II. Hệ thống thu thập, đo đạc số liệu từ cảm biến
3. Hệ thiết bị đo lường
Việc đo đạc, thu thập xử lý thơng tin nĩi chung chia làm ba phần chính là đo, thu thập truyền và xử lý.
Nguyễn Trường Sanh 75
bằng cách thực hiện phép đo bằng dụng cụ đo.
- Dụng cụ đo thơng qua phép đo mà chuyển các đại lượng vật lý cần đo của đối tượng cần đo thành các đại lượng khác cĩ thơng tin định lượng của đại lượng đĩ tức là thể hiển thị được hoặc đọc được một cách định lượng.
- Thường ngày nay, để thuận lợi cho việc lưu trữ, truyền thơng, xử lý thì các đại lượng cần đo đều chuyển về cái đại lượng điện mang thơng tin định lượng của đại lượng cần đo như hiệu điện thế hoặc dịng điện.
- Đại lượng điện này thuận lợi cho việc truyền, lưu trữ, xử lý bằng các thiết bị điện, mạch điện tích hợp, với cơng nghệ điện tốn mà nhân loại đã đạt được rất nhiều thành tựu.
- Việc thu thập gồm truyền và lưu trữ ngày nay thường được thực hiện trên cơ sở điện
tốn.
- Việc xử lý thơng tin được thực hiện tự động hồn tồn hoặc tự động một phần thơng qua hệ thống điện tốn, thường thực hiệu bằng ít nhất một bộ vi xử lý và một
chương trình hoạt động trên vi xử lý đĩ.
- Việc của người thực hiện cơng việc liên quan hệ thống này là xây dựng hệ thống gồm phần cứng và phần mềm, vận hành hệ thống, sử dụng và đánh giá các kết quả đo.
- Một hệ thống đo đạc và điều khiển tự động cĩ các chức năng đo đạc các đại lượng, thơng số của đối tượng, truyền thơng, lưu trữ, xử lý, phân tích đánh giá và cịn cĩ thể đưa ra các tín hiệu điều khiển phản hồi (feedback) hồn tồn tự động.
Hình 55. Khối xử lý tín hiệu đưa về bộ điều khiển 4. Khảo sát một sốsơ đồ khối của một hệ thống đo tựđộng:
Nguyễn Trường Sanh 76
Hình 56. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển nhiệt độ
2/ Hệ thống giám sát vận hành
Nguyễn Trường Sanh 77
3/ Mơ hình ứng dụng IoT trong nơng nghiệp cơng nghệ cao
Hình 58. Mơ hình ứng dụng IoT trong nơng nghiệp cơng nghệ cao
5. Thu thập dữ liệu Thu thập dữ liệu
Mục đích của thu thập dữ liệu là thu thập thơng tin của các hiện tượng hay các đại lượng vật lý như là điện áp, dịng điện, nhiệt độ, áp suất hoặc âm thanh. Sự thu thập dữ liệu trên PC sử dụng một sự kết hơp giữa mơ đun phần cứng, phần mềm ứng dụng và một máy tính để thực hiện việc thu thập. Trong khi mỗi hệ thống thu thập dữ liệu được định nghĩa bởi yêu cầu ứng dụng của nĩ. Mỗi hệ thống chia sẽ một mục đích chung thu được, phân tích và nhận thơng tin hiện cĩ. Những hệ thống thu thập dữ liệu hợp nhất những tín hiệu, các cảm biến, những cơ cấu chấp hành, những trạng thái tín hiệu, những thiết bị thu thập dữ liệu và phần mềm ứng dụng.
1/ Thu thập dữ liệu Thu thập dữ liệu giao tiếp máy tính
Nguyễn Trường Sanh 78
2/ Chức năng của hệ thu thập dữ liệu
Hình 60. Sơ đồ hệ thống thu thập dữ liệu
6. Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh
Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh là hệ thống cĩ thể thực hiện việc thu thập dữ liệu,
giám sát và điều khiển của nhiều đối tượng cùng một lúc, các đối tượng cĩ thể giống
nhau hay khác nhau.
Các đối tượng đĩ cĩ thể là nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,… Hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh là sự thu thập dữ liệu trên máy tính PC sử dụng một sự kết hợp giữa mơ đun phần cứng, phần mềm ứng dụng và một máy tính đo thực hiện việc thu thập. Hệ thu thập dữ liệu thực hiện các năng năng như sau:
- Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị cơng nghiệp hoặc các cảm biến.
- Phân tích, xử lý và thực hiện các phép tính tốn trên các dữ liệu thu thập được
- Hiển thị các dữ liệu thu thập được, kết quả đã xử lý, lưu trữ thơng tin thu thập được lên máy tính.
