Các byte thứ 5 của bộ nhớ đệm có chức năng đăng ký cấu hình (config) cho ds18b20, và các bít được tổ chức như sau:
MSB LSB
Các bit từ 0 đến 4 ln được đọc giá trị là 1, bít số 7 ln được đọc giá trị là 0. Cấu hình độ phân giải cho ds18b20 được quyết định bởi R1 và R0 ta có bảng thiết lập như sau.
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 3 : Giới thiệu tổng quan thiết bị trong hệ thống 47
R1 R0 Thermometer
Resolution Max Conversion Time 0 0 9bit 93.75ms (𝑡𝑐𝑜𝑛𝑣/8) 0 1 10bit 187.5ms (𝑡𝑐𝑜𝑛𝑣/4) 1 0 11bit 375ms (𝑡𝑐𝑜𝑛𝑣/2) 1 1 12bit 750ms (𝑡𝑐𝑜𝑛𝑣)
Bảng 3.6: Cấu hình độ phân giải cho ds18b20
c. Sơ đồ kết nối cảm biến nhiệt ds18b20
- Sơ đồ khi sử dụng một cảm biến.
Hình 3.40: Sơ đồ kết nối dùng 1 cảm biến
- Sơ đồ khi mắc nhiều cảm biến. (Chúng ta cũng chỉ cần 1 dây để lấy mẫu nhiệt độ)
Hình 3.41: Sơ đồ kết nối dùng nhiều cảm biến
d. Đọc nhiệt độ
Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ thì chân DQ sẽ được kéo xuống mức thấp và khi chuyển đổi xong thì ở mức cao.Như vậy ta sẽ căn cứ vào hiện tượng này để xác định khi nào chuyển đổi xong nhiệt độ. Lưu ý luôn phải dùng một điện trở tầm 4.7k trở lên vào chân DQ treo lên nguồn như sơ đồ mắc.
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 3 : Giới thiệu tổng quan thiết bị trong hệ thống 48
3.6 Giới thiệu công tắc cảm biến hồng ngoại
Hình 3.42: Hình ảnhcơng tắc cảm biến hồng ngoại E18-D80NK
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chình khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân tín hiệu khi sử dụng.
Thông số kỹ thuật:
Nguồn điện cung cấp: 5VDC. Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm.
Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở. Dịng kích ngõ ra: 300mA.
Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
Chất liệu sản phẩm: nhựa. Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ. Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L).
Cách kết nối dây:
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp
Chương 4 : Thiết kế phần cứng hệ thống 49
Chƣơng 4
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp
Chương 4 : Thiết kế phần cứng hệ thống 50
4.1 Thiết kế và kết nối mạch phần cứng
Dựa vào yêu cầu đặt ra nhóm đã thiết kế hệ thống như sau:
Hình 4.1: Sơđồ khối
Chức năng từng khối:
Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động
Khối cảm biến: đo các giá trị nhiệt độ,đếm sản phẩm...
Khối xử lý: thu thập và xử lý dữ liệu từ khối cảm biến,đồng thời đưa dữ liệu ra khối
hiển thị và khối biến tần.Các chức năng của từng khối sẽ được thực hiện trong mục lựa chọn phần cứng.
Khối hiển thị: nhận và xử lý dữ liệu từ khối xử lý để hiển thị và điều khiển khối biến
tần và khối động cơ
Khối biến tần: điều khiển động cơ theo các thông số được cài đặt từ khối xử lý
Khối động cơ: hoạt động theo các thông số từ khối biến tần 4.1.1 Hệ thống điều khiển
Có chức năng nhận dữ liệu gửi tới từ các cảm biến nhiệt độ,cảm biến hồng ngoại ,sau đó được chuyển hóa lại dữ liệu đo được và lưu vào bộ nhớ. Và đây là dữ liệu mà khối xử lý trung tâm cần sử dụng để gửi đến biến tần và màn hình hiển thị.
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 4 : Thiết kế phần cứng hệ thống 51
Yêu cầu đặt ra là phải dùng một thiết bị gì để điều khiển được cả hệ thống, vừa đơn giản vừa hạn chế được chi phí cũng như dễ dàng sử dụng để có thế áp dụng rộng rãi ra thị trường.
Trên thị trường có rất nhiều module hay bo mạch có thể đáp ứng được yêu cầu đó ví dụ: Pic, ATmega,arm, Rasberrry… Tuy nhiên nếu làm mạch, phải tốn rất nhiều thời gian, nhưng hiệu quả khơng cao.Có thể xảy ra nhiễu, mặc khác chi phí cũng khá cao, có thể tương đương với giá của module được tích hợp sẵn ngồi thị trường.
Giải pháp đưa ra là sử dụng ATmega2560 để sử dụng cho khối xử lý này. Với Atmega2560 được sản xuất thành board tích hợp mang tên Arduino Mega 2560, giá cả khá rẻ ngoài thị trường do sản xuất hàng loạt, bên cạnh đó hỗ trợ rất nhiều thư viện có sẵn thì lựa chọn Arduino mega 2560 là một lựa chọn hợp lý, giúp tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí. Arduino MEGA 2560 có rất nhiều chân IO so với dòng Arduino UNO (54 digital IO và 16 analog IO), đồng thời bộ nhớ flash của MEGA rất lớn, gấp nhiều lần so với UNO (128kb) với vi điều khiển ATmega2560. Rõ ràng, những dự án cần điều khiển nhiều loại động cơ và xử lý nhiều luồng dữ liệu song song (3 timer), nhiều ngắt hơn (6 cổng interrupt)...có thể được phát triển dễ dàng với Arduino MEGA.
Hình 4.2: Khối Arduino
4.1.2 Khối ngoại vi và truyền thông Khối ngoại vi: Khối ngoại vi:
a, Đếm sản phẩm: Ứng dụng đếm và phân loại sản phẩm trong dây chuyền sản xuất sau
đó chuyển đổi thành tín hiệu điện truyền về khối vi xử lý.
Yêu cầu là dùng cảm biến để có thể đếm được sản phẩm, phương pháp tối ưu nhất, nhỏ gọn và theo chuẩn công nghiệp
Sự đa dạng về chủng loại trong các sản phẩm cảm biến đã đáp ứng được nhiều ứng dụng chun sâu trong lỉnh vực tự động hố cơng nghiệp.Cũng chính vì vậy mà chúng ta có thể dễ dàng lựa chọn và ứng dụng các loại cảm biến vào trong sản xuất.
Các cảm biến tiệm cận được áp dụng rộng rãi và phổ biến trong các nhà máy và xí nghiệp,đảm nhiệm các vai trị khác nhau trong từng dây chuyền sản xuất.Trong đề tài này chúng em chọn cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK ứng dụng để đếm sản phẩm trong các nhà máy sản xuất nước ngọt,bia,sữa...
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 4 : Thiết kế phần cứng hệ thống 52
phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thơng quabiến trở.
Hình 4.3: Cơng tắc cảm biến hồng ngoại E18-D80NK
b, Đo nhiệt độ : chức năng chính của khối này là chuyển đổi nhiệt độ tại các thiết bị
thành tín hiệu điện truyền về cho khối xử lý.
Yêu cầu đo chính xác nhiệt độ các thiết bị trong cơng nghiệp cập nhật liên tục lên màn hình hiển thị, cảm biến dễ sử dụng, có độ bền cao chịu nhiệt tốt.
Ở đây nhóm đã chọn cảm biến nhiệt độ DS18B20 để đo nhiệt độ, vì nó đáp ứng được những yêu cầu đặt ra :
Lấy nhiệt độ theo giao thức 1 dây (1wire)
Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải config 9,10,11,12 bit, tùy theo sử dụng. Trong trường hợp khơng config thì nó tự động ở chế độ 12 bit.
Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa là 750ms cho mã hóa 12 bit
Có thể đo nhiệt độ trong khoảng -55 -> +125°C. Với khoảng nhiệt độ là -10°C to +85°C thì độ chính xác ±0.5°C,±0.25°C ,±0.125°C,±0.0625°C. theo số bít config. Có chức năng cảnh báo nhiệt khi nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép. Người dùng có
thể lập trình chức năng này cho DS18B20. Bộ nhớ nhiệt độ cảnh báo khơng bị mất khi mất nguồn vì nó có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip (on chip), giá trị nhị phân được khắc bằng tia laze.
