B Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán
4.8 Dữ liệu một chuyến tàu không hàng, 11 toa cả đầu tàu
4.6 Xác định rủi ro 58
4.6 Xác định rủi ro
Hệ thống cân là hệ thống điện tử, do vậy không tránh khỏi những rủi ro.
Rủi ro có thể xác định bởi các nguyên nhân sau:
1. Thiên tai: Thiên tai có thể là lũ lụt gây ngập, hỏng loadcell, sét
đánh gây cháy nổ hệ thống.
Phương án đưa ra là đào mương, rãnh thoát nước dọc theo bàn cân;
thiết kế hệ thống chống sét đảm bảo độ an toàn và tin cậy.
2. Nún, sụt nền bàn cân, bàn cân bị rung lắc: Trước khi thi công,
cần phải làm chắc chắn vị trí đất xung quanh bàn cân, đổ bê tông cốt thép liên kết trong toàn bộ bàn cân, làm cọc đóng sâu xuống nền đất nếu thấy cần thiết.
Chọn vị trí làm bàn cân sao cho không nằm cạnh đường tàu khác.
3. Độ bền linh kiện theo thời gian: Tuổi thọ của linh kiện là có
hạn, vậy nên khi thi công, cần phải dự phòng linh kiện, đề phòng trường hợp xấu xảy ra.
4. Nguồn nuôi không đảm bảo: Nguồn cung cấp cho hệ thống là vô
cùng quan trọng. Điện áp khu vực cân cần phải được đảm bảo chắc chắn sẵn sàng và ổn định. Cần thiết phải thêm một hệ thống gồm
có bộ lưu điện công suất khoảng ≥ 2Kw và một bộ ổn định điện áp
lắp sau bộ lưu điện.
5. Cấu hình sai hệ thống: Khi vận hành, đôi khi chính người vận
hành nắm không vững quy trình vận hành hoặc các tham số vận
hành, làm cho hệ thống chạy không được như mong muốn. Giải
pháp đưa ra là trước khi chuyển giao công nghệ cho cán bộ vận
hành, cần tổ chức khoá huấn luyện kỹ lưỡng phương pháp vận hành hệ thống. Khi nào thấy hệ thống có vấn đề lạ, cần reset lại các tham số như mặc định.
6. Chỉnh định không theo hướng dẫn vận hành: Khi chỉnh định
cân không theo hướng dẫn vận hành, thì dẫn đến các sai số không đáng có, như mùa đông (trời lạnh, ray co) hệ thống lại làm việc theo mùa hè (trời nóng, ray dãn nở).
7. Hỏng, nhiễu đường truyền do đặt gần đối tượng gây nhiễu:
Khi đường truyền tín hiệu bị đặt gần đối tượng gây nhiễu như động cơ, máy khò hàn,... thì có thể dẫn đến hỏng đường truyền, hay nhẹ hơn là nhiễu tín hiệu.
4.7 Đánh giá kết quả thử nghiệm 59
Khi phát hiện thấy tín hiệu nhận được không bình thường, đề nghị các cán bộ vận hành kiểm tra đường truyền tín hiệu.
Không nên để máy tính quá xa tủ đo lường và khuếch đại tín hiệu,
khoảng cách an toàn nên để là ≤1.5m
4.7 Đánh giá kết quả thử nghiệm
Sau khi chương trình được hoàn thiện, phần mềm được đưa vào thực tế để thử nghiệm. Sau một số lần thử nghiệm thực tế, phần mềm dần dần lấy lại được tính đúng đắn và chính xác theo tính toán. Giao diện thân thiện với người vận hành;
Mỗi người vận hành được đào tạo một khoảng thời gian ngắn là có thể sử dụng tốt chương trình. Mỗi khi tàu qua, các module làm việc rồi ghi lại kết quả, đưa kết luận về khối lượng ra phiếu cân và đưa vào CSDL. Thực tế cho thấy, sai số do môi trường là khó tránh khỏi, ví dụ như tàu chạy ban đêm, nhiệt độ thấp, ray tàu lạnh rồi cứng lại, ép xuống bàn cân dẫn đến lệch kết quả so với ban ngày trời nắng, ray dãn nở. Chính vì vậy, phải có hệ số bù lệch (bù zero). Sau khi bù lệch, kết quả đúng như tính toán, sai số nằm trong vùng cho phép: không quá 0.5%.
4.7 Đánh giá kết quả thử nghiệm 60
Hình một bộ:
6 bộ, được lắp trong tủ:
Kết luận
Các kết quả thực hiện
Luận văn Xây dựng hệ thống quản lý cân động ứng dụng trong
hệ thống cân tàu hỏa, tập chung vào nghiên cứu các quy trình cần
thiết từ ý tưởng thiết kế đến lắp đặt vận hành, bảo trì bảo dưỡng. Hệ thống được thiết kế có thể đáp ứng đầy đủ các yếu tố như đã phân tích từ đầu.
• Luận văn đã được thiết kế theo trình tự các bước trong giáo trình
phân tích thiết kế hệ thống, gồm các bước: Khảo sát xác định yêu
cầu và phân tích hệ thống; Phân tích hệ thống hướng đối tượng;
Thiết kế hệ thống hướng đối tượng; và lập trình hướng đối tượng
• Luận văn đã đạt được các yêu cầu như khâu khảo sát và phân tích
yêu cầu
• Kết quả đã được kiểm thử trên thực tế và cho kết quả khả quan.
Tuy hệ thống đã được thiết kế rất cụ thể, song không tránh khỏi những thiếu sót. Trong quá trình viết luận văn, có thể tác giả vẫn chưa biểu đạt hết ý nghĩa của các khâu thiết kế, trình bày còn sơ sài, chưa nêu bật hết các phần thiết kế chi tiết.
Về hệ thống cân, thiết kế như trong luận văn là có thể khả thi, song do trình độ còn hạn chế, nên thiết kế có thể vẫn chưa phải là tối ưu nhất. Phần mềm vẫn chưa được kiểm định theo thời gian, có thể trong quá trình vận hành, sẽ có những lỗi không đáng có xảy ra, cần phải phát triển và hoàn thiện.
Tính ứng dụng thực tiễn
4.7 Đánh giá kết quả thử nghiệm 62
cân bò trong trang trại, cân ô tô, ...
Hướng phát triển
Do hệ thống có tính thực thi rất cao và rất cần thiết trong thực tế, nên sau này, tác giả dự định sẽ tối ưu dần phần mềm và phần cứng, tìm hiểu các cách thiết kế bộ chuyển đổi tối ưu hơn và nhân rộng sự áp dụng ra nhiều lĩnh vực khác nhau để giảm giá thành của các hệ thống đang phải nhập ngoại.
4.7 Đánh giá kết quả thử nghiệm 63
Bảng thuật ngữ viết tắt
ADC (Analog Digial Converter): Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Advantech tên một công ty sản xuất các sản phẩm ghép nối máy tính
ASM Assembly
AUSART Asynchronous Universal Serial Receive and Transmit Buffer bộ đệm
CAN Control Area Network
CNPM Công nghệ phần mềm
CNTT Công nghệ thông tin
CSDL Cơ sở dữ liệu
DSP Digital Signal Processing
EEPROM Electrical Eraser Programmable Readonly Memmory FFT Fast Furie Transform
Filter Bộ lọc tín hiệu
GNU General Public License
KCS Kiểm tra chất lượng sản phẩm
LED (Liquid Emiting Diode): tên một loại linh kiện điện tử Loadcel tên một loại cảm biến khối lượng
MPI Multi Point Interface NSD Người sử dụng
OOA Phân tích hướng đối tượng OOD Thiết kế hướng đối tượng PC Personal Computer
PCI Peripheral Controller Interface
PIC (Programmable Intelligent Computer): Tên một loại vi điều khiển PPI Point to Point Interface
ProfiBus Tên một loại giao thức truyền thông nối tiếp
Rose Tên một phần mềm hỗ trợ thiết kế và lập trình hướng đối tượng TKV Tên của tập đoàn Than và Khoáng sản Việt nam
