Chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3. Thiết kế và thi công phần cứng cho hệ thống
2.3.2. Khối điều khiển trung tâm
Vi điều khiển dsPIC30 là dòng vi điều khiển 16 bit tích hợp bộ xử lý tín hiệu số 16 bit của hãng Microchip. Với việc tích hợp mô-đun xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor) vào một lõi vi điều khiển, hãng Microchip đã tạo ra một bộ vi điều khiển có khả năng xử lý các phép tính phức tạp và điều khiển trực tiếp các thiết bị ngoại vi.
Việc đóng gói nhỏ gọn giúp chúng ta có thể thiết kế mạch điện tử đơn giản hơn và đặc biệt là tăng khả năng chống nhiễu cho hệ thống.
Trong dòng vi điều khiển dsPIC30 thì dsPIC30F4011 với giá thành hợp lý và đƣợc thiết kế chuyên dụng cho điều khiển động cơ. Vi điều khiển dsPIC30F4011 đƣợc tích hợp các mô-đun đặc biệt trong nhƣ bộ đọc xung phản hồi vị trí động cơ (Quadrature Encoder), bộ điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation), bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang số ADC (Analog to Digital Converter). Vi điều khiển dsPIC30F4011 có một số tính năng sau:
CPU với tập lệnh đƣợc đơn giản hóa RISC - Kiến trúc Harvard có hiệu chỉnh.
- Tập lệnh tối ƣu cho ngôn ngữ lập trình C với chế độ địa chỉ linh hoạt.
- Lệnh cơ bản gồm 84 lệnh (độ dài lệnh 24 bit), độ dài dữ liệu 16 bit.
- 48 KB bộ nhớ Flash, có thể nạp lại nhiều lần.
- 02 KB bộ nhớ RAM.
- 01 KB bộ nhớ EEPROM.
- Tốc độ xử lý tối đa 30 triệu lệnh trong 1 giây (MIPs).
- 30 nguồn tạo ngắt với 3 nguồn ngoài, 8 mức ƣu tiên.
- 16 thanh ghi 16 bit.
Module xử lý tín hiệu số DSP
- Nhập dữ liệu kép.
- Câu lệnh xử lý tín hiệu số (DSP) đƣợc thực hiện trong một chu kỳ lệnh.
- Bộ nhân bằng phần cứng 17x17 bit chỉ trong một chu kỳ lệnh đơn.
Các ngoại vi tích hợp trên chip
- Các chân vào/ra có khả năng chịu dòng cao (25mA).
- 05 mô-đun Timer/ Counter với tần số xung nhịp có khả năng chia tần và có thể cấu hình thành các cặp Timer 16 bit hoặc 32 bit.
- Bộ điều chế độ rộng xung (PWM) với độ phân giải 16 bit.
- Mô-đun truyền nhận dữ liệu SPI (hỗ trợ chế độ 4 khung truyền).
- Mô-đun truyền nhận dữ liệu I2C, hỗ trợ chế độ đa chủ/tớ và các chế độ định địa chỉ 7 bit hay 10 bit.
- 02 mô-đun truyền thông nối tiếp (UART) với bộ đệm FIFO.
- Mô-đun truyền thông CAN tương thích chuẩn 2.0B.
Mô-đun điều khiển PWM
- 06 cổng vào/ra PWM với đầu ra với chế độ bù hoặc độc lập và các chế độ sườn xung hoặc trung tâm.
- 03 khối tạo chu kỳ làm việc khác nhau.
- Cơ sở thời gian riêng biệt với toàn chip.
- Đầu ra phân cực lập trình đƣợc.
- Bộ so sánh sự kiện đặc biệt cho việc lập lịch những sự kiện ngoại vi.
Các đặc điểm chính của module UART - Truyền song công, dữ liệu 8 hoặc 9 bit.
- Các tùy chọn chẵn, lẻ hoặc không bit chẵn lẻ (cho dữ liệu 8 bit).
- 01 hoặc 02 bit Stop.
- Tích hợp bộ tạo tốc độ Baud đầy đủ 16-bit.
- Dải tốc độ Baud từ 38 bps đến 1,875 Mbps với tốc độ thực hiện lệnh 30 MHz.
- Bộ đệm dữ liệu truyền 4 từ đơn.
- Bộ đệm dữ liệu nhận 4 từ đơn.
- Phát hiện lỗi chẵn lẻ, lỗi khung truyền và lỗi tràn bộ đệm.
- Hỗ trợ ngắt cho chế độ dò tìm địa chỉ (bit thứ 9 có giá trị bằng 1).
Hình 2.7: Sơ đồ chân dsPIC4011 2.3.2.2. Thiết kế và thi công khối điều khiển trung tâm
Mạch sử dụng IC ổn áp nguồn LM7805. Đầu vào là nguồn 12 VDC qua IC ổn áp LM7805 tạo ra nguồn tuyến tính 5V cấp cho vi điều khiển, khối thực hiện chức năng giao tiếp với khối GSM, khối giao tiếp RS485 và khối hiển thị LCD. Mạch đƣợc thiết kế theo tài liệu kỹ thuật của IC LM7805.
Hình 2.8. Sơ đồ khối của IC ổn áp nguồn LM7805
Khối điều khiển trung tâm làm nhiệm vụ nhận các tin nhắn điều khiển để xử lý nội dung tin nhắn, sau đó thực hiện lệnh điều khiển theo tin nhắn nhận đƣợc để đƣa ra các lệnh điều khiển tương ứng tới các trạm điều khiển tầng qua mạng RS485 Modbus- RTU, đồng thời nhận tín hiệu phản hồi trạng thái thiết bị từ các trạm điều khiển tầng để gửi tin nhắn báo cáo trạng thái thiết bị điện đến thuê bao điều khiển thông qua khối giao tiếp GSM sử dụng mô-đun SIM900.
Hình 2.9: Mạch nguyên lý khối điều khiển trung tâm
Hình 2.10: Khối điều khiển trung tâm sau khi lắp ráp linh kiện 2.3.3. Khối điều khiển tầng