Tải bản đầy đủ

I HOME VER 1 0

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN
------------o0o-----------

BK
TP HCM

ĐỒ ÁN

THIẾT KẾ MÔ HÌNH I-HOME

GVHD : TS. TRỊNH HOÀNG HƠN
SVTH : DƯƠNG NGỌC BẢO KHOA 1411801
ĐINH VĂN PHÚC

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2017

i


1412933


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Nhà thông minh là một trong những công nghệ mới nhất phục vụ cho cuộc sống
con người, đây là một xu hướng của tương lai nhằm phục vụ tối đa cuộc sống của loài
người. Khái niệm nhà thông minh gần đây đã đần trở nên quen thuộc. Cùng với việc
phát triển nhanh chóng của các công nghệ thông minh hiện nay,nhu cầu tiện dụng trong
xã hội ngày càng đòi hỏi cao. Trong đó, nhà thông minh là một hướng đi tiềm năng.
Thiết kế mô hình nhà thông minh không những giúp sinh viên có thể ứng dụng kiến thức
vào thực tế mà còn giúp mở rộng vốn kiến thức của mình cũng như cách giải quyết các
vấn đề trước một dự án có ứng dụng thực tế. Bill Gates vừa chi hàng trăm triệu đô la để
biến ngôi nhà của mình trở thành một khu nghỉ dưỡng thông minh với những công nghệ
nhà thông minh hiện đại nhất thế giới, đây là sẽ điểm khởi đầu thuận lợi vì lĩnh vực này
đang được đón nhận rất nhiều từ mọi thành phần, việc nâng cao chất lượng cuộc sống
không còn là điều viển vong nữa.

Đánh giá chung của những chuyên gia là thị trường nhà thông minh sẽ ngày càng
phát triển và bùng nổ trong thời gian sắp tới. Các chuyên gia của Berg Insight phân tích,
quy mô sắp tới có thể đạt 9.5 tỷ đô la vào năm 2015, sẽ bùng nổ mạnh mẽ vào năm
2017 với 44 tỷ đô la.

Chương 1: Khái quát định nghĩa về nhà thông minh, các chức năng nhà thông minh. Tr1
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về chuẩn truyền RS485 và vi điều khiển.

Tr14

Chương 3: Thiết kế thi công và thực hiện phần cứng cho mô hình nhà thông minh.

Tr33

Chương 4: Giải thuật phần mềm.

Tr42

Chương 5: Kết quả thực hiện mô hình và hình ảnh thực tế của mô hình.

Tr56

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.



Tr62

Tài liệu tham khảo.

Tr64

ii


Chương 1: Giới thiệu
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ I-HOME:

1.1.1. Giới thiệu:
Nhà thông minh hay thuật ngữ “Intelligent Home” được hiểu là
ngôi nhà có hệ thống các thiết bị điện tử gia dụng được kết nối với nhau
thành mạng thiết bị và hoạt động theo kịch bản tùy biến, nhằm tạo ra môi
trường sống tiện nghi, an toàn, tiết kiệm năng lượng hay ta còn có một định
nghĩa khác là “một ngôi nhà tích hợp mạng truyền thông kết nối các thiết
bị và dịch vụ điện gia dụng chính yếu, cho phép chủ nhân ngôi nhà điều
khiển, giám sát hoặc truy cập chúng từ xa”.
Thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm
biến (cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc cảm biến do cử chỉ), các
bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị điện gia dụng đầu cuối (thiết bị
an ninh, hệ thống cửa, điều hòa, rèm mành, hệ thống đèn, quạt thông gió, ti
vi, bếp gas, bếp từ…) được kết nối với nhau.
Chủ nhà có thể quan sát, nắm bắt đầy đủ tình hình ở nhà, dễ
dàng điều khiển mọi thiết bị trong ngôi nhà dù đang ở bất cứ đâu thông
qua điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính cá nhân có kết nối
internet.
Bên cạnh đó, ngôi nhà thông minh còn có thể tự động hóa các
hoạt động trong nhà theo ngữ cảnh được lập trình trước, từ ánh sáng, nhiệt
độ, an ninh bảo vệ, cho đến các hệ thống giải trí…