- Viết chương trình giao tiếp, giám sát và điều khiển trên máy tính.
- Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đĩ đến các thiết bị điều khiển.
1/ Hệ thống dữ liệu 1 kênh
Nguyễn Trường Sanh 79
S/H:lấy mẫu và giữ, ADC chuyển đổi tương tự sang số, DAC chuyển đổi số sang tương tự Chúng ta cĩ thể thiết kế một card thu thập dữ liệu 8 bit hoặc12 bit giao tiếp với máy tính hoặc sử dụng card thu thập dữ liệu và điều khiển của hãng sản xuất như là card PLC 818L, PCI 1711/1718 HDU của hãng Advantech.
2/ Hệ thống dữ liệu nhiều kênh.
Hình 62. Hệ thống dữ liệu nhiều kênh.
S/H: lấy mẫu và giữ
ADC: chuyển đổi tương tự - số . DAC: Chuyển đổi số - tương tự ADC: chuyển đổi tương tự - số . DAC: Chuyển đổi số - tương tự
7. Thực Hành: Quy trình thực hành Quy trình thực hành Quy trình thực hành
- Lập trình điều khiển với hệ thống nhúng dùng bo mạch arduino thu thập dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm dùng cảm biến DTH 11
- Vẽ sơ đồ trên phần mềm protues
- Viết lưu đồ
- Viết code trên phần mềm arduino biên dịch sửa lổi
- Nạp file Hex vào bo điều khiển trên phần mềm protues
- Tiến hành mơ phỏng vận hành hệ thống làm việc
- Nêu quy trình đặt nhiệt độ và thu thập dữ liệu cĩ được
- Ghi lại các bước thực hiện và kết quả làm bài vào giấy gởi file cho gv
III. Hệ thống điều khiển các thiết bị ngoại vi.
Giao tiếp USB cĩ 2 cách 1. Tạo cổng ảo trao đổi RS-232
Nguyễn Trường Sanh 80
2. Sử dụng file *. DLL trong phần mềm windows
3. Thực Hành:
Lập trình điều khiển với hệ thống nhúng dùng bo mạch vi điều khiển thu thập dữ liệu lưu lượng mơi chất chãy vào bồn qua cổng truyền thơng Rs485.
Hình 63. thu thập dữ liệu
- Vẽ sơ đồ trên phần mềm protues
- Viết lưu đồ
- Viết code trên phần mềm arduino biên dịch sửa lổi
- Nạp file Hex vào bo điều khiển trên phần mềm protues
- Tiến hành mơ phỏng vận hành hệ thống làm việc
- Nêu quy trình đặt nhiệt độ và thu thập dữ liệu cĩ được
Nguyễn Trường Sanh 81
CHƯƠNG 7: LẬP TRÌNH GIAO TIẾP VỚI VI ĐIỀU KHIỂN TRÊN PC
Mục tiêu của bài:
- Trình bày được cấu trúc cơ bản về Visual Basic trong lập trình giao tiếp;
- Viết được giao diện cơ bản cho lập trình vi điều khiển trên PC; - Thực hiện kết nối được một hệ thống vi điều khiển với PC.
I. Giới thiệu về Visual Basic.
1. Giới thiệu về Visual Basic 6.0
Visual Basic 6.0 (VB6) là một phiên bản của bộ cơng cụ lập trình Visual Basic
(VB), cho phép người dùng tiếp cận nhanh cách thức lập trình trên mơi trường
Windows. Với VB6, chúng ta cĩ thể :
- Khai thác thế mạnh của các điều khiển mở rộng.
- Làm việc với các điều khiển mới (ngày tháng với điều khiển MonthView và DataTimePicker, các thanh cơng cụ cĩ thể di chuyển được CoolBar, sử dụng đồ họa với ImageCombo, thanh cuộn FlatScrollBar,…).
- Làm việc với các tính năng ngơn ngữ mới. - Làm việc với DHTML.
- Làm việc với cơ sở dữ liệu.
- Các bổ sung về lập trình hướng đối tượng. 2. Cài đặt Visual Basic 6.0
Sử dụng chương trình Setup, người dùng cĩ thể cài đặt VB6 lên máy tính của mình. Chương trình Setup này cịn cài đặt các tập tin cần thiết để xem tài liệu trên đĩa CD
MSDN (Microsoft Developer Network). Nếu cần, người dùng cĩ thể cài đặt riêng phần tài liệu và ví dụ mẫu của Visual Basic lên máy tính.
