(Tiểu luận) báo cáo giữa kì điều khiển quá trình đề tài cảm biến thông minh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (790.45 KB, 18 trang )
TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO GIỮA KÌ
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH
ĐỀ TÀI: CẢM BIẾN THƠNG MINH
GVHD: LÊ ANH TUẤN
NHĨM 8
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Huỳnh Hữu Thiện
41900565
Nguyễn Việt Tâm
Nguyễn Phước Bảo Tín
41901132
41900574
Lý Minh Nhật
41901119
Dương Văn Sơn
41900537
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022
0
0
Tieu luan
TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BÁO CÁO GIỮA KÌ
ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH
ĐỀ TÀI: CẢM BIẾN THƠNG MINH
GVHD: LÊ ANH TUẤN
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022
1
0
0
Tieu luan
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy: LÊ
ANH TUẤN, thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn cho chúng em đóng góp ý
kiến, giải đáp những thắc mắc của chúng em và tạo điều kiện thuận lợi cho
chúng em hoàn thành bài báo cáo cuối kỳ môn lý thuyết điều khiển tự động 2.
Em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Điện – Điện
tử đã hướng dẫn và đóng góp ý kiến trong q trình chúng em học tập mơn
học này. Do kiến thức cịn hạn hẹp khơng tránh khỏi những thiếu sót trong
cách trình bài báo cáo. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý
thầy cô để bài báo cáo cuối kì của chúng em đạt kết quả tốt hơn.
Xin chân thành cảm ơn Thầy!
TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022
Tác giả
Nhóm 08
2
0
0
Tieu luan
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của nhóm chúng tơi và
được sự hướng dẫn tận tình của thầy: LÊ ANH TUẤN. Các nội dung nghiên
cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa cơng bố dưới bất kỳ hình
thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân
tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau
có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngồi ra, trong bài báo cáo cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng
như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú
thích nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm về nội dung báo cáo của mình. Trường Đại học Tơn Đức
Thắng khơng liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra
trong q trình thực hiện (nếu có).
TP. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2022
Tác giả
Nhóm 08
3
0
0
Tieu luan
PHẦN XÁC NHẬN VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN
Phần xác nhận của GV hướng dẫn
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm
(kí và ghi họ tên)
Phần đánh giá của GV chấm bài
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm
(kí và ghi họ tên)
4
0
0
Tieu luan
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................2
MỤC LỤC............................................................................................................. 5
MỤC LỤC HÌNH ẢNH........................................................................................6
U CẦU.............................................................................................................7
1.
Tìm hiểu mơ hình hệ thống................................................................................8
2.
Phân tích tính ổn định của hệ thống liên tục phản hồi âm đơn vị.......................9
3.
Phân tích chất lượng điều khiển của hệ thống liên tục phản hồi âm đơn vị.....11
4. Rời rạc hóa hàm truyền hệ thống (chuyển đổi qua dạng mơ hình khơng gian
trạng thái nếu cần) với chu kỳ lấy mẫu phù hợp......................................................12
5.
Phân tích tính ổn định của hệ thống rời rạc phản hồi âm đơn vị......................14
6.
Phân tích chất lượng điều khiển của hệ thống rời rạc phản hồi âm đơn vị.......17
7. Thiết kế bộ điều khiển nhằm ổn định và nâng cao chất lượng điều khiển của hệ
thống........................................................................................................................ 18
8.
VIII. So sánh....................................................................................................21
9.
IX. Mô phỏng dùng Matlab.............................................................................22
5
0
0
Tieu luan
YÊU CẦU
Trình bày các nội dung như sau:
1. Cảm biến thơng minh là gì?
2. Ngun lý hoạt động
3. Sơ đồ khối cảm biến thông minh
4. Các loại cảm biến thông minh
5. Phân biệt cảm biến thông minh và cảm biến thường
6. Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng
1. Cảm biến thơng minh là gì?
Cảm biến thơng minh là một thiết bị sử dụng bộ chuyển đổi để thu thập dữ
liệu cụ thể từ môi trường vật lý để thực hiện chức năng được lập trình và xác định
trước trên loại dữ liệu thu thập cụ thể, sau đó nó truyền dữ liệu thơng qua kết nối
mạng.
