Cấu trúc thẻ RFID và hệ thống RFID cơ bản

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10

Thiết bị RFID reader phát ra sóng iện từ ở một tần số nhất ịnh, khi thiết bị RFID tag trong vùng hoạt ộng sẽ cảm nhận ược sóng iện từ này và thu nhận năng lượng, từ ó phát lại cho thiết bị RFID reader biết mã số của mình. Từ ó thiết bị RFID reader nhận biết ược tag nào ang trong vùng hoạt ộng.

Ứng dụng

Thẻ chip (tag) RFID chứa rất nhiều mã nhận dạng khác nhau, thông thường là 32 bit tương ứng với hơn 4 tỷ mã số khác nhau. Ngoài ra khi xuất xưởng mỗi thẻ chip RFID ược gán một mã số khác nhau. Do vậy, khi một vật ược gắn chip RFID thì khả năng nhận dạng nhầm vật ó với 1 thẻ chip RFID khác là rất thấp, xác suất là 1 phần 4 tỷ. Với ưu iểm về mặt công nghệ như vậy nên sự bảo mật và ộ an toàn của các thiết bị ứng dụng công nghệ RFID là rất cao.

– Ứng dụng quản lý lưu thông hàng hóa.

– Ứng dụng quản lý kho hàng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11

– Bên cạnh những ứng dụng nổi bật ó còn rất nhiều những

ứng dụng thiết thực cho quản lý như: quản lý nhà máy, quản lý thư viện, quản lý chấm công, quản lý bãi giữ xe, quản lý nhà ăn, quản lý sinh viên, quản lý bệnh viện, khóa cửa dùng công nghệ RFID, chống trộm xe máy, …

2.2.3. Các chuẩn giao tiếp truyền dữ liệu [5*]

a.Chuẩn giao tiếp USB

 Giới thiệu

USB (Universal Serial Bus) là một chuẩn kết nối tuần tự a dụng trong máy tính. USB sử dụng ể kết nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, chúng thường ược thiết kế dưới dạng các ầu cắm cho các thiết bị tuân theo chuẩn cắm-và-chạy mà với tính năng cắm nóng thiết bị (nối và ngắt các thiết bị không cần phải khởi ộng lại h ệ thống).

 Đặc iểm

Cho phép mở rộng 127 thiết bị kết nối cùng vào một máy tính thông qua một cổng USB duy nhất.

Với USB 2.0 chuẩn tốc ộ cao, ường truyền ạt tốc ộ tối a ến 480 Mbps.

Cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và dây chung GND) cùng một cặp gồm hai sợi dây xoắn ể mang dữ liệu. Trên sợi nguồn, máy tính có thể cấp nguồn lên tới 500mA ở iện áp 5V một chiều (DC).

Những thiết bị tiêu thụ công suất thấp (ví dụ: chuột, bàn phím, loa máy tính công suất thấp...) ược cung cấp iện năng hoạt ộng trực tiếp từ các cổng USB mà không cần có sự cung cấp nguồn riêng. Với các thiết bị cần sử dụng nguồn công suất lớn (như máy in, máy quét...) không sử dụng nguồn iện từ ường truyền USB như nguồn chính của chúng, lúc này ường truyền nguồn chỉ có tác dụng như một sự so sánh mức iện thế của tín hiệu.

Những thiết bị USB có ặc tính cắm nóng, iều này có nghĩa các thiết bị có thể ược kết nối (cắm vào) hoặc ngắt kết nối (rút ra) trong mọi thời iểm mà người sử dụng cần mà không cần phải khởi ộng lại hệ thống.

Nhiều thiết bị USB có thể ược chuyển về trạng thái tạm ngừng hoạt ộng khi máy tính chuyển sang chế ộ tiết kiệm iện.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12 b. Chuẩn giao tiếp SPI

SPI là một chuẩn truyền thông nối tiếp tốc ộ cao do hãng Motorola ề xuất. Đây là kiểu truyền thông Master-Slave, trong ó có 1 chip Master iều phối quá trình truyền thông và các chip Slaves ược iều khiển bởi chip Master, vì thế truyền thông chỉ xảy ra giữa Master và Slave. SPI là một cách truyền song công (full duplex), nghĩa là tại cùng một thời iểm, quá trình truyền và nhận có thể xảy ra ồng thời. SPI ôi khi ược gọi là chuẩn truyền thông “4 dây” vì có 4 ường giao tiếp trong chuẩn này ó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Ouput Slave Input) và SS (Slave Select).