1


Chương 1: Giới thiệu
Một trong những điểm nhấn của ngôi nhà thông minh là hệ thống
an ninh. Hệ thống này bao gồm các thiết bị kiểm soát ra/vào, hàng rào điện
tử, khóa cửa điện từ. Camera sẽ chuyển hình ảnh tại các khu vực cần bảo vệ
đến các thiết bị điều khiển, thông báo cho chủ nhà biết, đồng thời chủ nhà
có thể ra lệnh mở cửa thông qua màn hình cảm ứng. Khi gặp sự cố hay có
người xâm nhập, hệ thống cũng sẽ đưa ra cảnh báo và tự động xử lý tình
huống theo kịch bản được cài đặt từ trước.
Bên cạnh đó, thông qua các thiết bị cảm biến, hệ thống giám sát môi
trường trong ngôi nhà thông minh sẽ liên tục cập nhập các thông số về
nhiệt độ, độ ẩm, lượng oxy… của từng khu vực trong ngôi nhà. Máy chủ sẽ
phân tích các thông số này và ra lệnh điều khiển các thiết bị như điều hòa
nhiệt độ, máy hút ẩm, quạt thông gió… nhằm duy trì và tạo ra trạng thái môi
trường tốt nhất trong toàn bộ ngôi nhà.
Một đặc điểm nổi bật khác của tòa nhà thông minh là tiết kiệm năng
lượng. Hệ thống điều hoà nhiệt độ áp dụng các biện pháp kiểm soát, khống
chế sự bật/tắt tối đa, nhằm tiết kiệm năng lượng ưu việt; mỗi phòng đều
được lắp đặt máy cảm ứng điện tử và máy xử lí loại nhỏ, có thể tự động điều
tiết nhiệt độ, nguồn ánh sáng, độ nóng lạnh và thông gió… Ngoài ra, hệ
thống đèn các phòng sẽ bật sáng khi có người bước vào và tự động tắt khi
không có người; khi bạn rời nhà các thiết bị điện như máy lạnh, quạt, đèn,
tivi sẽ tự động tắt. So với kiến trúc bình thường, nhà thông minh có thể tiết
kiệm được trên 30% nguồn năng lượng.
Với sự phổ biến của điện thoại thông minh, máy tính bảng; sự phát
triển mạnh mẽ của các thiết bị điện thông minh, nhà thông minh đang trở

2


Chương 1: Giới thiệu
thành xu thế thịnh hành trong tương lai. Tùy vào điều kiện tài chính, các gia
đình, các doanh nghiệp có thể tự động hóa từng phần hay toàn bộ ngôi
nhà, nhằm quản lý hiệu quả các thiết bị điện, nâng cao chất lượng cuộc
sống.

Hình 0.1 Sơ đồ tổng thể một hệ thống nhà thông minh

1.1.2. Các tính năng:
1.1.2.1. An ninh
Việc sử dụng hệ thống camera hiện đại tích hợp trong hệ thống
liên kết mạng giúp chúng ta có thể quan sát mọi hoạt động trong và ngoài
ngôi nhà cũng như có thể cảnh báo cho chúng ta biết khi có kẻ gian qua

3


Chương 1: Giới thiệu
điện thoại di động hay email và phát tín hiệu để cảnh báo,báo động. Ngoài
ra,sử dụng các khoá điện tử và cảm biến gắn trong ngôi nhà là lớp bảo vệ
vững chắc cho ngôi nhà để ngăn người lạ đột nhập.
Hệ thống an ninh thường bao gồm 3 bộ phận, hoạt động độc lập:
một bộ điều khiển trung tâm (kiểm soát trung tâm); các thiết bị cảm biến
ngoại vi khác (các sensor) như cảm biến báo nhiệt, báo khói, báo trộm, cảm
biến chuyển động; các thiết bị báo hiệu như loa, còi hú, đèn chớp, điện
thoại…