Để cài đặt VB6, người dùng nên kiểm tra máy tính của mình đảm bảo được cấu hình tối
thiểu. Các yêu cầu hệ thống tối thiểu :
- Microsoft Windows 95 trở lên hoặc là Microsoft Windows NT Workstation 4.0 trở lên.
- Tốc độ CPU 66 MHz trở lên.
- Màn hình VGA hoặc màn hình cĩ độ phân giải cao được hỗ trợ bởi Microsoft Windows.
- 16 MB RAM cho Microsoft Windows 95 hoặc 32MB RAM cho Microsoft Windows NT Workstation.
Nguyễn Trường Sanh 82
Hình 64. Tạo Project mới trên visual Basic
1/ Tìm hiểu các thành phần của IDE
IDE là tên tắt của mơi trường phát triển tích hợp (Integrated Development
Environment), đây là nơi tạo ra các chương trình Visual Basic.
IDE của Visual Basic là nơi tập trung các menu, thanh cơng cụ và cửa sổ để tạo ra chương trình. Mỗi một thành phần của IDE cĩ các tính năng ảnh hưởng đến các hoạt động lập trình khác nhau.
Hộp cơng cụ để thêm các điều khiển vào các biểu mẫu của đề án. Cửa sổ Project Explorer hiển thị các đề án khác nhau mà người dùng đang làm cũng như các phần của đề
án. Người dùng duyệt và cài đặt các thuộc tính của điều khiển, biểu mẫu và module trong
cửa sổ Properties. Sau cùng, người dùng sẽ xem xét và bố trí một hoặc nhiều biểu mẫu trên màn hình thơng qua cửa sổ Form Layout.
Thanh cơng cụ là tập hợp các nút bấm mang biểu tượng thường đặt dưới thanh
menu. Các nút này đảm nhận các chức năng thơng dụng của thanh menu (New, Open,
Save ...).
Các thành phần cĩ sẵn để người lập trình tạo giao diện tương tác với người dùng.
Mỗi điều khiển thực chất là một đối tượng, do vậy nĩ sẽ cĩ một số điểm đặc trưng cho
đối tượng, chẳng hạn như các thuộc tính, các phương thức & các sự kiện.
2/ Biểu mẫu (Form)
Chương trình ứng dụng giao tiếp với người dùng thơng qua các biểu mẫu (hay cịn gọi là
cửa sổ, xuất phát từ chữ Form hay Windows); các điều khiển (Control) được đặt lên bên trên giúp cho biểu mẫu thực hiện được cơng việc đĩ. Biểu mẫu là các cửa số được lập trình nhằm hiển thị dữ liệu và nhận thơng tin từ phía người dùng.
Nguyễn Trường Sanh 83
3/ Lập Trình Cấu Trúc Trong Visual Basic
Ví dụ:
4/ Lệnh lựa chọn Select Case
Trong trường hợp cĩ quá nhiều các điều kiện cần phải kiểm tra, nếu ta dùng cấu trúc rẽ nhánh If…Then thì đoạn lệnh khơng được trong sáng, khĩ kiểm tra, sửa đổi khi cĩ sai sĩt. Ngược lại với cấu trúc Select…Case, biểu thức điều kiện sẽ được tính tốn một lần vào đầu cấu trúc, sau đĩ VB sẽ so sánh kết quả với từng trường hợp (Case). Nếu bằng nĩ
thi hành khối lệnh trong trường hợp (Case) đĩ. Cấu trúc lặp
Các cấu trúc lặp cho phép thi hành một khối lệnh nào đĩ nhiều lần. Lặp khơng biết trước số lần lặp
Nguyễn Trường Sanh 84
Do ... Loop:
Đây là cấu trúc lặp khơng xác định trước số lần lặp, trong đĩ, số lần lặp sẽ được quyết định bởi một biểu thức điều kiện. Biểu thức điều kiện phải cĩ kết quả là True hoặc False.
Cấu trúc này cĩ 4 kiểu:
Ví dụ: Thiết kế chương trình kiểm tra xem số nguyên N cĩ phải là số nguyên tố hay
khơng?
Bước 1: Thiết kế chương trình cĩ giao diện
Bước 2: Viết thủ tục KtraNgTo trong phần mã lệnh của Form
Bước 3: Xử lý sự kiện Command1_Click; trong thủ tục xử lý sự kiện này ta cĩ gọi thủ tục KtraNgTo như sau:
Nguyễn Trường Sanh 85
Bước 4: Lưu dự án và chạy chương trình.
Ta được kết quả sau:
II. Lập trình giao tiếp cổng COM. 1. Ngơn ngữ lập Trình 1. Ngơn ngữ lập Trình
- Lập Trình trong Dos - Ngơn ngữ : QBSIC - Ngơn ngữ PasCal và C
- Lập trình ngơn ngữ VISUAL BASIC 2. Các chức năng cơ bản + Comport + Cấu hình cổng + Mở cổng + Nhập dữ liệu + xuất dữ liệu + Gởi tín hiệu + Đọc chân + Đặt thời gian chờ …..
- Lập Trình Del phi và víual C 6.0
Nguyễn Trường Sanh 87
4. Thực Hành
Viết chương trình giao tiếp PLC OMRON và SIEMENS
III. Lập trình giao tiếp cổng song song.
Cĩ 2 cách lập trình với VPP = 12V (AT89C51 xxxx yyww) hay VPP = 5V
(AT89C51 xxxx-5 yyww)
Nguyễn Trường Sanh 88
Hình 65. Sơ đồ giao tiếp cổng song song
2. IC 89c051 giao tiếp &4HC299
Hình 66. IC 89c051 giao tiếp &4HC299
Địa chỉ 12 bít đưa vào port1 và 4 bit thấp đưa vào port2 , code đưa vào port 0. P2.7, P2,8,
Nguyễn Trường Sanh 89
Xĩa tồn bộ : ALE cĩ xung âm tồn bộ 10ms
3. Ghép nối 2 máy tính
Cĩ 2 cách ghép nối : ghép song song và ghép nối tiếp Thơng qua tiện ích Direct Cable Connection
Hình 67 . Tiện ích Direct Cable Connection
Sử dụng cổng ECP
Nguyễn Trường Sanh 90
Hình 69. Truyền dữ liệu máy tính vào ngoại vi. IV. Lập trình điều khiển thiết bị dùng chuẩn Modbus
MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, là một phương tiện truyền thơng với nhiều thiết bị thơng qua một cặp dây xoắn đơn. Ban đầu, nĩ hoạt động trên RS232, nhưng sau đĩ nĩ sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, và mạng đa điểm (multi-drop). MODBUS đã nhanh chĩng trở thành tiêu chuẩn thơng dụng trong ngành tự động hĩa.
MODBUS RTU thường là các thiết bị hiện trường, tất cả được kết nối với mạng trong cấu hình multi-drop Khi một chủ MODBUS RTU muốn cĩ thơng tin từ thiết bị, chủ sẽ gửi một thơng điệp về dữ liệu cần, tĩm tắt dị lỗi tới địa chỉ thiết bị. Mọi thiết bị khác trên mạng sẽ nhận thơng điệp này nhưng chỉ cĩ thiết bị nào được chỉ định mới cĩ phản ứng.
1. MODBUS RTU cĩ một chủ, như PLC, PC, DCS và 247 thiết bị tớ được kết nối trong cấu hình multi-drop. trong cấu hình multi-drop.
Hình 70. Một mạng MODBUS RTU cĩ một chủ, như PLC, PC, DCS và 247 thiết bị tớ
Nguyễn Trường Sanh 91
Các thiết bị trên mạng MODBUS khơng thể tạo ra kết nối; chúng chỉ cĩ thể phản ứng. Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là:
- MODBUS ASCII - MODBUS RTU - MODBUS/TCP
Tất cả thơng điệp được gửi dưới cùng một format. Sự khác nhau duy nhất giữa 3 loại MODBUS là cách thức thơng điệp được mã hĩa.
Với MODBUS ASCII, mọi thơng điệp được mã hĩa bằng hexadeci-mal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit. Đối với mỗi một byte thơng tin, cần cĩ 2 byte truyền thơng, gấp đơi so với
MODBUS RTU hay MODBUS/TCP.
Tuy nhiên, MODBUS ASC II chậm nhất trong số 3 loại protocol, nhưng lại thích hợp khi modem điện thoại hay kết nối sử dụng sĩng radio do ASC II sử dụng các tính năng phân định thơng điệp. Do tính năng phân định này, mọi rắc rối trong phương tiện truyền dẫn sẽ khơng làm thiết bị nhận dịch sai thơng tin. Điều này quan trọng khi đề cập đến các modem chậm, điện thoại di động, kết nối ồn hay các phương tiện truyền thơng khĩ tính
khác.
Đối với MODBUS RTU, dữ liệu được mã hĩa theo hệ nhị phân, và chỉ cần một byte truyền thơng cho một byte dữ liệu. Đây là thiết bị lí tưởng đối với RS 232 hay mạng RS485 đa điểm, tốc độ từ 1200 đến 115 baud. Tốc độ phổ biến nhất là 9600 đến 19200