- SCK: Xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI, vì SPI là chuẩn truyền ồng bộ

nên cần 1 ường giữ nhịp, mỗi nhịp trên chân SCK báo 1 bit dữ liệu ến hoặc i. Sự tồn tại của chân SCK giúp quá trình truyền ít bị lỗi và vì thế tốc ộ truyền của SPI có thể ạt rất cao. Xung nhịp chỉ ược tạo ra bởi chip Master.

- MISO – Master Input / Slave Output: nếu là chip Master thì ây là ường

Input còn nếu là chip Slave thì lại là Output. MISO của Master và các Slaves ược nối trực tiếp với nhau.

- MOSI – Master Output / Slave Input: nếu là chip Master thì ây là ường

Output còn nếu là chip Slave thì là Input. MOSI của Master và các Slaves ược nối trực tiếp với nhau.

- SS – Slave Select: SS là ường chọn Slave cần giao tiếp, trên các chip

Slave ường SS sẽ ở mức cao khi không làm việc. Nếu chip Master kéo ường SS của một Slave nào ó xuống mức thấp thì việc giao tiếp sẽ xảy ra giữa Master và Slave ó. Chỉ có 1 ường SS trên mỗi Slave nhưng có thể có nhiều ường iều khiển SS trên Master, tùy thuộc vào thiết kế của người dùng.

c. Chuẩn giao tiếp Enthernet

Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa các máy tính với tốc ộ từ 10 ến 100 Mbps. Hiện thời công nghệ Ethernet thường ược sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp ôi xoắn 10-Mbps. Công nghệ truyền thông 10- Mbps sử dụng hệ thống cáp ồng trục cỡ lớn, hoặc cáp ôi, cáp sợi quang. Tốc ộ chuẩn cho hệ thống Ethernet hiện nay là 100-Mbps.

Từ khi chuẩn Ethernet ra ời, các ặc tính kĩ thuật và trình tự ể xây dựng nên 1 mạng Ethernet ã trở nên dễ dàng hơn ối với mọi người. Những ặc tính này cùng với

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13

tính dễ sử dụng ã tạo nên một thị trường Ethernet rộng lớn và là nguyên nhân cho sự ứng dụng rộng rãi của Ethernet trong nền công nghiệp máy tính.

Phần lớn các hãng sản xuất máy tính ngày nay trang bị cho sản phẩm của họ thiết bị 10-Mbps Ethernet khiến cho thiết bị của họ có thể sẵn sàng kết nối vào mạng Ethernet cục bộ. Khi chuẩn Ethernet 100-Mbps ã trở nên phổ biến hơn thì máy tính ược trang bị các thiết bị Ethernet hoạt ộng ở cả hai tốc ộ 10 -Mbps và 100-Mbps. Những quản lí viên mạng Ethernet ngày nay cần thiết phải biết liên kết một số lượng lớn các máy tính lại với nhau bằng công nghệ mạng thiết bị trung gian. Rất nhiều mạng LAN ngày nay hỗ trợ các máy tính ược sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau, tuy nhiên cần phải ảm bảo ược sự tương thích giữa các dòng máy tính.

2.2.4. Giới thiệu một số phần mềm lập trình

 Phần mềm Microsoft Visual Studio

Hình 2.8. Giao diện của Microsoft Visual Studio 2017

Visual studio là một trong những công cụ hỗ trợ lập trình rất nổi tiếng nhất hiện nay của Mcrosoft và chưa có một phần mềm nào có thể thay thế ược nó. Visual Studio ược viết bằng 2 ngôn ngữ ó chính là C# và VB+. Đây là 2 ngôn ngữ lập trình giúp người dùng có thể lập trình ược hệ thống một các dễ dàng và nhanh chóng nhất thông qua Visual Studio.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14

Visual Studio là một phần mềm lập trình hệ thống ược sản xuất trực tiếp từ Microsoft. Từ khi ra ời ến nay, Visual Studio ã có rất nhiều các phiên bản sử dụng khác nhau. Điều ó, giúp cho người dùng có thể lựa chọn ược phiên bản tương thích với dòng máy của mình cũng như cấu hình sử dụng phù hợp nhất.