Hình 0.1 Sơ đồ hệ thống giám sát bằng camera

4


Chương 1: Giới thiệu
Hình 1.2 minh hoạ cho một hệ thống giám sát hiện đại, có khả năng
ghi lại mọi hoạt động xảy ra đồng thời có thể quan sát từ xa qua máy tính
xách tay hoặc máy tính để bàn có truy cập internet. Các thiết bị quan sát còn
giúp người chủ có thể tiếp khách qua camera ngoài cửa khi không có mặt
tại nhà.
Sử dụng kết hợp kĩ thuật xử lý ảnh cùng với camera phân giải cao giúp
nhận diện khuôn mặt, giảm thiểu các rắc rối và sự cố ngoài ý muốn như thất
lạc chìa khoá với các khoá truyền thống, quên mật mã đối với các khoá điện
tử …
Cảnh báo khí gas, báo cháy báo khói : Một bộ điều khiển trung tâm có
thể quản lý nhiều thiết bị cảm biến khói và nhiệt sẽ kích hoạt tín hiệu báo
bằng còi kêu tại chỗ và xử lý theo một số tính năng được thiết lập sẵn như
bật sáng toàn bộ đèn trong, ngoài nhà, gửi cảnh báo đến người chủ qua
điện thoại, email…sau khoảng thời gian định trước, nếu không có phản ứng
của người sử dụng, hệ thống sẽ tự động ngắt điện toàn nhà tránh việc chập
cháy lan truyền, phun nước dập lửa.
1.1.2.2. Chiếu sáng

Các mẫu nhà thông minh hiện nay đều sử dụng các thiết bị tự
động bật tắt đèn khi nhận thấy sự hiện diện của con người, các tính năng
này được mở rộng theo các tính năng đem lại tiện ích cho chủ nhà.
 Tính năng theo lịch trình:
Các đèn ở từng vị trí được cài đặt để bật hay tắt theo một khung
giờ nhất định được quy định trước bởi chủ nhà.

5


Chương 1: Giới thiệu

Hình 0.2 Hệ thống đèn ngoài trời bật tắt dựa theo ánh sáng tự nhiên

 Tính năng cảm biến chuyển động : cảm biến chuyển động sẽ
nhận diện khi có người và truyền tín hiệu cho hệ thống điều khiển bật
đèn khi có người.Ngoài ra việc tự điều khiển độ sáng phù hợp với từng
đón khách vào nhà. Đèn tự động tắt sau một phút ngay khi không có
người trong các khu vực này. Chức năng này được thực hiện bởi các
cảm biến chuyển động ngoài trời và trong nhà có tích hợp chức năng
đo độ sáng được bố trí khoa học.

6


Chương 1: Giới thiệu

Hình 0.3 Đèn Led cảm ứng chuyển động L0605

 Tính năng điều khiển theo hoạt cảnh : Với tính năng này, người
chủ có thể thiết lập các chế độ định sẵn như một kịch bản ứng với mỗi
hoàn cảnh cụ thể, giúp tiết kiệm thời gian chỉnh định, mang lại hiệu quả
sử dụng cao nhất và tiết kiệm nhất cho chủ nhà. Các kịch bản này ta có
thể thay đổi tuỳ theo sở thích sinh hoạt của từng gia đình. Ví dụ, khi
bấm phím “tiếp khách”, đèn chùm sẽ tăng dần độ sáng, nhóm đèn hành
lang tăng dần độ sáng đến 60%, các nhóm đèn phụ trợ cần thiết sẽ bật
sáng. Tất cả các hoạt động này được thực hiện cùng một lúc với chỉ một
phím bấm. Tương tự như vậy, các phím bấm “dạ tiệc”, “ăn tối” hay “bình

7


Chương 1: Giới thiệu
thường” sẽ điều chỉnh các thiết bị điện về các chế độ hoạt động tối ưu
cho từng hoàn cảnh tương ứng,
1.1.2.3. Điều khiển
Tính năng điều khiển thông minh chính được thực hiện qua các
panel điều khiển với công nghệ tiên tiến, được đặt ở các vị trí phù hợp với
nội thất và thuận tiện cho việc sử dụng. Từ các panel này, ta có thể thiết lập
và tuỳ chỉnh toàn bộ các hệ thống chiếu sáng, rèm cửa, an ninh, điều hoà
nhiệt độ trong nhà.

Hình 0.4 Giao diện điều khiển nhà thông minh của ACIS

Ngoài ra còn có các bộ công cụ điều khiển nâng cao như phần
mềm điều khiểu được cài đặt trên điện thoại di động, laptop, trang web điều
khiển, remote… Các tiện ích này giúp người dùng linh hoạt và chủ động hơn
trong việc giám sát và quản lý từ xa các hoạt động trong ngôi nhà của mình.

8


Chương 1: Giới thiệu
Hệ thống cáp truyền tín hiệu có thể sử dụng độc lập hoặc dùng
chính đường dây điện dân dụng có sẵn. Mỗi thiết kế đều có ưu và nhược
điểm riêng nhưng nhìn chung đều có độ tin cậy cao. Các chuẩn truyền ngày
càng được cải tiến nhầm gia tăng tốc độ và sự ổn định, nhất là khi các cáp
tín hiệu thường được lắp đặt âm tường cùng với dây điện nhà.
1.1.2.4. Nhận diện tự động và chế độ chăm sóc riêng phù hợp cho mỗi người
Dựa trên dấu hiệu sinh trắc học riêng của từng người, ngôi nhà
trong tương lai sẽ đủ thông minh để phân biệt các thành viên trong gia
đình, đồng thời có khả năng phục vụ nhu cầu của từng cá nhân. Thông qua
một thiết bị đeo tay, như đồng hồ thông minh chẳng hạn, ngôi nhà sẽ dựa
vào nhịp tim và tình trạng của cơ thể bạn để tự động điều chỉnh ánh sáng,
nhiệt độ phòng, phát bài hát yêu thích của riêng mình bạn. Căn nhà sẽ có
sẵn những chế độ lý tưởng phù hợp với mọi điều kiện sức khỏe, giới tính,
tuổi tác… khác nhau của từng người.

9


Chương 1: Giới thiệu
Hình 0.6. Nhà thông minh tích hợp giao diên vào đồng hồ đeo tay thông minh

1.1.2.5. Tiết kiệm điện và các nguồn năng lượng một cách tối đa:
Ngôi nhà thông minh sẽ cài đặt nhiều cảm biến quanh nhà để tự
động tắt hay mở các thiết bị ở thời điểm thích hợp nhằm tiết kiệm điện và
năng lượng một cách tối đa. Các cảm biến sẽ tự nhận biết nếu không có
người trong nhà ngay lập tức đưa tất cả máy móc như đèn, tivi, máy tính, hệ
thống âm thanh, lò nướng về trạng thái ngắt điện. Cảm biến ánh sáng có
thể điều khiển rèm cửa, màn trang trí nội thất và cửa sổ khi nhận được số
liệu thời tiết ngoài trời. Trong khi đó, cảm biến nhiệt độ sẽ điều khiển hoạt
động máy điều hòa khi nhiệt độ ngoài trời quá nóng hoặc quá lạnh, vì
không máy lạnh nào lại hoạt động khi thời tiết mát mẻ cả. Như vậy, cho dù
căn nhà có tràn ngập mọi thiết bị tối tân, ta cũng chẳng phải canh cánh nỗi
lo không kiểm soát được mức độ tiêu thụ năng lượng.
Trong hoàn cảnh giá cả và tác động của việc sản xuất điện đối với
môi trường hiện nay, vấn đề sử dụng năng lượng một cách hợp lý và tiết
kiệm trở thành bài toán hàng đầu trong mọi lĩnh vực. Do đó, nếu một ngôi
nhà chưa đạt được yêu cầu này chưa thể thực sự trở thành ngôi nhà thông
minh. Nhiều giải pháp đã được các nhà thiết kế giới thiệu và cũng phần nào
giải quyết được bài toán này như điều phối hệ thống chiếu sáng, sử dụng
các thiết bị điện hiệu năng cao (đèn compact hoặc LED thay cho đèn sợi
đốt…), hạn chế tối đa việc sử dụng các thiết bị khi không cần thiết (cảm biến
nhận biết con người để tắt mở đèn, máy điều hoà, các thiết bị giải trí…), các
bộ công cụ quản lý năng lượng tiêu thụ…

