xây dựng module ghép nối máy tính đo mức đa kênh qua giao diện rs232

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 2
Chương 1 3
TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN ĐO MỨC 3
1.1.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC 3
1.2.CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO MỨC 5
Chương 2 10
XÂY DỰNG MODULE GHÉP NỐI MÁY TÍNH ĐO MỨC ĐA
KÊNH 10
2.1.SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG ĐO MỨC 10
2.2.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 13
Chương 3 23
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 23
3.2.CHƯƠNG TRÌNH TRÊN VB 24
KẾT LUẬN
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay sự phát triển của kĩ thuật ghép nối máy tính đã mở rộng đáng kể
các lĩnh vực ứng dụng của máy tính, đặc biệt trong đo lường và điều khiển. Trong
công nghiệp các hệ thống tự động điều khiển quá trình cần có sự kiểm tra và giám
sát hoạt động của hệ thống.
Kết hợp giữa các phần mềM lập trình như C, C++, Visual C, Visual Basic … với
các môdul ghép nối ta có thể quan sát, điều khiển được quá trình hoạt động của hệ
thống.
Được sự hướng dẫn của thầy TRẦN SINH BIÊN em đã hoàn thành bài tập
môn điều khiển sản xuất máy tính với đề bài thiết kế trung tâm đo mức đa kênh
(tương tự ,số) ghép nối mạng theo tiêu chuẩn công nghiệp RS485,xây dựn modul
giám sát điều khiển dùng chuẩn RS232.Do kiến thức và thời gian có hạn nên bài
làm còn nhiều hạn chế và chưa thực sự được như mong muốn của bản thân. Rất
mong được sự nhận xét chỉ bảo của thầy cô và các bạn để bài tập của em được
hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn!
Hải phòng,11/2011

Sinh viên :HOÀNG THỊ LOAN
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN ĐO MỨC
1.1.CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO MỨC
Trong thời đại công nghiệp hiện nay,việc xác định mức chất lưu là vô cùng
quan trọng. Khi mà con người không thể đo đạc trực tiếp và thực hiện một cách
liên tục thì công việc đó lại càng trở nên cần thiết.Mục đích của việc đo và phát
hiện mức chất lưu là xác định mức độ hoặc khối lượng chất lưu trong các bình
chứa.Có hai dạng đo: đo liên tục và xác định theo ngưỡng.
+ Khi đo liên tục, biên độ hoặc tần số của tín hiệu đo cho biết thể tích
chất lưu còn lại trong bình chứa.
+ Khi xác định theo ngưỡng, cảm biến đưa ra tín hiệu dạng nhị phân
cho biết thông tin về tình trạng hiện tại mức ngưỡng có đạt hay không.
Có 3 phương pháp hay dùng trong kỹ thuật đo và phát hiện mức:
+ Phương pháp thuỷ tĩnh dùng biến đổi điện.
+ Phương pháp điện dựa trên tính chất điện của chất lưu.
+ Phương pháp bức xạ dựa trên sự tương tác giữa bức xạ và chất lưu.
1.1.1 Phương pháp thủy tĩnh.
-Phương pháp thủy tĩnh dùng để đo mức chất lưu trong bình chứa.1.1.2
Các loại cảm biến thường dùng là phao cầu,phao trụ,cảm biến vi sai áp
suất,loadcell…

1.1.2. Phương pháp điện
Các cảm biến đo mức bằng phương pháp điện hoạt độn theo nguyên tắc chuyển đổi
trực tiếp biến thiên mức chất lỏng thành tín hiệu điện dựa vào tính chất điện của
chất lưu.Các loại cảm biến thường dùng là cảm biến độ dẫn và cảm biến điện dung
1.1.3.Phương pháp bức xạ
Cảm biến bức xạ cho phép đi mức chất lưu mà không cần tiếp xúc với môi trường
đo,ưu điểm này rất thích hợp khi đo mức ở điều kiện môi trường có nhiệt độ,áp
suất cao hay môi trường có tính ăn mòn mạnh.