Bên cạnh ó, Visual Studio còn cho phép người dùng có thể tự chọn lựa giao diện chính cho máy của mình tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng.

 Một số tính năng

- Biên tập mã

Giống như bất kỳ một IDE khác, Visual Studio gồm có một trình soạn thảo mã hỗ trợ tô sáng cú pháp và hoàn thiện mả bằng các sử dụng IntelliSense không chỉ cho các hàm, biến và các phương pháp mà còn sử dụng cho các cấu trúc ngôn ngữ như truy vấn hoặc vòng iều khiển.

- Trình gỡ lỗi

Visual Studio có một trình gỡ lỗi có tính năng vừa lập trình gỡ lỗi cấp máy và gỡ lỗi cấp mã nguồn. Tính năng này hoạt ộng với cả hai mã quản lý giống như ngôn ngữ máy và có thể sử dụng ể gỡ lỗi các ứng dụng ược viết bằng các ngôn ngữ ược hỗ trợ bởi Visual Studio.

- Thiết kế

+ Windows Forms Designer

Được sử dụng với mục ích xây dựng GUI sử dụng Windows Forms, ược bố trí dùng ể xây dựng các nút iều khiển bên trong hoặc cũng có thể khóa chúng vào bên cạnh mẫu. Điều khiển trình bày dữ liệu có thể ược liên kết với các nguồn dữ liệu như: Cơ sở dữ liệu hoặc truy vấn.

+ WPF Designery

Tính năng này cũng giống như Windows Forms Designer có công dụng hỗ trợ kéo và thả ẩn dụ. Sử dụng tương tác giữa người và máy tính nhắm mục tiêu vào Windows Presentation Foundation.

+ Web designer/development

Visual Studio cũng có một trình soạn thảo và thiết kế website cho phép các trang web ược thiết kế theo tính năng kéo và thể ối tượng.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 15

Hình 2.9. Giao diện của Microsoft SQL Sever 2017

SQL Server là viết tắt của Structure Query Language, nó là một công cụ quản lý dữ liệu ược sử dụng phổ biến ở nhiều lĩnh vực. Hầu hết các ngôn ngữ bậc cao ều có trình hỗ trợ SQL như Visual Basic, Oracle, Visual C. Các chương trình ứng dụng và các công cụ quản trị cơ sở dữ liệu (CSDL) cho phép người sử dụng truy nhập tới cơ sở dữ liệu mà không cần sử dụng trực tiếp SQL. Nhưng những ứng dụng ó khi chạy phải sử dụng SQL.

 Đặc iểm của SQL Server

-SQL là ngôn ngữ tựa tiếng Anh.

-SQL là ngôn ngữ phi thủ tục, nó không yêu cầu ta cách thức truy nhập cơ sở

dữ liệu như thế nào. Tất cả các thông báo của SQL ều rất dễ sử dụng và ít khả năng mắc lỗi.

-SQL cung cấp tập lệnh phong phú cho các công việc hỏi áp dữ liệu

+ Chèn, cập nhật, xoá các hàng trong một quan hệ.

+ Tạo, sửa ổi, thêm và xoá các ối tượng trong cơ sở dữ liệu.

+ Điều khiển việc truy nhập tới cơ sở dữ liệu và các ối tượng của cơ sở dữ liệu ể ảm bảo tính bảo mật của cơ sở dữ liệu.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 16

+ Yêu cầu duy nhất ể sử dụng cho các hỏi áp là phải nắm vững ược các cấu trúc sơ sở dữ liệu của mình.

 Đối tượng làm việc của SQL Server

Là các bảng (tổng quát là các quan hệ) dữ liệu hai chiều. Các bảng này bao gồm một hoặc nhiều cột và hàng. Các cột gọi là các trường, các hàng gọi là các bản ghi. Cột với tên gọi và kiểu dữ liệu (kiểu dl của mỗi cột là duy nhất) xác ịnh tạo nên cấu trúc của bảng (Ta có thể dùng lệnh Desc[ribe] TABLE-name ể xem cấu trúc của bảng, phần tuỳ chọn có thể ược bỏ trong Oracle). Khi bảng ã ược tổ chức hệ thống cho một mục ích nào ó có một cơ sở dữ liệu.

 Phần mềm TIA Portal

Hình 2.10. Giao diện của phần mềm TIA Portal V13

TIA Portal (Total Intergrated Automation Portal) là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ tự ộng hóa và truyền ộng iệ n: PLC, HMI, Inverter của Siemens.

Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, lần ầu làm quen thì rất rối mắt bởi rất nhiều tính năng và tác vụ của nó, nhưng khi làm quen nhiều rồi thí úng là rất tiện, tất cả trong một. Tất cả các bộ iều khiển PLC, HMI, Inverter ều ược cấu hình trên TIA Portal V13, tạo ra sự nhất quán trong việc lập trình, cấu hình sản phẩm.

Các gói phần mềm có trong TIA Portal

–SIMATIC STEP7 Professional V13 và SIMATIC STEP7 V13 PLCSIM dùng

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 17

–SIMATIC WinCC Professional V13: Lập trình giao diện HMI và IPC.

–SIMATIC Start Driver V13: Cấu hình biến tần Siemens.

 Phần mềm Arduino IDE

Hình 2.11. Giao diện của phầm mềm Arduino IDE 1.8.5

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino ược lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring ược viết cho phần cứng. Và Wiring lại là một biến thể của C/C++. Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++ và ội ngũ phát triển Arduino gọi là ngôn ngữ Arduino. Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do ó rất dễ học, dễ hiểu. Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này ã cũng cấp ến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino ược gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment).

Arduino IDE là phần mềm dùng ể lập trình cho Arduino. Môi trường lập trình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay là Windows, Macintosh OSX và Linux. Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lập trình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinh nghiệm. Ngôn ngữ lập trình có thể ược mở rộng thông qua các thư viện C++. Và do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ C của AVR nên người dùng hoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình nếu muốn.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 18

2.3. Giới thiệu phần cứng

Với ề tài này, nhóm sẽ sử dụng một số thiết bị phần cứng sau

-Thiết bị xử lý trung tâm: PLC

-Thiết bị ầu vào: thiết bị ọc thẻ RFID, camera, cảm biến quang, công tắc hành trình.

-Thiết bị ầu ra: Động cơ DC giảm tốc (có hộp số), rơ le trung gian.

2.3.1. Thiết bị xử lý trung tâm – PLC [6*]

 Giới thiệu

PLC (Programmable Logic Controller), là thiết bị iều khiển lập trình ược, nó có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật toán thông qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể tạo ra chương trình lập trình hàng loạt các sự kiện, thao tác. Các thao tác này ược kích hoạt khi có tác nhân kích thích hoặc có thể hoạt ộng có thời gian trễ (thời gian ã ịnh hoặc các sự kiện ược ếm).

PLC thích hợp nhất cho iều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức năng iều chỉnh (như PID, ...) và các chức năng tính toán khác. Lúc ầu, PLC chủ yếu ược ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, iều khiển các qu á trình rời rạc. Trong các hệ SCADA, PLC phát huy ược nhiều ưu iểm và thế mạnh. Lịch sử phát triển của PLC như sau:

-1968: Richard Morley sáng tạo ý tưởng PLC cho General.

-1969: PLC ầu tiên (Allen Bradley và Bedford) ược GM sử dụng trong

công nghiệp ô-tô (128 DI/DO, 1kByte bộ nhớ).

-1971: Ứng dụng PLC ầu tiên ngoài công nghiệp ô-tô.

-1976: Lần ầu tiên sử dụng trong hệ thống phân cấp iều khiển dây

chuyền sản xuất.

-1980: Các module vào/ra thông minh.

-1981: PLC nối mạng, 16-bit PLC, các màn hình CRT màu - 1982:

PLC với 8192 I/O (lớn nhất).

-1996: Slot-PLC, Soft-PLC, ...

PLC có những ưu iểm mà các bộ iều khiển cổ iển dùng dây nối và rơ-le không thể nào sánh ược:

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 19

-Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.

-Gọn nhẹ nên thuận lợi khi di chuyển, lắp ặt.

-Dễ bảo quản, sửa chữa.

-Bộ nhớ có dung lượng lớn, nạp xóa dễ dàng, chứa ược những chương

trình phức tạp.

-Độ chính xác cao.

-Khả năng xử lý nhanh.

-Hoạt ộng tốt trong môi trường công nghiệp.

-Giao tiếp ược với nhiều thiết bị, máy tính, mạng và các thiết bị iều khiển khác.

Hình 2.12. Một số loại PLC thông dụng

 Cấu trúc của PLC

Cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau: