạo: Làm từ mạch ựiện tử, quang học.
Nguyên lý: đo tắnh chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
Ưu ựiểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường ựo.
Khuyết ựiểm: độ chắnh xác không cao, ựắt tiền. Thường dùng: Làm các thiết bị ựo cho lò nung.
Tầm ựo: -54 <1000 D.F.
Hình 4.10 cảm biến nhiệt bức xạ
Nhiệt kế bức xạ ( hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng ựể ựo nhiệt ựộ của những môi trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc ựược ( lò nung thép, hóa chất ăn mòn mạnh, khó ựặt cảm biến).
Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường ựộ sáng, hỏa kế màu sắc. Chúng hoạt ựộng dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ năng lượng.
Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất ựịnh. Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân tắch ựể cho ra nhiệt ựộ của vật cần ựo.
Lưu ý khi sử dụng:
Tùy theo thông số của nhà sản xuất mà hỏa kế có các tầm ựo khác nhau, tuy nhiên ựa số hỏa kế ựo ở khoảng nhiệt ựộ cao. Và vì ựặc ựiểm không tiếp xúc trực tiếp với vật cần ựo nên mức ựộ chắnh xác của hỏa kế không cao, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường xung quanh ( góc ựộ ựo, rung tay, ánh sáng môi trường ).
4.3.2. CẢM BIẾN CHUYỂN đỘNG Ờ PIR 4.3.2.1. Khái niệm 4.3.2.1. Khái niệm
PIR là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor). đó là bộ cảm biến