UML (Unified Modeling Language): ngôn ngữ mô hình hoá thống nhất USB Universal Serial Bus
Danh sách hình vẽ
1.1 Công ty than khoáng sản Việt Nam - TKV . . . 2
2.1 Sơ đồ khối tổng thể . . . 7
2.2 Sơ đồ khối tổng thể được chọn . . . 10
2.3 Mối quan hệ giữa các công việc trong pha phân tích các yêu cầu . . . 15
2.4 Thiết kế logic và thiết kế chi tiết . . . 17
2.5 Lập trình tập trung xây dựng lớp . . . 17
3.1 Thiết kế cơ khí gá lắp Loadcell . . . 19
3.2 Khoảng cách 2 bánh tàu trên một trục . . . 19
3.3 Thiết kế chi tiết phần cứng hệ thống . . . 20
3.4 Sơ đồ nguyên lý Loadcell . . . 21
3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại Loadcell . . . 22
3.6 Sơ đồ nguyên lý khối AD . . . 23
3.7 Sơ đồ thuật toán đọc ADC . . . 24
3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị . . . 25
3.9 Mạch hiển thị khối lượng và tốc độ . . . 25
3.10 Bàn phím chỉnh tham số gốc . . . 26
3.11 Truyền thông USB . . . 27
3.12 Khối nguồn . . . 30
3.13 Mô phỏng tín hiệu điện của khối nguồn . . . 31
3.14 Biểu đồ ca sử dụng . . . 36
3.15 Biểu đồ lớp . . . 37
3.16 Biểu đồ trình tự: "Cập nhật thông tin" . . . 37
DANH SÁCH HÌNH VẼ 65
3.18 Biểu đồ cộng tác . . . 38
3.19 Biểu đồ lớp chi tiết . . . 39
3.20 Mạch in thành phẩm . . . 40
4.1 Giao diện màn hình . . . 52
4.2 Giao diện màn hình báo cáo . . . 53
4.3 Giao diện màn hình cài đặt . . . 54
4.4 Nhóm dữ liệu toa tàu có hàng . . . 55
4.5 Dữ liệu một chuyến tàu có hàng, 11 toa cả đầu tàu . . . 56
4.6 Dữ liệu một chuyến tàu có hàng, 11 toa gồm cả đầu tàu 56 4.7 Dữ liệu một chuyến tàu có hàng, đầu tàu loại nhỏ . . . . 57
4.8 Dữ liệu một chuyến tàu không hàng, 11 toa cả đầu tàu . 57 4.9 Sản phẩm thực tế . . . 60
B.1 Mạch khuếch đại vi sai . . . 72
B.2 Mạch khuếch đại đảo . . . 72
B.3 Mạch khuếch đại không đảo . . . 73
B.4 Mạch theo điện áp . . . 73
B.5 Mạch khuếch đại tổng . . . 74
B.6 Mạch tích phân . . . 74
B.7 - Mạch vi phân . . . 75
B.8 Mạch so sánh . . . 75
B.9 Mạch khuếch đại đo lường . . . 75
B.10 Mạch chuyển đổi kiểu Schmitt (Schmitt trigger) . . . 76
B.11 Mạch giả lập cuộn cảm . . . 76
B.12 Mạch biến đổi tổng trở âm . . . 76
B.13 Mạch chỉnh lưu chính xác . . . 76
B.14 Mạch khuếch đại đầu ra Lô-ga . . . 77
B.15 Mạch khuếch đại đầu ra hàm số mũ . . . 78
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Quốc Trung (2004), Xử lý tín hiệu và lọc số, Nxb KHKT
[2] Đoàn Văn Ban (Hà Nội,2005), Phân tích, thiết kế hướng đối tượng
với UML
[3] Nguyễn Xuân Huy (1994), Công nghệ phần mềm, Đại học Tổng hợp
Tp. Hồ Chí Minh.
[4] Quatrani T. (2000), Visual Modeling With Rational Rose and UML,
Addison-Wesley,
http://www.rational.com
[5] Hoàng Minh Sơn (2005), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB
KHKT
[6] British Standard (1998), BS 7925- 2 - Standard for Software Com-
ponent Testing, British Computer Society
[7] Cem Kaner, Jack Falk, Hung Quoc Nguyen (1999), Testing Com-
puter Software, John Wiley Sons, Inc.
[8] IEEE (1997), IEEE Std 1028-1997 – IEEE Standard for Software
Review, The Institute of Electrical and Electronics Engineerings,
Inc., USA [9] http://PICAT.dieukhien.net [10] http://Microchip.com [11] http://hiendaihoa.com [12] http://www.automation.org.vn [13] http://www.vinacomin.vn [14] http://www.usb.org/developers/hidpage/ [15] http://www.mikroe.com/en/
Phụ lục A
Vi điều khiển PIC
A.1 Từ Vi xử lý đến Vi điều khiển
Bộ Vi xử lý có khả năng vượt bậc so với các hệ thống khác về khả năng tính toán, xử lý, và thay đổi chương trình linh hoạt theo mục đích người dùng, đặc biệt hiệu quả đối với các bài toán và hệ thống lớn.Tuy nhiên đối với các ứng dụng nhỏ, tầm tính toán không đòi hỏi khả năng tính toán lớn thì việc ứng dụng vi xử lý cần cân nhắc. Bởi vì hệ thống dù lớn hay nhỏ, nếu dùng vi xử lý thì cũng đòi hỏi các khối mạch điện giao tiếp phức tạp như nhau. Các khối này bao gồm bộ nhớ để chứa dữ liệu và chương trình thực hiện, các mạch điện giao tiếp ngoại vi để xuất nhập và điều khiển trở lại, các khối này cùng liên kết với vi xử lý thì mới thực hiện được công việc. Để kết nối các khối này đòi hỏi người thiết kế phải hiểu biết tinh tường về các thành phần vi xử lý, bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi. Hệ thống được tạo ra khá phức tạp, chiếm nhiều không gian, mạch in phức tạp và vấn đề chính là trình độ người thiết kế. Kết quả là giá thành sản phẩm cuối cùng rất cao, không phù hợp để áp dụng cho các hệ thống nhỏ.
Vì một số nhược điểm trên nên các nhà chế tạo tích hợp một ít bộ nhớ và một số mạch giao tiếp ngoại vi cùng với vi xử lý vào một IC duy nhất được gọi là Microcontroller-Vi điều khiển. Vi điều khiển có khả năng tương tự như khả năng của vi xử lý, nhưng cấu trúc phần cứng dành cho người dùng đơn giản hơn nhiều. Vi điều khiển ra đời mang lại sự tiện lợi đối với người dùng, họ không cần nắm vững một khối lượng kiến thức quá lớn như người dùng vi xử lý, kết cấu mạch điện dành cho người dùng cũng trở nên đơn giản hơn nhiều và có khả năng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị bên ngoài. Vi điều khiển tuy
A.2 Vi điều khiển họ PIC 68
nhưng thay vào lợi điểm này là khả năng xử lý bị giới hạn (tốc độ xử lý chậm hơn và khả năng tính toán ít hơn, dung lượng chương trình bị giới hạn). Thay vào đó, Vi điều khiển có giá thành rẻ hơn nhiều so với vi xử lý, việc sử dụng đơn giản, do đó nó được ứng dụng rộng rãi vào nhiều ứng dụng có chức năng đơn giản, không đòi hỏi tính toán phức tạp. Vi điều khiển được ứng dụng trong các dây chuyền tự động loại nhỏ, các robot có chức năng đơn giản, trong máy giặt, ôtô v.v...
A.2 Vi điều khiển họ PIC
PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Micro- electronics Division thuộc General Instrument .
PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Com-
puter" (Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng Gen-
eral Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc
này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy
chủ 16bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral
Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi). CP1600 là một
CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit
được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập
cho CP1600. PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc
dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bây giờ, nhưng PIC thực sự
là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy
(4 chu kỳ của bộ dao động).
Năm 1985 General Instruments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC...), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word.
A.3 Lập trình cho PIC 69
A.3 Lập trình cho PIC
PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 bit, ví dụ: PIC12Cxxx) và mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit, ví dụ: PIC16Fxxxx), tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh, và 70 lệnh đối với các dòng PIC high-end (độ dài mã lệnh 16 bit, ví dụ: PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh tính toán trên các thanh ghi, với các hằng số, hoặc các vị trí bộ nhớ, cũng như có các lệnh điều kiện, lệnh nhảy/gọi hàm, và các lệnh để quay trở về, nó cũng có các tính năng phần cứng khác như ngắt hoặc sleep (chế độ hoạt động tiết kiện điện). Microchip cung cấp môi trường lập trình MPLAB, nó bao gồm phần mềm mô phỏng và trình dịch ASM.
Một số công ty khác xây dựng các trình dịch C, Basic, Pascal cho PIC. Microchip cũng bán trình dịch "C18" (cho dòng PIC high-end) và "C30" (cho dòng dsPIC30Fxxx). Họ cũng cung cấp các bản "student edition/demo" dành cho sinh viên hoặc người dùng thử, những version này không có chức năng tối ưu hoá code và có thời hạn sử dụng giới hạn. Những trình dịch mã nguồn mở cho C, Pascal, JAL, và Forth, cũng