Các loại cảm biến thường thấy là cảm biến từ giảo,cảm biến sóng siêu âm,cảm biến
tia lazer,cảm biến mức radar.
1.2.CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO MỨC
1.2.1 Đo mức dùng phao nổi kết hợp với biến trở
Nguyên lý:Dưới tác dụng của trọng lực chất lỏng và không khí chiếc phao sẽ nổi
trên bề mặt chất lỏng và dao động theo mức chất lỏng trong bình chứa.Khi mức
chất lỏng thay đổi phao sẽ nâng lên hạ xuống làm thay đổi biến trở,tín hiệu áp lấy
ra trên biến trở sẽ thay đổi tỷ lệ với mức chất lỏng,đo tín hiệu này sẽ suy ra mức
chất lỏng.
1.2.2.Cảm biến áp suất để đo mức
Loại này sử dụng một cảm biến áp suất vi sai để đo mức,bằng cách đo độ chênh
lệch về áp suất ở đáy bình và áp suất tĩnh (áp suất của khoảng không khí trong bình
chứa).Áp suất dưới đáy cột nước được tính theo công thức
P= .h
Trong đó là trọng lượng riêng của chất lỏng
h là chiều cao cột chất lỏng
1.2.3.Cảm biến điện dung đo mức
Cảm biến hoạt động dựa trên sự khác biệt hằng số điện
môi giữa chất lưu và không khí. Điều kiện cần thiết để áp
dụng phương pháp này là hằng số điện môi của chất lưu
phải lớn hơn hằng số điện môi của không khí, thường là
gấp đôi. Hằng số điện môi của không khí là khoảng
1.0,dầu có hằng số điện môi từ 1.8 đến 5; nước có hằng số
điện môi ở giữa khoảng 50 đến 80. Khi mức chất lưu thay
đổi thì điện dung cũng thay đổi tương ứng.
C=
Trong đó là hằng số điện môi của chất lỏng
d là khoảng cách giữa các điện cực

1.2.4.Cảm biến siêu âm đo mức

Nguyên lý:Đo khoảng thời gian từ lúc truyền sóng đến lúc nhận được sóng phản
hồi để suy ra mức chất lỏng,sử dụng sóng ở dải tần 10kHz,tốc độ truyền 340m/s
trong không khí ở 15 độ C.
Chương 2
XÂY DỰNG MODULE GHÉP NỐI MÁY TÍNH ĐO MỨC ĐA KÊNH
2.1.SƠ ĐỒ KHỐI CHỨC NĂNG ĐO MỨC
Thuyết minh :
• Khối nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống.
• Khối cảm biến :Hai cảm biến tương tự và số được gắn trên bình chứa nước
cần đo.
+Cảm biến tương tự:Ở đây em dùng phao để đo mức nước.Phao sẽ được gắn với 1
biến trở,đọc giá trị điện áp trên điện trở để tính mức nước.(có thể sự dụng loại phao
xăng của xe máy).
+Cảm biến số: Trên bình em sẽ gắn 3 cảm biến on/off (công tắc hành trình) ở 3 vị
trí 1,2,3.Với quy ước khi nước chưa qua cảm biến (ở dưới cảm biến và cảm biến
chưa tác động) là mức 0 và khi nước dâng qua cảm biến
(ở trên cảm biến và cảm biến tác động) là mức 1.Đầu ra
của 3 cảm biến được nối với 3 dây dẫn làm 3 tín hiệu vào
và gửi về PC để xử lý kết quả.
• Khối ADC:vì mức nước là một đại lượng liên tục nên tin hiệu cảm biến đưa về
cần được chuyển đổi thành tín hiệu số để làm việc với các linh kiện điện tử.
Tín hiệu tương tự của điện áp đo được sẽ được đua vào một bộ biến đổi
DAC.Ở đây em dùng vi mạch ADC0804
Giới thiệu vi mạch ADC0804:
Đây là bộ biến đổi A/D 8bit tác động nhanh do hãng NSC sản xuất.Vi mạch này
có đầu ra là dữ liệu song song tương thích chuẩn TTL.Các lối ra này sẽ ở trạng thái
trở kháng cao khi một trong 2 lối vào , ở mức logic cao,đặc tính này cho
phép vi mạch ADC0804 có thể ghép được vào bus dữ liệu.
Các thông số kĩ thuật :
+ Bus dữ liệu 8bit