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, vì vậy bạn có thể kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà chỉ dùng 1 dây dẫn duy nhất để giao tiếp với các IC này.
Với DS18B20 bạn hồn tồn có thể tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ theo ý muốn.
Điện áp sử dụng : 3 – 5.5 V
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 4 : Thiết kế phần cứng hệ thống 53
Hình 4.4: Cảm biến DS18B20
Khối truyền thơng : có chức năng giúp cho các khối giao tiếp được với nhau, chuyển từ
chuẩn TTL sang RS485.
Yêu cầu : Phải có thiết bị để giao tiếp giữa biến tần và Arduino, thiết kế nhỏ gọn giá thành phải chăng
Nhóm đã chọn module có sẵn mạch chuyển giao tiếp TTL – RS485. Mạch giao tiếp TTL -RS485 được dùng để chuyển đổi tín hiệu nối tiếp (Serial) UART sang giao tiếp RS485 sử dụng IC MAX485.
Mạch được thiết kế nhỏ gọn nhưng vẫn đảm bảo được khả năng truyền tín hiệu đi xa khi sử dụng với cặp dây cáp xoắn với nhau
IC MAX 485 được tích hợp sẵn trên board. Truyền nhận với năng lượng thấp theo chuẩn RS-485.
Các chân của IC đã được đưa ra thích hợp cho việc sử dụng với vi điều khiển. Làm việc với điện áp 5V.
Kích thước: 44 x 14mm.
Hình 4.5 : Mạch chuyển giao tiếp TTL-RS485
4.1.3 Khối hiện thị
Hiển thị các giá trị đo của cảm biến,thông số của động cơ trên giao diện lập trình để giám sát và điều khiển.Trong khối này,chúng ta có thể điều khiển động cơ thơng qua các chế độ cài đặt trên giao diện lập trình của màn hình (vd: chạy thuận,chạy ngược,thay đổi tốc độ động cơ,điều khiển động cơ theo các thông số từ cảm biến...)
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp
Chương 4 : Thiết kế phần cứng hệ thống 54
Trong cơng nghiệp,các màn hình giám sát và vận hành được sử dụng khá phổ biến ,cho phép người dùng tương tác với các thiết bị thơng qua màn hình cảm ứng điều khiển. Với một chiếc màn hình cơng nghiệp người quản lý sản xuất hay công nhân vận hành có thể hiểu rõ cơng nghệ của máy móc đang hoạt động trong line như thế nào, các thông số được cài đặt như thế nào… Để từ đó có thể giám sát và điều khiển một cách tốt nhất cho hệ thống. Đây cũng là thiết bị mà người thiết kế có thể tạo ra các bảng giám sát lỗi của máy móc, hệ thống, thơng qua đó có cách giải quyết tốt nhất lỗi đang hiện hành.Nhằm đáp ứng những u cầu đó,chúng em chọn màn hình 4D System 70DT để thực hiện đề tài này.Màn hình 4D system có thể lập trình các giao diện giám sát và điều khiển theo ý người sử dụng.Với phần mềm Workshop4 và các thư viện hỗ trợ cho arduino,việc lập trình và giao tiếp với mạch arduino trở nên dễ dàng hơn.
Hình 4.6: Khối hiển thị
4.1.4 Khối biến tần và động cơ
Khối biến tần : nhận dữ liệu cài đặt từ mạch arduino để điều khiển động cơ thông qua
chuẩn giao tiếp modbus Rs-485
Yêu cầu : Khối mà có thể điều khiển tốc độ quay của động cơ vừa có thể thực hiện điều khiển được động cơ, vừa nhỏ gọn và giá thành thấp.
Trên thị trường hiện nay có khá nhiều loại biến tần để ta lựa chọn,tuy nhiên tùy theo nhu cầu và ứng dụng mà ta có thể lựa chọn biến tần phù hợp nhất cho hệ thống của mình. Các hang nổi tiếng như delta, Panasonic, siemens, abb…. Ở đây nhóm đã chọn biến tần Goodrive100 để thực thiện đề tài. Với các đặc tính nổi bật sau:
Chế độ cài đặt tần số : Cài đặt số, tương tự, truyền thông nối tiếp, nhiều cấp tốc độ và thiết lập PLC đơn giản, PID…Chế độ cài đặt tần số có thể chuyển giữa sự kết hợp hiệu chỉnh và chế độ.
Chức năng điều khiển PID
Chức năng điều khiển nhiều cấp tốc độ : Điều khiển 8 cấp tốc độ Có khả năng điều khiển vượt mức
Chức năng không dừng khi tức thời lỗi nguồn Chức năng tang tốc : khởi động trơn
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp
Chương 4 : Thiết kế phần cứng hệ thống 55
Chức năng tự động điều chỉnh điện áp : Tự động giữ điện áp đầu ra khi điện áp nguồn thay đổi bất thường.
Có tới 25 chức năng bảo vệ khi lỗi : Quá dòng, quá áp, sụt áp, quá nhiệt, mất pha, quá tải….
Hình 4.7 :Biến tần GD100
Khối động cơ :nhận dữ liệu từ ngõ ra của biến tần, chạy thuận chạy ngược và theo tốc độ
cài đặt ở biến tần
Yêu cầu : Đáp ứng được ngõ ra của biến tần, hoạt động với công suất không được lớn hơn công suất của biến tần, dễ dàng sử dụng và được ứng dụng rộng rãi
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 5 Thiết kế phần mềm hệ thống 56
Chƣơng 5
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp
Chương 5 Thiết kế phần mềm hệ thống 57
5.1 Thiết kế lƣu đồ cho ứng dụng
Dựa vào nhu cầu của người sử dụng mà nhóm đã đặt ra yêu cầu cần thiết kế cho ứng dụng như sau:
Ứng dụng có thể giám sát tồn bộ hoạt động của hệ thống
Ứng dụng có thể hiển thị đầy đủ các thơng số cảm biến,động cơ và biến tần trong hệ thống,phát ra cảnh báo theo cài đặt của người dùng
Ứng dụng có thể điều khiển hoạt động của động cơ trực tiếp trên giao diện màn hình hiển thị
5.1.1 Lƣu đồ giải thuật của ứng dụng:
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp
Chương 5 Thiết kế phần mềm hệ thống 58
5.1.2 Lƣu đồ giải thuật ứng dụng điều khiển biến tần:
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong công nghiệp
Chương 5 Thiết kế phần mềm hệ thống 59
5.1.3 Lƣu đồ giải thuật ƣng dụng đo nhiệt độ:
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 5 Thiết kế phần mềm hệ thống 60
5.1.4 Lƣu đồ giải thuật ứng dụng đếm sản phẩm:
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 5 Thiết kế phần mềm hệ thống 61
5.2 Thiết kế giao diện cho ứng dụng
Giao diện của ứng dụng được xây dựng và phát triển dựa trên bộ công cụ Workshop4. Sau đây là các bước thực hiện trên Workshop4:
Khởi động chƣơng trình Workshop 4:
Đây là shortcut của cơng cụ Workshop 4
Hình 5.5: Biểu tượng của công cụ Workshop 4
Nhấp đúp vào biểu tượng để khởi động công cụ Workshop 4 Workshop 4 sẽ mở ra và hiển thị như hình bên dưới:
Hình 5.6:Giao diện cơng cụ Workshop 4
Tạo project mới để thiết kế giao diện cho ứng dụng:
Trên màn hình hiển thị bấm New để lựa chọn loại màn hình được thiết kế:
Nghiên cứu và ứng dụng màn hình 4D Systems vào điều khiển trong cơng nghiệp
Chương 5 Thiết kế phần mềm hệ thống 62
Chọn màn hình uLCD-70DT ,bấm Next để chuyển sang lựa chọn mơi trường lập trình cho ứng dụng:
Hình 5.8: Giao diện lựa chọn môi trường thiết kế
Chọn môi trường Visi Genie để thiết kế cho ứng dụng. Thiết kế project
Mọi thứ bây giờ đã sẵn sàng để bắt đầu thiết kế . Công cụ Workshop 4 hiển thị một màn hình trống rỗng, gọi là form0. Một hình thức giống như một trang trên màn hình. Các form có thể chứa các vật dụng hoặc các đối tượng, như các thanh