10


Chương 1: Giới thiệu

Hình 1.7. Tổng quan ngôi nhà thông minh tiết kiệm năng lượng

11


Chương 1: Giới thiệu

1.1.2.6. Sự liên kết thiết bị của các hãng:
Ta luôn nhức đầu khi các thiết bị và linh kiện trái hãng thường
không bao giờ làm việc được với nhau. Nhưng tương lai rất gần đây thôi, ta
sẽ hài lòng khi thấy mọi máy móc dù thuộc nhãn hiệu nào đều có thể cộng
tác ăn ý. Năm 2014, Samsung đã mua SmartThings – một công ty chuyên
sản xuất các thiết bị tự động – chính thức gia nhập vào thị trường nhà thông
minh. Công ty SmartThings và Samsung hiện đang phát triển một nền tảng
mở cho phép các thiết bị từ các hãng sản xuất khác nhau có thể làm việc
cùng nhau. Trong tương lai, khi đang xem phim trên TV hãng X, bỗng chợt
nhận được tin nhắn từ Samsung, thông báo tủ lạnh của bạn đang hư hỏng
thì cũng đừng ngạc nhiên quá nhé vì các hãng công nghệ đã “liên minh” với
nhau rồi.
Với tốc độ phát triển chóng mặt của kỷ nguyên Internet of Things,
những ngôi nhà thế hệ mới sẽ phục vụ mọi mong muốn cá nhân của con
người từ nhỏ bé nhất đến to tát nhất. Cùng với những tài năng đến từ
SmartThings, Samsung đã trở thành một trong những cái tên nổi bật trong
lĩnh vực nhà thông minh và hứa hẹn sẽ có nhiều phát kiến công nghệ bất
ngờ trong tương lai. Những điều kể trên có lẽ sẽ không còn là “mộng giữa
ban ngày nữa” vì vài năm sắp tới thôi, công nghệ sẽ biến tất cả thành hiện
thực.

12


Chương 1: Giới thiệu
1.3. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Nhằm mục đích tìm hiểu về đề tài I-Home cũng như hình thành
phương pháp giải quyết vấn đề gói gọn trong phạm vi đồ án. Nhóm chúng
em xin được tìm hiểu, thiết kế và thi công mô hình nhà thông minh I-home
dựa trên các tính năng tham khảo từ các mô hình nhà thông minh trên thị
trường. Bên cạnh đó là việc tìm hiểu các lý thuyết để có thể điều khiển và
vận hành nhà thông minh. Từ đó có thể thi công được mô hình thực tế.

13


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. CHỌN CHUẨN TRUYỀN PHÙ HỢP
2.1.1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CHUẨN TRUYỀN HIỆN NAY

Hiện nay, có nhiều chuẩn truyền thông được phát triển để đáp ứng
cho những mục đích khác nhau. Những chuẩn thường thấy bao gồm không
dây và có dây I2C, ISP, RS232,RS485,CAN, Blutooth,wifi, zigbee…
2.1.2. GIỚI THIỆU VÀ LÝ DO CHỌN CHUẨN TRUYỀN RS485:

Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã phê duyệt một
tiêu chuẩn truyền cân bằng mới gọi làRS-485. Đã được chấp nhận rộng
rãi và sử dụng trong công nghiệp, y tế, và dân dụng. Có thể coi chuẩn RS485
là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp. Những
bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp với bất kỳ thiết
bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua RS485.
Lý do chọn chuẩn truyền RS485 ?
1. Trong công nghiệp ngày nay, chuẩn truyền thông RS232 không
thể đáp ứng được nhu cầu truyền thông nữa vì đường truyền
không cân bằng (các tín hiệu đều lấy điểm chuẩn là đường
mass chung, bị ảnh hưởng của nhiễu tác động) điện áp của dây
so với đất trong khoảng từ -15 đến 15 V, mức 0 được thể hiện
là từ 3 đến 15V, mức 1 được thể hiện từ -15 đến -3V. . Vì vậy để
đáp ứng nhu cầu truyền thông công nghiệp, người ta sử dụng
chuẩn truyền thông RS485 khi cần tăng khoảng cách và tốc độ
truyền thông (khoảng cách truyền thông tối đa 1.200m và vận
tốc truyền lên đến 10Mbits/s). Nguyên nhân mà RS485 có thể
tăng tốc độ và khoảng cách truyền thông là do RS485 sử dụng
phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc tính giống

14


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại
trừ được nhiễu chung).
2. Do chuẩn truyền thông RS232 không cho phép có hơn 2 thiết
bị truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với
chuẩn RS485 ta có thể nồi 32 thiết bị thu phát trên 2 dây cho
phép tạo thành 1 mạng cục bộ.
3. Ngoài ra trong mạng truyền thông công nghiệp
chuẩn RS485 là nền tảng của các hệ thống bus điều khiển, bus
trường tiên tiến nhất hiện nay như Control Net (DH485,
DH+,DH++)(Rockwell
Atomation),
Profibus,
FieldBus
(Siemens)...