+Có lối vào analog vi phân
+Tất cả các tín hiệu số tương thích TTL
+Bộ phát xung nhịp được tích hợp trên chip
+Dải tín hiệu Analog lối vào là 0 đến 5V khi điện áp nguồn nuôi là 5V
+Không cần tín hiệu chỉnh điểm 0
+Dòng tiêu thụ khoảng 1,9mA
• Các khối chuyển đổi:
+TTL/RS485 Vì tín hiệu làm việc của các IC theo chuẩn TTL nên để truyền thông
bằng mạng 485 ta cần một bộ chuyển chuẩn TTL sang chuẩn RS485.
*Giới thiệu về chuẩn RS485:Chuẩn này ra đời sau chuẩn RS232 với mục
đích khắc phục những nhược điểm của chuẩn RS232 là đường truyền ngắn và dễ bị
nhiễu,do chuẩn RS485 sử dụng phương pháp truyền hai dây vi sai do đó loại được
nhiễu chung.Hơn nữa với chuẩn RS485 ta có thể ghép nối bus nhiều modul,khác
với RS232 là kết nối điểm -điểm ,chỉ tối đa 2 thiết bị được giao tiếp với
nhau,chuẩn RS485 cho phép ta mở rộng tới 32 thiết bị.Như vậy ta có thể xây dựng
những hệ thống đo từ nhiều modul riêng biệt mà ở đây em ứng dụng cho 2 kênh đo
tương tự và số.Tất nhiên,tại một thời điểm chỉ có 2 thiết bị được giao tiếp với
nhau,việc này được thực hiện bằng cách gán địa chỉ cho các slaver,và thiết bị đóng
vai trò master sẽ gửi lệnh chọn địa chỉ,khi 1 slaver được chọn thì các slaver khác sẽ
ở mức trở khác cao tách ra khỏi hệ thống.
+RS485/RS232:Do qui định mức tín hiệu logic của 2 chuẩn này là khác nhau
(RS232:”1”=-3 đến -12V,”0”=3 đến 12V,RS485:”1” =-1.5 đến -5V,”0”=1.5 đến
5V) nên ta cần dùng một bộ chuyển chuẩn phù hợp mới có thể truyền thông với
máy tính qua cổng COM.
• PC :giao diện Visual Basic để điều khiển chọn kênh và hiển thị mức nước đo về
từ 2 kênh.
2.2.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ
2.2.1.Module cảm biến
Ở đây em sử dụng thêm vi mạch D36402R là vi mạch tích hợp sẵn bộ UART dùng
chuyển tín hiệu song song thành nối tiếp và ngược lại.