Các tính năng của cảm biến thông minh là; tự nhận dạng, dữ liệu cảm biến
kỹ thuật số, hiệu chuẩn và bù thông minh, khả năng đa cảm biến, giao tiếp cảm biến
để cấu hình giám sát từ xa & từ xa, v.v.
2. Nguyên lý hoạt động
Cảm biến thông minh hoạt động bằng cách thu thập dữ liệu từ môi trường vật
lý và thay đổi các đặc tính vật lý của chúng như tốc độ, nhiệt độ, áp suất, khối lượng
hoặc sự hiện diện của con người thành các tín hiệu điện có thể tính toán được. Các
cảm biến này bao gồm Bộ xử lý chuyển động kỹ thuật số (DMP). Ở đây, DMP là
một loại bộ vi xử lý cho phép cảm biến thực hiện xử lý dữ liệu cảm biến thông minh
6
0
0
Tieu luan
trên bo mạch như lọc tiếng ồn, nếu không thực hiện các loại điều hịa tín hiệu khác
nhau.
Các cảm biến này có 4 chức năng chính là đo lường, cấu hình, xác minh và giao
tiếp.
Các phép đo được thực hiện đơn giản thơng qua việc phát hiện các tín hiệu
vật lý và thay đổi chúng thành tín hiệu điện. Vì vậy, điều này sẽ giúp theo dõi và đo
lường những thứ như nhiệt độ, giao thông và các ứng dụng cơng nghiệp.
Chức năng cấu hình là một tính năng quan trọng vì nó cho phép cảm biến
thơng minh phát hiện vị trí nếu khơng có lỗi cài đặt
Chức năng xác minh có các cách sử dụng khác nhau như giám sát không
ngừng hành vi của cảm biến, sử dụng một tập hợp các mạch giám sát hoặc thiết bị
được thực hiện trong cảm biến.
Cuối cùng, tính năng giao tiếp cho phép cảm biến giao tiếp với vi điều
khiển / vi xử lý chính.
3. Sơ đồ khối cảm biến thơng minh
Sơ đồ khối của cảm biến thông minh được thể hiện bên dưới. Sơ đồ khối này
bao gồm các khối khác nhau như đơn vị cảm biến, điều hịa tín hiệu, chuyển đổi
tương tự sang kỹ thuật số, thuật toán ứng dụng, giao diện người dùng cục bộ, bộ
nhớ và đơn vị truyền thông hoặc bộ thu phát.
7
0
0
Tieu luan
Bộ phận cảm biến
Bộ phận này phát hiện những thay đổi trong các thông số vật lý và tạo ra các
tín hiệu điện tương đương với nó. Tín hiệu
Đơn vị điều hịa
Bộ điều chỉnh tín hiệu điều khiển tín hiệu để đáp ứng các nhu cầu cần thiết
của các hoạt động cấp độ tiếp theo mà không làm mất dữ liệu.
Bộ chuyển đổi Analog sang kỹ thuật số (Analog to Digital Converter)
ADC chuyển đổi tín hiệu từ định dạng tương tự sang số và gửi đến bộ vi xử
lý.
Giao diện người dùng cục bộ (local user interface)
Giao diện người dùng cục bộ hoặc LUI là một thiết bị gắn trên bảng điều
khiển được sử dụng để cho phép các nhà điều hành tòa nhà giám sát và điều khiển
thiết bị hệ thống.
Thuật tốn ứng dụng
Các tín hiệu từ các cảm biến thông minh đến đây và xử lý dữ liệu nhận được
dựa trên các chương trình ứng dụng đã được tải trước đó tại đây và tạo ra các tín
hiệu đầu ra.
Bộ nhớ
Nó được sử dụng để lưu dữ liệu đã nhận và đã xử lý.
8
0
0
Tieu luan
Đơn vị thơng tin liên lạc
Các tín hiệu đầu ra từ thuật toán ứng dụng hoặc bộ vi xử lý được truyền đến
trạm chính thơng qua bộ truyền thơng. Đơn vị này cũng nhận được các yêu cầu lệnh
từ trạm quan trọng để thực hiện các nhiệm vụ cụ thể.
Các loại cảm biến thơng minh
Có nhiều loại cảm biến thơng minh khác nhau có sẵn trên thị trường được
giải thích dưới đây.
4. Các loại cảm biến thơng minh
Có nhiều loại cảm biến thơng minh khác nhau có sẵn trên thị trường được
giải thích dưới đây.
Cảm biến mức
Cảm biến mức là một loại thiết bị được sử dụng để theo dõi đo lường và duy
trì mức chất lỏng. Bất cứ khi nào cảm nhận được mức chất lỏng, cảm biến này sẽ
thay đổi dữ liệu thành tín hiệu điện.
Cảm biến báo mức được phân thành hai loại mức điểm & mức liên tục. Cảm
biến mức điểm được sử dụng để chỉ định liệu chất lỏng có đạt được điểm chính xác
trong bình chứa hay khơng trong khi cảm biến mức liên tục được sử dụng để cung
cấp các phép đo chính xác cho mức chất lỏng. Những cảm biến này chủ yếu được
sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau như ô tô, sản xuất và cả trong các
ứng dụng gia dụng.
9
0
0
Tieu luan
Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đo các nhiệt độ như nhiệt độ chất lỏng,
nhiệt độ khơng khí hoặc nhiệt độ vật chất rắn. Các cảm biến này có sẵn ở các loại
khác nhau sử dụng các nguyên tắc khác nhau để đo nhiệt độ như RTD, nhiệt điện
trở NTC, nhiệt điện tử & cặp nhiệt điện. Các cảm biến này chủ yếu được sử dụng
trong các thiết bị y tế, máy tính, ơ tơ, thiết bị nấu ăn và các loại máy móc khác.
Cảm biến áp suất
Cảm biến áp suất là một bộ chuyển đổi thay đổi đầu vào áp suất cơ học thành
tín hiệu đầu ra điện. Có nhiều loại cảm biến áp suất khác nhau dựa trên cơng suất,
kích thước, cơng nghệ cảm biến, phương pháp đo và yêu cầu đầu ra. Các cảm biến
này đóng vai trị quan trọng trong việc giám sát đường ống và đưa ra cảnh báo cho
10
0
0
Tieu luan
người giám sát nếu có bất kỳ rị rỉ nào bất thường để họ có thể sửa chữa hoặc bảo trì
đường ống.
Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại là một thiết bị điện tử được sử dụng để phát ra ánh
sáng nhằm phát hiện một số vật thể trong môi trường xung quanh và đo nhiệt của
vật thể đó và phát hiện chuyển động. Nói chung, tất cả các vật thể sẽ phát ra một số
11
0
0
Tieu luan
dạng bức xạ nhiệt trong phổ IR khơng nhìn thấy được nhưng cảm biến hồng ngoại
có thể cảm nhận được những bức xạ này.
Cảm biến hồng ngoại bao gồm một bộ phát như một đèn LED hồng ngoại và
bộ thu như một điốt quang hồng ngoại. Để truyền tia hồng ngoại, ba loại phương
tiện được sử dụng là chân không, khí quyển và sợi quang học. Các cảm biến này
được sử dụng trong các thiết bị nhìn ban đêm, nhiệt kế bức xạ, theo dõi hồng ngoại,
chụp ảnh hồng ngoại, v.v.
Cảm biến tiệm cận
Một cảm biến thông minh như cảm biến khoảng cách được sử dụng để thông
báo sự tồn tại của các đối tượng trong khu vực xung quanh của nó mà khơng cần
tiếp xúc với chúng. Các cảm biến này thường được sử dụng trong các hệ thống
tránh va chạm & cảnh báo va chạm. Cảm biến này sử dụng ánh sáng, âm thanh, bức
xạ hồng ngoại, nếu khơng thì trường điện từ để nhận thấy một vật thể.
Các cảm biến này có thể áp dụng trong robot tiêu dùng, các ứng dụng công
nghiệp và cũng được sử dụng trong các phương tiện giao thông để phát hiện tiếp
xúc vật lý của các phương tiện khác và cũng cho các chức năng hỗ trợ đỗ xe
12
0
0
Tieu luan
Cảm biến phát hiện chất lượng khơng khí
Cảm biến phát hiện chất lượng khơng khí là thiết bị điện tử được sử dụng để
phát hiện và giám sát ô nhiễm khơng khí trong khơng khí ở khu vực gần đó. Vì vậy,
các cảm biến này hoạt động hiệu quả cho các mục đích trong nhà và ngồi trời. Cảm
biến chất lượng khơng khí có khả năng kiểm tra nồng độ CO2 thông qua VOC (hợp
chất hữu cơ dễ bay hơi) có mêtan và amoniac là khí.
Cảm biến chuyển động
Cảm biến chuyển động là thiết bị điện tử, được sử dụng để phát hiện chuyển
động bên trong và môi trường xung quanh ngôi nhà của bạn và đưa ra cảnh báo. Ví
dụ, cảm biến này có thể kích hoạt đèn sau khi phát hiện ra bạn khi đang bước vào
phòng, nếu khơng, chúng có thể đưa ra cảnh báo khi có kẻ đột nhập cố gắng vào
13
0
0
Tieu luan
nhà bạn. Các loại cảm biến này chủ yếu được sử dụng trong gia đình, hệ thống an
ninh, máy rút khăn giấy, điện thoại, hệ thống thực tế ảo & máy chơi game.
Cảm biến thực vật thông minh
Cảm biến thực vật là cảm biến làm vườn tiên tiến được sử dụng để cung cấp
dữ liệu cho người dùng từ các đầu dị bề mặt thân, lá đến rễ để ni cây. Họ giải
thích cho chúng tơi những gì cần phải ni dưỡng và chăm sóc cho cây.
Cảm biến này sử dụng rất đơn giản bằng cách đặt nó vào đất của chậu cây
bên cạnh chậu cây. Sau đó, nó sẽ theo dõi mức độ ẩm, cường độ ánh sáng, nhiệt độ
một cách tự động để duy trì cây trồng phù hợp. Các cảm biến thực vật hiện tại đưa
ra cảnh báo thông qua điện thoại thông minh để tiếp tục kiểm tra tình trạng cây
trồng của bạn từ xa và thực hiện hành động thích hợp.
Cảm biến khí hậu thơng minh
Cảm biến khí hậu thơng minh được sử dụng để thu thập dữ liệu về áp suất
khí quyển, nhiệt độ và độ ẩm giúp đánh giá các điều kiện thời tiết chính xác và tính
tốn. Các cảm biến này sẽ hỗ trợ bạn thiết lập kế hoạch của mình cho phù hợp vì
14
0
0
Tieu luan
các cảm biến này được kết nối thông qua Điện thoại thông minh của bạn để gửi
cảnh báo trong suốt những thay đổi thường xuyên của thời tiết. Các cảm biến này
rất cần thiết cho công việc làm vườn và được kết nối với hệ thống tưới thông minh.
5. Phân biệt cảm biến thông minh và cảm biến thường
Normal sensor
Cảm biến là một thiết bị được sử dụng
để phát hiện sự thay đổi vật lý và mơi
trường hóa học.
Cảm biến không bao gồm DMP hoặc
bộ xử lý chuyển động kỹ thuật số.
Cảm biến bình thường bao gồm ba
thành phần như phần tử cảm biến, bao
bì & kết nối, và cả phần cứng xử lý tín
hiệu.
Các loại cảm biến thơng thường khác
nhau là áp suất, vị trí, nhiệt độ, độ rung,
lực, độ ẩm và đặc tính chất lỏng.
Đầu ra cảm biến bình thường khơng thể
được sử dụng trực tiếp vì chúng ta nên
chuyển đổi nó thành một định dạng có
thể sử dụng được.
Cảm biến bình thường được ưu tiên khi
kỹ sư thiết kế một thiết bị u cầu kiểm
sốt hồn tồn đầu vào cảm biến
Cảm biến bình thường khơng đắt vì
chúng chứa ít thành phần hơn.
Smart sensor
Một phần của cảm biến được gọi là
cảm biến thông minh được sử dụng cho
máy tính.
Cảm biến thơng minh bao gồm DMP
hoặc Bộ xử lý chuyển động kỹ thuật số.
Cảm biến thông minh bao gồm các
thành phần khác nhau như bộ khuếch
đại, bộ chuyển đổi, bộ lọc tương tự,
điều khiển kích thích và cảm biến bù.
Các loại cảm biến thơng minh khác
nhau là dịng điện, mức, độ ẩm, áp suất,
độ gần, nhiệt độ, nhiệt, lưu lượng, v.v.
Đầu ra của cảm biến thông minh đã sẵn
sàng để sử dụng.
Cảm biến thơng minh thường được ưa
thích hơn cảm biến cơ sở vì chúng bao
gồm các khả năng xử lý gốc.
Cảm biến thông minh đắt hơn so với
cảm biến bình thường.
15
0
0
Tieu luan
6. Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng
Ưu điểm
Chúng có kích thước nhỏ
Các cảm biến này rất dễ sử dụng, thiết kế và bảo trì
Mức hiệu suất cao hơn
Tốc độ truyền thông và độ tin cậy cao hơn do chuyển đổi trực tiếp với bộ xử
lý.
Các cảm biến này có thể tự hiệu chuẩn và tự đánh giá.
Các cảm biến này có thể nhận thấy các vấn đề như hỏng công tắc, hở cuộn
dây và nhiễm bẩn cảm biến.
Các cảm biến này tối ưu hóa các quy trình sản xuất dễ dàng cần thay đổi.
Chúng có thể lưu trữ dữ liệu của nhiều hệ thống.
Nhược điểm
Độ tin cậy của cảm biến thông minh là một trong những nhược điểm lớn vì
nếu chúng bị đánh cắp hoặc bị hỏng thì chúng có thể ảnh hưởng xấu đến rất
nhiều hệ thống.
Nó cần cả cảm biến & thiết bị truyền động.
Hiệu chuẩn cảm biến phải được quản lý bởi một bộ xử lý bên ngồi.
Cảm biến thơng minh có dây có độ phức tạp cao nên giá thành cũng rất cao
Ứng dụng
Các cảm biến này đóng vai trị quan trọng trong việc giám sát các quy trình
cơng nghiệp khác nhau như thu thập dữ liệu, đo lường và truyền dữ liệu đến các nền
tảng điện toán đám mây tập trung ở bất kỳ nơi nào dữ liệu được thu thập và phân
tích cho các mẫu khác nhau. Vì vậy, dữ liệu được thu thập này có thể được giám sát
một cách đơn giản bởi những người ra quyết định bất kỳ lúc nào.
Cảm biến thông minh được sử dụng chủ yếu cho các cơ chế giám sát và điều
khiển trong các môi trường khác nhau như hệ thống giám sát mực nước và thực
phẩm, lưới điện thông minh, giám sát và điều khiển giao thông, giám sát môi
trường, tiết kiệm năng lượng trong ánh sáng nhân tạo, giám sát hệ thống từ xa và
16
0
0
Tieu luan
chẩn đoán lỗi của thiết bị, vận tải & hậu cần, nông nghiệp, viễn thông, ứng dụng
công nghiệp, theo dõi động vật, v.v.
Vì vậy, đây là tất cả về một cái nhìn tổng quan về một cảm biến thơng minh
và làm việc, sơ đồ khối, các loại, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của nó. Các
cảm biến thơng minh được sử dụng rộng rãi nhất là; AWR1243, AWR1443,
AWR1642, CC2650STK, v.v.
17
0
0
Tieu luan