4. Trong khi các chuẩn truyền khác như ISP, I2C không đáp ứng được về khoảng cách

15


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1.2.1. THÔNG SỐ CƠ BẢN

Hình 0.1 Các thông số đặc tính cơ bản của chuẩn RS485

Như đã nêu trên, RS485 là chuẩn truyền sử dụng đường truyền vi
sai, mức tín hiệu ở các ngõ ra được xác định dựa trên sai biệt điện áp giữa 2
dây tín hiệu, nếu V AB >200mV sẽ cho ra mức logic 1, V AB <200mV sẽ cho ra
mức logic 0, khi độ chênh điện áp ở dây A và B nằm giữa mức này được xem
là vùng bất định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu
phải nằm trong giới hạn -7V đến 12V. Nhờ đặc tính này cùng với việc sử
dụng cáp tín hiệu loại dây xoắn giúp loại bỏ được nhiễu chung nên chuẩn
RS485 có khả năng kháng nhiễu mạnh.

16


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hình 0.2 Dạng tín hiệu trên 2 đường truyền RS485.
Hình trên cho thấy sự đối nhau ở 2 đường truyền, khi đường này
mức 1 thì đường kia mức 0 và ngược lại, điều này nhằm đảm bảo cho sự
chênh lệch điện áp giữa 2 dây để xác định chính xác mức logic ở ngõ ra.
Một khả năng nổi bật nữa của chuẩn RS485 là khả năng mở rộng
đến 32 trạm, tuỳ theo cấu hình hệ thống mà các trạm có thể là bộ phát hoặc
bộ thu, đây là một ưu thế lớn đối với các hệ thống cần sử dụng tính ngang
quyền ( các trạm đều có thể chủ động truyền tín hiệu trên đường dây rỗi )
mà đa số các chuẩn truyền nối tiếp khác không làm được.

17


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hình 0.3 Tương quan giữa tốc độ truyền và chiều dài đường dây

Điểm mạnh khác của RS485 là tốc độ truyền khá cao, hiện nay có thể
đạt đến hơn 10Mbit/s và khoảng cách truyền có thể lên tới 1200m
(4000feet). Đương nhiên 2 giới hạn này không thể đạt được cùng lúc. Theo
đồ thị trên, ta thấy được mối tương quan giữa 2 đại lượng này, tốc độ
10Mbit/s chỉ có thể dùng với cự ly không quá 3m (10feet). Ngược lại, với
khoảng cách 1200m tốc độ tối đa có thể lên tới là khoảng 100kbit/s.
Về cơ bản RS485 chỉ có thể truyền bán song công do sử dụng cùng lúc
cả 2 đường tín hiệu.

18


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1.2.2. Phân cực đường truyền

Hình 0.4 Phân cực fail-safe trên đường truyền đa trạm chuẩn RS485

Trong mạng đa trạm ngang quyền, khi không có trạm nào phát,
đường truyền phải được nằm trong một trạng thái idle xác định và các ngõ
vào mỗi trạm đều ở trạng thái tổng trở cao. Đối với RS485, khi ở trạng th ái
idle, ngõ ra phải được đặt ở mức cao để chờ Startbit (mức thấp) báo hiệu có
dữ liệu được phát. Điều này được đảm bảo bằng việc phân cực fail-safe trên
đường truyền. Mục đích việc phân cực này nhầm giữ cho điện áp trên dây A
luôn lớn hơn dây B ít nhất 200mV khi không có trạm nào phát, do đó giữ
được mức tín hiệu ở ngõ ra ở mức cao.
2.1.2.3. Điện trở đầu cuối
Điện trở đầu cuối là điện trở nối giữa 2 dây tín hiệu được đặt tại
đầu ngoài cùng của đường truyền phía thu, có tác dụng phối hợp với trở
kháng đặc tính Z 0 của cáp tín hiệu ( do nhà sản xuất cung cấp ) nhằm loại bỏ
sóng phản xạ trên đường truyền dài. Do chuẩn RS485 sử dụng chung cặp
dây tín hiệu cho việc thu và phát nên cần đặt điện trở đầu cuối ở cả 2 phía

19


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lý tưởng bằng giá trị trở
kháng đặc tính cáp tín hiệu, thông thường vào khoảng 100Ω -120Ω.

Hình 0.5 Vị trí đặt điện trở đầu cuối trên đường truyền RS485.

RT=54Ω

RT=120Ω

Hình 0.6 Dạng sóng ngõ ra trên dây A tương ứng với 2 giá trị điện trở đầu cuối

2.1.2.4. Cấu trúc kết nối

20


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Cấu trúc mạng của RS485 cơ bản chỉ có 2 đường tín hiệu dùng chung
cho việc truyền nhận, do đó chỉ có thể hoạt động ở chế độ bán song công (
half-duplex, hình 2.7 ). Tuy nhiên, để cải tiến về chế độ truyền người ta cũng
có thể lắp đặt mạng theo sơ đồ 4 dây. Khi đó, mỗi cặp dây sẽ chỉ làm nhiệm
vụ truyền hoặc phát nên có thể hoạt động ở chế độ song công (full-duplex).

Hình 0.7 Cấu trúc sơ đồ 4 dây cho chế độ full-duplex

2.1.2.5. Dây dẫn tín hiệu

Hình 0.8 Cách đấu dây thực tế của mạng RS485 sử dụng cặp dây xoắn
Việc lựa chọn dây dẫn cho đường truyền cũng là một vấn đề khá quan
trọng do yêu cầu về phối hợp trở kháng và sử dụng trong môi trường nhiều

21


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
nhiễu điện từ. Theo khuyến cáo, nên chọn loại dây xoắn 24AWG có trở
kháng khoảng 120Ω. Nếu có thể nên chọn loại có bọc kim cho khả năng
chống nhiễu tốt hơn tuy nhiên giá thành cao hơn đáng kể.

Hình 0.9 Cáp xoắn đôi 24AWG có bọc chống nhiễu (trái)

2.2. VI ĐIỀU KHIỂN:

2.2.1. LỰA CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN THÍCH HỢP:
2.2.1.1 TỔNG QUAN MỘT SỐ VI ĐIỀU KHIỂN:
Vi điều khiển (μC hay UC) là một siêu máy tính với kích thước rất
nhỏ. Vi điều khiển là một hệ thống độc lập với thiết bị ngoại vi, bộ nhớ và
bộ vi xử lý sử dụng như một hệ thống nhúng. Ngày nay hầu hết vi điều
khiển được lập trình để nhúng vào các sản phẩm tiêu dùng hoặc thiết bị
máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe ô tô và chế tạo thiết bị cho các hệ
thống máy tính.có rất nhiều loại vi điều khiển trên thị trường như: 4bit, 8bit,
64bit và 128bit. Vi điều khiển sử dụng trong các thiết bị được người dùng
kiểm soát bằng các tập lệnh.

22


Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.2.1.2. CẤU TRÚC CƠ BẢN:
CPU- là bộ não trung tâm của vi điều khiển. CPU là thiết bị quản lý
tất cả các hoạt động của hệ thống và thực hiện tất cả các thao tác trên dữ
liệu như: nạp, giải mã và thực thi lệnh. CPU kết nối tất cả các thành phần của
vi điều khiển thành một hệ thống duy nhất.
Memory( bộ nhớ): trong vi điều khiển, bộ nhớ hoạt động giống như
bộ vi xử lý. Bộ nhớ lưu trữ tất cả các chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ của vi
điều khiển là bộ nhớ ROM(EPROM, EEPROM) hoặc bộ nhớ RAM với dung
lượng nhất định. Ngày nay còn có bộ nhớ flash lưu trữ mã nguồn chương
trình.
Cổng Input/output ( vào/ ra)- cổng I/O sử dụng để giao tiếp hoặc điều
khiển các thiết bị khác nhau như máy in, LCD, LED, …
Serial Ports - Những cổng này cung cấp giao tiếp nối tiếp giữa vi điều
khiển và thiết bị ngoại vi khác nhau.
Timers - Vi điều khiển được xây dựng với một hoặc nhiều Timer hoặc
bộ định thời. Các Timer và bộ định thời kiểm soát tất cả bộ đếm và thời gian
hoạt động bên trong vi điều khiển. Timer được sử dụng đếm xung bên
ngoài. Các hoạt động chính được thực hiện bởi timers “tạo xung, đo tần số.
điều chế, tạo dao động,...
ADC - ADC là bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.
DAC (digital to analog converter) : Có chức năng ngược lại với ADC. DAC
thường được sử dụng để giám sát các thiết bị tương tự.
Interpret Control ( điều khiển ngắt )- là một số sự kiện khẩn cấp bên
trong hoặc bên ngoài bộ vi điều khiển xảy ra, buộc vi điều khiển tạm dừng

23


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×