Tín hiệu TxD từ cổng COM được đổi sang mức TTL nhờ vi mạch MAX232
đưa vào chân RRI và biến đổi thành tín hiệu song song 8 bit RBR1 đến RBR8.
*Truyền: Khi có 8 tín hiệu vào song song TBR1-TBR8,Chân ở mức 0 sẽ nạp
data song song ở TBR1-TBR8 vào thanh ghi đệm truyền (Transmitter Buffer
Register Load),khi chân này chuyển mức 1 sẽ truyền dữ liệu đi nối tiếp ở TRO sau
đó nhờ SN75176 chuyển sang chuẩn RS485 và truyền về máy tính qua bộ chuyển
đổi RS485/RS232.Vận tốc truyền được xác định bởi tần số tín hiệu ở chân RRC và
TRC,nhờ vi mạch chia tần HC4060 có thể thay đổi các tốc đọ khác nhau.
*Nhận:Khi một byte được truyền tới vi mạch 6402 từ TxD,chân DR sẽ chuyển
mức 1,byte truyền tới được xuất ra song song ở RBR1-RBR8,muốn xóa DR ta cho
ở mức 0.
Các bit điều khiển:CLS1=1,CLS2=1(00:5bit,01:6 bit,10:7 bit,11:8 bit),PI=1(không
dùng bit chẵn lẻ),SBS=0 (1 bit stop,bằng 1 thì 2 bit stop),EBE=1 (bit chẵn được sử
dụng,bằng 0 bit lẻ được sử dụng).Khuôn mẫu này được dùng để thiết lập bên máy
tính nếu không bộ UART sẽ nhận những dữ liệu sai.
• Kênh tương tự:
* Module nhận tín hiệu từ cảm biến tương tự
Khi D36402R nhận 1 byte từ TxD nó sẽ cho DR ở mức cao đưa vào chân
của ADC0804 để bắt đầu chuyển đổi A/D.Đổi xong tác động đưa vào
nạp 8 bit đã đổi vào thanh ghi đệm truyền và truyền đi nối tiếp,đồng thời đưa vào
làm xóa DR ngưng đổi cho đến khi có một byte mới vào RRI.
• Kênh số:
*Module nhận tín hiệu từ cảm biến số:
2.
2.2.Modul chuyển đổi tín hiệu RS232/TTL
MAX232 là IC gồm 2 bộ điều khiển và 2 bộ nhận có thể
tạo ra mức điện áp theo chuẩn RS232 từ 1 nguồn đơn 5V
nhờ việc kết nối những tụ điện bên ngoài.Điều này giúp
việc giao tiếp các thiết bị bên ngoài với máy tính qua

cổng COM trở nên dễ dàng hơn.Mỗi 1 bộ nhận (Rin-
Rout) của MAX232 sẽ chuyển đổi mức điện áp RS232 của máy tính thành mức
điện áp TTL tương thích với các IC.Mỗi 1 bộ điều khiển (Tin-Tout) của MAX232
sẽ chuyển đổi những mức điện áp TTL của các IC thành mức điện áp RS232 tương
thích với máy tính.
Mức logic 1 phía bên RS232 sẽ mang điện áp âm,sau khi qua MAX232 sẽ mang áp
dương tương ứng với mức logic 1 bên phía TTL và ngược lại.Mức logic 0 bên phía
RS232 sẽ mang điện áp dương,sau khi qua MAX232 sẽ mang mức áp tương ứng
với mức logic 0 bên phía TTL.Cách mắc các tự thực hiện đúng theo hướng dẫn của
nhà sản xuất,tận dụng 2 chân 7 và 10 còn trống của MAX232 ta tạo ra mức điện áp
âm,từ đò gắn điện trở 4,7k làm điện trở kéo lên cho chân TxD.
Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi chuẩn TTL sang RS232 .
2.2.3.Sơ đồ chuyển tín hiệu TTL thành RS485
Ở đây em sử dụng IC SN75176BP,là IC chuyên
nhận dữ liệu dựa vào sự sai lệch tín hiệu trên đường
truyền.Nó là mạch tích hợp được thiết kế cho việc
truyền thông dữ liệu 2 chiều trên những đường truyền đa điểm.SN75176BP truyền
dữ liệu theo kiểu cân bằng,phù hợp cho những chuẩn ANSI StandardsTIA/EIA-
422B,TIA/EIA485-A và ITU Recommendation V.11,X.27.
SN75176BP được kết hợp 1 chân điều khiển (DE) và 1 chân thu (RE) cho phép các
ngõ ra tương ứng đạt được 3 trạng thái.Tất cả được vận hành chỉ với 1 nguồn đơn
5VDC.Chân điều khiển tác động mức cao là cho phép phát đi,chân thu tác động
mức thấp là cho phép nhận vào.Hai ngõ thu tín hiệu sai biệt và 2 ngõ phát tín hiệu
sai biệt được nối lại với nhau bên trong IC tạo thành 1 bus xuất nhập 2 dây,điều
này cho phép tải trên bus là nhỏ nhất khi chân điều khiển không được tích cực.
• Mạch nhận tín hiệu:
Sơ đồ nguyên lý chuyển đổi tín hiệu RS485 sang tín hiệu TTL .
Chân được nối mass cho phép SN75176BP thực hiện chức năng nhận tín hiệu
vào.Tín hiệu RS485 với đường truyền 2 dây cân bằng từ các modul qua
SN75176BP chuyển thành tín hiệu TTL,qua ngõ vào chân 11 của MAX232 rồi kết

nối với máy tính qua cổng COM.R4,R5 là 2 điện trở phân cực,ngõ ra R có led hiện
thị.
• Mạch truyền tín hiệu:
Sơ đồ nguyên
lý chuyển đổi
tín hiệu TTL
sang RS485
Chân DE
được nối lên
Vcc cho phép SN75176BP phát tín hiệu.Tín hiệu TTL từ ngõ ra chân 12 MAX232
qua SN75176BP chuyển đổi thành tín hiệu RS485 đi đến các modul điều
khiển.Mạch có led hiển thị trạng thái phát,H là Jumper có thể tháo ra khi không
dùng đến 2 điện trở phân cực R4,R5
• Mạch bảo vệ đường truyền:
Việc kết nối này nhằm đảm bảo áp trên đường dây A,B khong dương quá 11,2V
hay âm quá -6,2V.Nếu áp trên mỗi đường dây quá cao có thể gây nhiễu hay hư
hỏng thiết bị.
• Sơ đồ nguyên lý mạch chọn kênh:
Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển đổi từ RS485 sang RS232:
Chương 3
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
3.1.SƠ ĐỒ THUẬT TOÁN
1 0
S S
Đ Đ
Kênh
tương
tự
Kênh

số
Bắt đầu
Gửi địa chỉ chọn kênh
Đọc giá trị ADC
Quy đổi ra mức nước
Đọc kết quả từ
cảm biến số
Truyền thông
Kết thúc
3.2.CHƯƠNG TRÌNH TRÊN VB
3.2.1.Giao diện trên máy tính
3.3.2.Chương trình
Private Sub cmd_analog_Click()
Dim b As Byte
Dim level As Double
Dim Lref As Double
SENDBYTE (1) 'CHON KENH TUONG TU
b = READBYTE()
Lref = 500
level = b * Lref / 256 ' chua xu ly duoc
Txt_analog = level
End Sub
Private Sub cmd_digital_Click()
Dim A As Byte
SENDBYTE (0) 'chon kenh digital
A = READBYTE()
If A = 7 Then '111b 3 cb deu tac dong
txt_digital.Text = 1
Check1 = 1
Check2 = 0

Check3 = 0
ElseIf A = 3 Then '011b 2 cam bien duoi tac dong
txt_digital.Text = 2
Check1 = 0
Check2 = 1
Check3 = 0
ElseIf A = 1 Then '001b cam bien duoi cung tac dong
txt_digital.Text = 3
Check1 = 0
Check2 = 0
Check3 = 1
Else
MsgBox "DIGITAL SENSORS ERROR!"
txt_digital.Text = ""
Check1 = 0
Check2 = 0
Check3 = 0
End If
End Sub
Private Sub CMD_EXIT_Click()
CLOSECOM
End
End Sub
Private Sub CMD_HELP_Click()
Label3 = "HAY KIEM TRA LAI CAC THIET BI VA DAY NOI"
End Sub
Private Sub Form_Load()
OPENCOM ("COM1,9600,N,8,1")
End Sub
Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer)