Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.47 MB, 114 trang )
BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
—
–
˜
&
™
—
–
BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI NCKH & PTCN CẤP BỘ NĂM 2011
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CẢNH BÁO RỦI RO CHO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG NGHIỆP
Cơ quan chủ trì:
Chủ nhiệm đề tài:
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
TRẦN VĂN TUẤN
HÀ NỘI - 2011
BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
—
–
˜
&
™
—
–
BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI NCKH & PTCN CẤP BỘ NĂM 2011
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG
CẢNH BÁO RỦI RO CHO CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG NGHIỆP
CƠ QUAN CHỦ TRÌ
VIỆN TRƯỞNG
TS. Nguyễn Thế Truyện
CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI
ThS. Trần Văn Tuấn
DANH SÁCH CÁN BỘ CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
STT TÊN CÁN BỘ THỰC HIỆN
1 ThS. Trần Văn Tuấn
2 KS. Tạ Văn Nam
3 ThS. Phạm Thùy Dung
4 KS. Đoàn Vũ Duy
5 Nguyễn Kim Anh
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, các hệ thống tự động cảnh báo rủi ro đã và đang được nghiên cứu,
ứng dụng và triển khai một cách rộng rãi trên thế giới. Đối với các công trình
công nghiệp như nhà xưởng, cầu đường, hầm lò, đường dây, đường ống, dàn
khoan, đập thủy điện,… đều sử dụng các hệ thống cảnh báo rủi ro ở một mức độ
nào đó. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, công nghệ thông tin,
công nghệ cảm biến cũng như quá trình chuẩn hóa đang diễn ra mạnh mẽ giúp
cho việc triển khai và phát triển các hệ thống này trở nên thuận lợi hơn, có thể
tạo ra các ứng dụng tích hợp, có độ tương thích và tính mở cao và giá thành
hạ. Trong xu thế hội nhập với nền kinh tế thế giới, cùng với sự phát triển nhanh
chóng của nền kinh tế, nhu cầu sử dụng các hệ thống cảnh báo rủi ro nói chung
và các hệ thống cảnh báo rủi ro trong công nghiệp nói riêng ở Việt Nam là rất
lớn.
Tuy nhiên, trên thực tế ở Việt Nam hiện nay, một phần do quy định và thực
hiện quy định vẫn còn nhiều bất cập, hơn nữa giá thành trang bị các hệ thống
giám sát rủi ro tương đối cao mà hiệu quả thực tế nhiều khi chưa mang lại ngay
nên nhiều công trình công nghiệp chưa trang bị đồng bộ và rộng rãi các hệ thống
giám sát rủi ro (hơi ga, cháy, độ ẩm, biến dạng kết cấu, độ nghiêng, nhiệt độ,…).
Ngoại trừ một số các cơ sở công nghiệp có tiềm lực lớn như các tập đoàn nhà
nước, công ty FDI,… thì việc sử dụng các hệ thống cảnh báo rủi ro ở một số
lượng lớn các công trình công nghiệp vẫn còn rất hạn chế.
Hiện nay các hệ thống tương tự tại Việt Nam đều do nước ngoài lắp đặt hoặc
các đơn vị trong nước tích hợp bằng ghép nối các phần mua sẵn (phần cứng và
phần mềm) do vậy giá thành cao, chi phí bảo trì nâng cấp cao. Vì vậy, chủ động
thiết kế chế tạo hệ thống trong nước sẽ cho phép giảm giá thành, làm chủ công
nghệ từ đó tạo điều kiện cho các doanh nghiệp đầu tư cho hệ thống này để nâng
cao hiệu quả hoạt động. Đặc biệt với việc ứng dụng các kỹ thuật mạng sensor
không dây mới nhất vào các hệ thống sẽ giúp phần làm giảm giá thành và chi
phí hoạt động của hệ thống cũng như có những ưu điểm vượt trội về số lượng
các điểm đo nên có thể thu thập được rất nhiều thông tin hữu ích mà các hệ
truyền thống không thể có được.
Hiện nay ở Việt Nam việc nghiên cứu triển khai các hệ thống điều khiển,
quản lý tòa nhà đã có nhiều công ty và các đơn vị nghiên cứu. Các hệ thống
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 2
cảnh báo rủi ro sóng thần (VIETTEL), các hệ thống cảnh báo lũ,… trong môi
trường hay các hệ thống cảnh báo cháy nổ khí metan trong hầm lò (VIELINA)
đã được nghiên cứu và triển khai thực tế. Đối với với các hệ thống khác, phần
lớn do nước ngoài lắp đặt hoặc các đơn vị trong nước tích hợp bằng ghép nối
các phần mua sẵn (phần cứng và phần mềm). Mặt khác các hệ thống này đều
dựa trên mạng hữu tuyến. Việc ứng dụng mạng sensor không dây vào giải
pháp trên chưa được các đơn vị R&D tập trung phát triển và ứng dụng.
Nhận thấy nhu cầu và xu hướng ứng dụng những hệ thống cảnh báo rủi ro
trong các công trình công nghiệp trong nước ngày càng lớn, đặc biệt khi các khu
công nghiệp đang được mở rộng không ngừng cả về quy mô cũng như số lượng,
nhóm nghiên cứu chúng tôi nhận định việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo một hệ
thống như vậy trong nước tại thời điểm này là một bước đi đúng, nắm bắt được
nhu cầu thực tế và có nhiều khả năng thương mại hóa sản phẩm. Với nhận định
đó, chúng tôi đã tiến hành lựa chọn thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế hệ
thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp”
Để xây dựng được một hệ thống quản lý, giám sát rủi ro hoàn chỉnh, mang
tính hiện đại, theo xu hướng chung của các hệ thống quản lý giám sát tiên tiến,
vừa đáp ứng các yêu cầu và điều kiện kỹ thuật và ứng dụng của Việt Nam, đồng
thời xác định đây là một hướng nghiên cứu mới, nhiều thách thức và khó khăn,
dó đó chúng tôi đã đăng ký thực hiện đề tài trong hai năm, từng bước hoàn thiện
thiết kế cũng như ứng dụng của hệ thống cho phù hợp nhất, khả thi nhất tại thời
điểm hiện tại, đồng thời cũng tính đến những hướng mở cho hệ thống. Đề tài
được thực hiện theo hai giai đoạn. Năm thứ nhất, đề tài tập trung nghiên cứu chế
tạo các module (nút) cảm biến không dây là các phần tử quan trọng trong hệ
thống ; trong năm thứ hai, đề tài tập trung xây dựng phần mềm và trạm trung
tâm với các chức năng quản lý và giám sát đầy đủ.
Mục tiêu của đề tài:
• Làm chủ thiết kế, quy trình công nghệ chế tạo hệ thống cảnh báo rủi
ro trên cơ sở mạng sensor không dây
• Xây dựng cơ sở công nghệ cho hệ thống đảm bảo chất lượng theo yêu
cầu mở của hệ thống
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 3
• Góp phần đảm bảo chất lượng, nâng cao tính an toàn cho các công trình
công nghiệp.
Để đảm bảo trong một thời gian ngắn có thể sớm thực hiện một khối lượng
công việc khá lớn và tương đối phức tạp, bao gồm nhiều vần đề kỹ thuật và công
nghệ mới so với thực tế ở Việt Nam, chúng tôi chọn một số cách tiếp cận sau:
- Tham khảo các hệ thống cảnh báo rủi ro trong và ngoài nước và dựa vào
điều kiện thực tế của Việt Nam, trên cơ sở đó tiến hành lập phương án thiết
kế hệ thống dựa trên mạng sensor không dây.
- Áp dụng các công nghệ mới nhất về sensor không dây để đưa vào thiết kế.
- Lựa chọn chế tạo các module thiết bị.
- Sử dụng nền tảng Web và tận dụng tối đa mã nguồn mở để xây dựng một
hệ thông phần mềm có khả năng tích hợp cao.
- Kế thừa và phát huy các kết quả nghiên cứu, khảo nghiệm đã được Viện
thực hiện.
Trong năm 2010, đề nhóm thực hiện đề tài đã đạt được các kết quả chính sau:
• Khảo sát và tìm hiểu các hệ thống tương đương của nước ngoài qua đó
đưa ra các giải pháp kỹ thuật cần thiết
• Chế tạo thành công các Module không dây bao gồm module đo nhiệt độ,
độ ẩm, Module báo khói, Module đo độ biến dạng, Module đo độ nghiêng
và Module Router.
• Tiến hành đánh giá thử nghiệm các kết quả đạt được
Các kết quả đạt được trong năm 2010 là tiền đề để nhóm đề tài tiếp tục thực hiện
các nội dung trong năm 2011 để xây dựng một hệ thống đầy đủ. Các nội dung
chính trong năm 2011 gồm:
- Khảo sát xây dựng mô hình giá sát rủi ro cho đối tượng ứng dụng
- Thiết kế, chế tạo trạm trung tâm phù hợp với yêu cầu giám sát
- Xây dựng phần mềm ứng dụng trên các module không dây
- Thiết kế và xây dựng phần mềm giám sát, cảnh báo rủi ro trên máy tính
- Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm
- Thử nghiệm tại một cơ sở ứng dụng, đánh giá kết quả và hiệu chỉnh
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 4
MỤC LỤC
MỤC LỤC 4
PHẦN 1. HỆ THỐNG GIÁM SÁT RỦI RO TRONG CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG
NGHIỆP 6
PHẦN 2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO TRẠM TRUNG TÂM (RISKMON-MASTER) 14
2.1 Thiết kế tổng thể trạm trung tâm (RISKMON-MASTER) 14
2.2 Thiết kế phần điện tử trạm trung tâm 15
2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm RISKMON CENTRAL CONTROLLER 15
2.2.2 Thiết kế module GSM 18
2.2.3 Thiết kế Module truyền thông không dây Zigbee 19
2.2.4 Thiết kế khối IO Module 21
2.3 Thiết kế phần mềm của RISKMON MASTER 22
PHẦN 3. XÂY DỰNG PHẦN MỀM RISKMON SOFT 29
3.1 Yêu cầu phần mềm 29
3.2 Xây dựng phần mềm RISKMON SOFT 31
3.2.1 Lựa chọn giải pháp về công nghệ 32
3.2.2 Xây dựng phần mềm 34
PHẦN 4. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 40
4.1 Mục đích thử nghiệm 40
4.2 Phương pháp thử nghiệm 40
4.3 Xây dựng hệ thống thử nghiệm tại phòng thí nghiệm 40
4.4 Xây dựng hệ thống thử nghiệm cho trạm bơm Thanh Liệt 46
PHẦN 5. KẾT LUẬN 56
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 5
Mục lục hình vẽ
Hình 1-1: Cảnh báo rủi ro với mạng sensor không dây 8
Hình 1-2: Cấu trúc hệ giám sát rủi ro của đề tài 9
Hình 1-3: Hình ảnh các Module không dây - sản phẩm năm 2010 12
Hình 2-1: Sơ đồ khối của RISKMON-MASTER 15
Hình 2-2: Sơ đồ khối của RISKMON CENTRAL CONTROLLER 16
Hình 2-3: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm 16
Hình 2-4: Sơ nguyên lý mạch truyền thông 17
Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 17
Hình 2-6: Ảnh chụp bộ điều khiển trung tâm 18
Hình 2-7: Sơ đồ khối của module GSM 18
Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý của module GSM 19
Hình 2-9: Sơ đồ chức năng của module truyền thông không dây 20
Hình 2-10: Sơ đồ nguyên lý của module truyền thông không dây Zigbee 20
Hình 2-11: Hình ảnh GSM Moudle và Wireless Module 21
Hình 2-12: Sơ đồ chức năng của IO Module 21
Hình 2-13: Ảnh chụp Module IO 22
Hình 2-14: Kiến trúc phần mềm trên RISKMON-MASTER 23
Hình 2-15: Trao đổi thông tin giữa bộ xử lý trung tâm và module Zigbee 25
Hình 3-1: SensorCloud của MicroStrain 29
Hình 3-2: Sơ đồ phân ra chức năng của RISKMON SOFT 31
Hình 3-3: Công nghệ phần mềm AJAX 33
Hình 3-4 Sơ đồ mô tả quá trình đăng nhập 35
Hình 3-5: Giao diện đăng nhập hệ thống 35
Hình 3-6: Giao diện cấu hình người dùng 36
Hình 3-7: Cấu hình điểm đo 37
Hình 3-8: Giao diện kiểm tra cảnh báo 38
Hình 3-9: Xem giá trị các điểm đo dạng danh sách 38
Hình 3-10: Tìm kiếm điểm và hiển thị số liệu trong cơ sở dữ liệu 39
Hình 3-11: Giao diện quan sát trực truyến 39
Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống thử nghiêm tại trạm bơm Thanh Liệt 47
Hình 4-2: Hình ảnh thử nghiệm tại tram bơm Thanh Liệt 48
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 6
PHẦN 1. HỆ THỐNG GIÁM SÁT RỦI RO TRONG CÁC
CÔNG TRÌNH CÔNG NGHIỆP
Trên thế giới hiện nay, các công trình công nghiệp như nhà xưởng, đường
ống, dàn khoan, đường dây, hầm lò, đập thủy điện,…thường xuyên phải chịu tác
động của thiên nhiên như động đất, gió bão, hoặc hỏa hoạn, tội phạm, khủng bố,
sự bất cẩn của con người … Những mối nguy hiểm này ảnh hưởng trực tiếp đến
sự an toàn tính mạng của người lao động, có thể gây ra những thiệt hại lớn về
người và của nếu không được giám sát và cảnh báo và có biện pháp khắc phục
kịp thời. Trong quá trình sử dụng, để giảm thiểu các mối nguy hiểm này, các
công trình cần liên tục được giám sát các rủi ro.
Các vụ cháy lớn / nổ / sụp đổ cấu trúc xảy ra trong nhà máy sản xuất, trên
toàn thế giới là một dấu hiệu về sự cần thiết phải có chương trình giám sát rủi ro
tại chỗ hiệu quả trong các công trình nói chung và các nhà máy sản xuất nói
riêng. Sự sụp đổ của mái vòm trong một nhà máy xi măng 6000 TPD tại
Malaysia đã được đánh giá là một trong sự cố có chi phí bảo hiểm lớn nhất, xảy
ra do sự quá tải, vượt quá công suất thiết kế. Khác với những rủi ro cháy và nổ,
các mối nguy hiểm sức khỏe nghề nghiệp và các vấn đề môi trường cũng cần
được quản lý một cách chủ động.
Khái niệm rủi ro đề cập ở đây gồm những sự cố ảnh hưởng đến tình trạng
của công trình như những hư hại, biến dạng vượt ngưỡng an toàn về cấu trúc,
cháy nổ, hoặc những rủi ro ảnh hưởng đến tình trạng máy móc như lệch, rung
lắc, gãy các cần trục dẫn đến hỏng cấu trúc máy, ảnh hưởng đến quá trình sản
xuất; hoặc điều kiện môi trường không đảm bảo chất lượng của sản phẩm; các
mối nguy hiểm sức khỏe nghề nghiệp; …. Cảnh báo rủi ro là cảnh báo khi phát
hiện ra những dấu hiệu có thể dẫn đến những rủi ro đó dựa trên việc giám sát các
thông số có liên quan. Việc cảnh báo rủi ro là một việc làm cần thiết để đảm bảo
hiệu quả sản xuất, vừa nâng cao đáng kể mức độ an toàn cho các khu công
nghiệp.
Để có thể đưa ra các đánh giá chính xác về tình trạng của các công trình, hệ
thống giám sát cần thu thập những dự liệu trung thực, liên tục và có thông tin chi
tiết về tình trạng toàn cấu trúc công trình, kịp thời phát hiện những thay đổi
trong công trình có thể dẫn đến nguy hại. Một hệ thống giám sát hiệu quả là một
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 7
hệ thống có khả năng tạo ra một mô hình thông tin chi tiết về toàn công trình và
phát hiện kịp thời những thay đổi quan trọng về môi trường và tình trạng cấu
trúc. Một hệ thống giám sát như vậy đòi hỏi phải sử dụng một mạng dày đặc
các cảm biến phân bố khắp cấu trúc công trình và đòi hỏi một giải pháp truyền
thông hợp lý để đáp ứng được nhu cầu dữ liệu của hệ thống.
Cảm biến và các hệ thống đo lường cho đến nay không còn là những công
nghệ mới, tuy nhiên thời gian gần đây, người ta có xu hướng sử dụng những dữ
liệu này để đánh giá tình trạng hiện tại của điều kiện làm việc, của tình trạng cấu
trúc trong các tòa nhà, các công trình giao thông, công trình công nghiệp, ….
cung cấp các thông tin hữu ích về tình trạng cấu trúc, về điều kiện môi trường,
giúp phát hiện sớm sự xuống cấp trong cấu trúc nhà xưởng, những điểm quá tải
trong hệ thống, phát hiện sớm các chấn động bất thường như động đất, hoặc phát
hiện sớm nguy cơ cháy nổ, từ đó giúp người quản lý có những biện pháp kịp
thời, như sơ tán, hoặc sửa chữa cải tạo sớm, hạn chế các thiệt hại đáng tiếc về
người và của và đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho người,
thiết bị cũng như đảm bảo năng suất lao động cao nhất. Từ khi ra đời, các hệ
thống cảnh báo rủi ro trong công nghiệp (Risk monitoring system) đã và đang
được sử dụng rộng rãi trong nhiều cơ sở công nghiệp trên thế giới. Việc sử dụng
các hệ thống trên nâng cao đáng kể mức độ an toàn cho các công trình công
nghiệp.
Cảnh báo rủi ro với mạng sensor không dây (cảm biến không dây)
Truyền thông không dây mở ra một triển vọng mới cho các giải pháp tự
động hóa linh hoạt và hiệu quả, một số công nghệ truyền thông không dây đang
được sử dụng như GSM/GPRS, WLAN, Bluetooth, Zigbee,…. Truyền thông
không dây là cơ sở cho các giải pháp tích hợp trong tất cả các hệ thống giám sát
và điều khiển trong ngành công nghiệp và cho phép truyền thông ngay cả ở
những vùng nguy hiểm hoặc không thể tiếp cận sử dụng công nghệ thông
thường.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 8
Hình 1-1: Cảnh báo rủi ro với mạng sensor không dây
Các cảm biến không dây ngày càng được sử dụng phổ biến trong các ứng
dụng giám sát, đo lường như giám sát tình trạng cấu trúc, giám sát các nguy
hiểm trên các tàu trở hàng, các đường ống dẫn dầu, kho hàng, các khu khai thác
dầu trên biển, phát hiện các chấn động, các thay đổi bất thường của thờ tiết, đảm
bảo khả năng truyền tin tin cậy, chính xác.
Trong những năm vừa qua, công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước đang
diễn ra với nhịp độ cao. Nhiều nhà máy, nhiều khu công nghiệp, khu chế xuất đã
hình thành với quy mô ngày càng lớn và qua thực tế mọi người cũng đã ý thức
được rằng các dây chuyền sản xuất, các quy trình công nghệ vừa phải đảm bảo
hiệu quả, lại phải đảm bảo an toàn lao động và sự ra đời của hệ thống thông tin,
giám sát, đo lường trong các công trình, cho các dây chuyền công nghệ trong
thời gian qua đã được đặc biệt quan tâm và chúng cũng đã phát huy được hiệu
quả trong việc giám sát, cảnh báo, đảm bảo an toàn lao động chung cho các công
trình.
Trong năm 2010 đề tài đã phân tích, nghiên cứu một số hệ thống giám sát,
cảnh báo rủi ro và đưa ra một mô hình như dưới đây:
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 9
Hình 1-2: Cấu trúc hệ giám sát rủi ro của đề tài
Hệ thống bao gồm trạm trung tâm RISKMON MASTER với phần mềm
giám sát RISKMON SOFT chạy trên PC, các nút router (sản phẩm 2010), các
nút cảm biến không dây theo chuẩn Zigbee (sản phẩm 2010). Tùy theo yêu cầu
quản lý của mỗi ứng dụng mà số lượng các cảm biến có thể nhiều hay ít.
Trạm trung tâm RISKMON MASTER: có chức năng tự động cập nhật
thông tin về cũng như trạng thái họat động của các nút cảm biến. Khi có sự kiện
hoặc đột biến các nút sẽ gửi dữ liệu về trạm trung tâm. Trạm trung tâm đóng vai
trò là một thiết bị trung chuyển, tập trung dữ liệu và giao tiếp với PC thông qua
Modbus. Đến lượt mình máy tính với phần mềm RISKMON-SOFT cho phép
toàn bộ các thông tin được quản trị, cập nhật qua Internet.
Dựa vào những khảo sát về trạm bơm Thanh Liệt, các mỏ than thuộc tập
đoàn than VN, nhà máy nhiệt điện Uông bí, một số nhà máy thiết bị điện Triết
Giang (Trung Quốc), nhà máy Cơ khí Đông Phong (Trung Quốc), và dựa vào
thiết kế có sẵn của năm 2010, trong giai đoạn 2, đề tài sẽ thực hiện thiết kế, chế
tạo đầy đủ hệ thống giám sát, cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp.
Sản phẩm của đề tài là một hệ thống bao gồm:
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 10
• 10 nút cảm biến không dây (sử dụng kết quả của năm thứ nhất)
• RISKMON SOFT (xây dựng mới)
• Phần mềm firmware cho các nút cảm biến không dây RISKMON
FIRMWARE (kế thừa năm thứ nhất)
• Trạm trung tâm RISKMON MASTER (xây dựng mới)
Cụ thể từng sản phẩm thiết kế chế tạo:
• Nút cảm biến không dây ( phát triển trên cơ sở kết quả năm 2010)
Năm 2010, Đề tài đã thực hiện nghiên cứu, chế tạo 10 nút cảm biến
không dây gồm:
§ 1 nút Router không dây: giao tiếp với các sensor không dây
trong khu vực, là thành phần trung gian giữa sensor và trạm
trung tâm. ERM.02
§ 4 nút cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không dây ERM.03
§ 3 nút báo khói không dây ERM.04
§ 1 nút cảm biến biến dạng ERM.05
§ 1 nút cảm biến độ nghiêng ERM.06
Mỗi module có các tính năng sau:
§ Cấu hình từ xa và định nghĩa lại chức năng qua phần mềm
§ Khoảng cách truyền tin >50m
§ Truyền thông dạng mesh (lưới)
§ Chạy pin hoặc nguồn DC
§ Số đầu vào tương tự cấu hình được: 4
• Dưới đây chúng tôi đưa ra bảng phân chia chức năng và đặc điểm của
từng nút, qua đó sẽ đưa ra giải pháp thiết kế cho phù hợp:
STT
Tên nút Đặc điểm Giải pháp thiết kế
1
Trạm giám sát
trung tâm
- Có duy nhất một nút trong
mạng.
- Đặt cố định, ít khi thay đổi vị
trí
- Chạy bằng nguồn AC
(dùng adapter) nên
không cần tối ưu năng
lượng
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 11
- Rất quan trọng trong hệ thống
- Điều khiển thiết bị chấp hành
- Có thể phải thiết kế dự
phòng
2 Nút Router
- Trung gian, Giao tiếp với các
sensor và trạm trung tâm
- Điều khiển thiết bị chấp hành
- Chạy bằng nguồn AC
nên không cần tối ưu
năng lượng
- Cần có giải pháp
chống nhiễu và nâng
cao độ ổn định của thiết
bị
3
Các Nút cảm
biến
- Có nhiều nút trong mạng.
- Lắp đặt cố định song phải dàng
thay đổi vị trí lắp đặt
- Chạy bằng pin hoặc
nguồn DC
- Tối ưu năng lượng (cả
phần cứng lẫn phần
mềm)
Năm 2011, nhóm thực hiện đề tài tập trung phát triển phần mềm ứng dụng
cho trạm bơm Thanh Liệt.
Dưới đây là hình ảnh của các loại module không dây đã được nhóm thực
hiện đề tài thiết kế chế tạo trong giai đoạn 1 năm 2010
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 12
Hình 1-3: Hình ảnh các Module không dây - sản phẩm năm 2010
• Trạm trung tâm RISKMON MASTER : xây dựng mới toàn bộ trong năm
2011
o Yêu cầu thiết kế:
§ Có chức năng hiển thị tại chỗ cảnh báo của từng vị trí giám
sát
§ Có chức năng ghép nối máy tính
o Phần cứng gồm:
§ Nguồn
§ Mặt hiển thị trạng thái (LED)
§ Nút không dây trung tâm (thiết kế mới): Ăn ten rời, độ
khuếch đại cao, kết nối với máy tính của cổng USB và
RS485
• Phần mềm RISKMON SOFT : xây dựng mới toàn bộ trong năm 2011
với các yêu cầu thiết kế:
§ Có chức năng thu thập và lưu trữ số liệu
§ Có chức năng cảnh báo
§ Có chức năng quản trị người dùng, quản trị điểm cảnh báo
§ Có chức năng phân phối thông tin cảnh báo email
§ Chạy trên nền WEB
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 13
§ Liên kết với các hệ thống khác thông qua các giao thức dạng
text based, hỗ trợ Modbus
Trên đây là những trình bày tổng thể về hệ thống giám sát rủi ro được xây
dựng trong đề tài, phần tiếp theo là các trình bày chi tiết về những thiết kế từng
thành phần của hệ thống và hình ảnh của sản phẩm được thiết kế.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 14
PHẦN 2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO TRẠM TRUNG TÂM
(RISKMON-MASTER)
Trong giai đoạn một, do chưa có trạm trung tâm nên dữ liệu thử nghiệm
được đưa thẳng vào máy tính. Trong giai đoạn 2 trạm trung tâm được thiết kế
riêng để dễ dàng lắp đặt tại hiện trường khi có nhu cầu. Trạm được thiết kế theo
dạng tủ thiết bị.
2.1 Thiết kế tổng thể trạm trung tâm (RISKMON-MASTER)
Dựa trên những kết quả khảo sát và mô hình hệ thống đã xây dựng ở trên,
trong phần này, báo cáo sẽ trình bày thiết kể tổng thể và thiết kế chi tiết từng
module thành phần của RISKMON-MASTER.
RISKMON-MASTER, như đã nói ở trên, gồm các chức năng:
- Truyền nhận dữ liệu không dây với các nút cảm biến không dây trong
mạng lưới. Xử lý các cảnh báo và chuyển tiếp dữ liệu lên máy tính.
- Có chức năng truyền nhận SMS tới trung tâm điều hành tại chỗ cảnh
báo của từng vị trí giám sát
- Điều khiển các đầu ra cảnh báo trong trường hợp cần thiết (còi, đèn, rơ
le …)
Để thực hiện các tính năng trên, nhóm đề tài đã xây dựng RISMON-
MASTER gồm có các khối chức năng sau:
- Module điều khiển trung tâm (RISKMON CENTRAL
CONTROLLER)
- Module truyền thông không dây Zigbee
- Module GSM
- Module vào ra (IO MODULE)
- Khối nguồn
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 15
Hình 2-1: Sơ đồ khối của RISKMON-MASTER
Đặc tính kỹ thuật chính của trạm trung tâm
Ø Tên thiết bị : Tủ trung tâm RISKMON-MASTER
Ø Kết nối GSM (SMS)
Ø Kết nối Zigbee
Ø Giao thức kết nối: Modbus
Ø Điện áp cung cấp: 220V
Ø Điều kiện sử dụng: trong nhà
2.2 Thiết kế phần điện tử trạm trung tâm
Các thành phần chính của RISKMON-MASTER gồm một bộ điều khiển
trung tâm RISKMON CENTRAL CONTROLLER có các kết nối GSM,
RS485, Zigbee, khối IO mở rộng để thực hiện các chức năng tác động, khối
nguồn.
2.2.1 Bộ điều khiển trung tâm RISKMON CENTRAL CONTROLLER
Bộ điều khiển trung tâm RISKMON CENTRAL CONTROLLER thực
hiện các chức năng: tập hợp, xử lý dữ liệu, giao tiếp, điều khiển module không
dây và module GSM, điều khiển hệ thống hiển thị cảnh báo hiện trường toàn hệ
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 16
thống và giao tiếp với máy tính. Sơ đồ chức năng của module điều khiển trung
tâm được thể hiện trong hình vẽ dưới đây.
Hình 2-2: Sơ đồ khối của RISKMON CENTRAL CONTROLLER
Phần mạch xử lý trung tâm được xây dựng trên nền tảng AVR128, là vi
xử lý mà Viện có nhiều kinh nghiệm phát triển và có đầy đủ các công cụ hỗ trợ
phát triển và đã chứng tỏ là linh kiện có độ ổn định cao đáp ứng nhu cầu của bài
toán.
Y1
6MHz
C14
22pF
C15
22pF
GND
GND
/RESET
VCC
AVCC
1uF
C13
TDI
TDO
TMS
TCK
RxD0 >
TxD0<
RxD0
TxD0
PEN
1
PE0 (RXD0/PDI)
2
PE1 (TXD0/PDO)
3
PE2 (XCK0/AIN0)
4
PE3 (OC3A/AIN1)
5
PE4 (OC3B/INT4)
6
PE5 (OC3C/INT5)
7
PE6 (T3/INT6)
8
PE7 (IC3/INT7)
9
PB0 (SS)
10
PB1 (SCK)
11
PB2 (MOSI)
12
PB3 (MISO)
13
PB4 (OC0)
14
PB5 (OC1A)
15
PB6 (OC1B)
16
PB7 (OC2/OC1C)
17
TOSC2/PG3
18
TOSC1/1PG4
19
RESET
20
VCC
21
GND
22
XTAL2
23
XTAL1
24
PD0 (SCL/INT0)
25
PD1 (SDA/INT1)
26
PD2 (RXD1/INT2)
27
PD3 (TXD1/INT3)
28
PD4 (IC1)
29
PD5 (XCK1)
30
PD6 (T1)
31
PD7 (T2)
32
PG0 (WR)
33
PG1 (RD)
34
PC0 (A8)
35
PC1 (A9)
36
PC2 (A10)
37
PC3 (A11)
38
PC4 (A12)
39
PC5 (A13)
40
PC6 (A14)
41
PC7 (A15)
42
PG2 (ALE)
43
PA7 (AD7)
44
PA6 (AD6)
45
PA5 (AD5)
46
PA4 (AD4)
47
PA3 (AD3)
48
PA2 (AD2)
49
PA1 (AD1)
50
PA0 (AD0)
51
VCC
52
GND
53
PF7 (ADC7/TDI)
54
PF6 (ADC6/TDO)
55
PF5 (ADC5/TMS)
56
PF4 (ADC4/TCK)
57
PF3 (ADC3)
58
PF2 (ADC2)
59
PF1 (ADC1)
60
PF0 (ADC0)
61
AREF
62
GND
63
AVCC
64
U7
ATmega128L-8AI
SCL
SDA
RTC_INT
Vss
1
/RST
2
Vdd
3
U8
MCP809
VCC
GND
D7
1N4148
D8
1N4148
RST_ISP
5.6K
R10
VCC
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
J_JTAG1
Header 5X2
TDI
TDO
TMS
TCK
VCC
GND VCC
RST_ISP
A
1
K
2
D9
1N4148
RST_JTAG
RST_JTAG
RxD1
TxD1
CDET
WPROT
RainPulse
AVCC
GND
W1
Jumper
SCK
MOSI
MISO
Power_Supvs
300ohm/300mA
Ferrite1
VCC
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
J_ISP1
Header 5X2
GND
0.1uF
Cf1
GND
DIR
RTS1
CTS1
RxD2
TxD2
DTR2
CS_M2C
CS_AD
Power_Supvs
RxD0
TxD0
0.1uF
Cf2
GND
SCK
DO1
DO2
DO3
DO4
RESET_gps
TxD_gps
RxD_gps
led5V_Ctrl
led_Ctrl
led_Ctrl
led5V_Ctrl
led5V_Ctrl
led_Ctrl
Khi ATmega là master, thì chân SS phai treo len nguon
VCC
CS_LCD1
SCK
/RESET
PWM_LCD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
P2
Header 10
+12V
GND
VCC
+12V
GND
CS_LCD2
CS_LCD1
PWM_LCD
CS_LCD2
MOSI
MISO
RxD2
TxD2
DTR2
Reset_GSM modem
Reset_GSM modem
Status_GSM modem
Status_GSM modemRxD1
TxD1
CTS1
RTS1
DIR
DIR
Hình 2-3: Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý trung tâm
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 17
Bộ xử lý trung tâm cùng một lúc phải phối hợp họat động với 3 khối
truyền thông là module Zigbee (theo RS232), module GSM (theo RS232) và
module IO (theo SPI).
RE
2
R
1
VCC
8
GND
5
DE
3
A
6
B
7
D
4
U2
120
R7
1.2K
R5
100nF
C2
1.2K
R6
D6D5
D2D1
D3
D4
1
2
3
4
GND
5
6
7
VCC
8
U1
VCC
220
R1
2.7K
R2
1
2
3
4
GND
5
6
7
VCC
8
U4
220
R9
VCC
GND
2.7K
R8
5V_ISO485
1
2
3
4
GND
5
6
7
VCC
8
U3
VCC
220
R3
2.7K
R4
F1
F2
100nF
C1
A_RS485
RxD0
TxD0
DIR
B_RS485
J1 J2 J3
+
C11
+
C9
+
C3
+
C7
+
C4
C2+
4
C2-
5
T1OUT
14
R1IN
13
T2OUT
7
R2IN
8
V-
6
GND
15
C1+
1
C1-
3
T1IN
11
R1OUT
12
T2IN
10
R2OUT
9
V+
2
VCC
16
U5
GND
GND
VCC
RxD_Wireless
TxD_Wireless
RTS_Wireless
CTS_Wireless
RxD0
TxD0
DIR
RxD1
TxD1
RTS1
CTS1
RxD1
TxD1
CTS1
RTS1
GND_ISO485
A_RS485
B_RS485
5V_ISO485
5V_ISO485
5V_ISO485
5V_ISO485
5V_ISO485
5V_ISO485
1
2
3
4
P1
Header 4
GND_ISO485
GND_ISO485
GND_ISO485
GND_ISO485
GND_ISO485
GND_ISO485 GND_ISO485
GND_ISO485
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
J4
D Connector 9
GND
TxD_Wireless
RxD_Wireless
CTS_Wireless
RTS_Wireless
to Wireless Module
to GSM Modem
RS485
+
C12
+
C10
+
C5
+
C8
+
C6
C2+
4
C2-
5
T1OUT
14
R1IN
13
T2OUT
7
R2IN
8
V-
6
GND
15
C1+
1
C1-
3
T1IN
11
R1OUT
12
T2IN
10
R2OUT
9
V+
2
VCC
16
U6
GND
GND
VCC
RxD_GSM
TxD_GSM
DTR_GSM
RxD2
TxD2
DTR2
RxD2
TxD2
DTR2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
J5
D Connector 9
GND
TxD_GSM
RxD_GSM
DTR_GSM
Reset_GSM modem
Reset_GSM modem
Status_GSM modem
Status_GSM modem
Hình 2-4: Sơ nguyên lý mạch truyền thông
330
R11
L2
Green
D10
1N4148
+C16
470uF
IN
1
Common
3
OUT
2
FB
4
ON/OFF
5
U9
LM2576T-5V
D11
1N5819
330uH
L1
100uF
C19
GND
0.1uF - 0.47uF
C20
12V VCC
0.1uF
C17
VCC
GND
0.1uF
C18
2
2
1
1
F3
fuse 1
led5V_Ctrl
C
2
B
3
E
1
Q1
C828
VCC
GND
led_Ctrl
led5V_Ctrl
led5V_Ctrl
led_Ctrl
100k
R12
10k
R13
GND
Power_Supvs
Power_Supvs
12V
1
2
HDR2
Header 2
GROUNDING POINT
1
2
HDR1
Header 2
5V
VCC
1
2
3
J6
PWR2.5
Hình 2-5 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 18
Dưới đây là hình ảnh bộ điều khiển trung tâm do nhóm thực hiện đề tài thiết
kế, chế tạo thành công.
Hình 2-6: Ảnh chụp bộ điều khiển trung tâm
2.2.2 Thiết kế module GSM
Module GSM thực hiện chức năng truyền nhận thông tin thông qua các
bản tin SMS với người dùng.
Hình 2-7: Sơ đồ khối của module GSM
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 19
Thành phần chính của module GSM là sim900, một sản phẩm mới được
phát triển của SimCom. Với đầy đủ các tính năng SMS, Phone, GPRS, … . hỗ
trợ mọi sim card đang được sử dụng tại Việt Nam. Module GSM thực hiện giao
tiếp với trạm trung tâm sử dụng chuẩn giao tiếp RS232. Thiết kế mạch nguyên
lý và mạch in của module GSM như sau:
1 2
3 4
5 6
P2
Sim Holder
SIM_VCC SIM_RST
SIM_CLK
GND
SIM_DATA
SIM_DATA
31
MIC_P
19
MIC_N
20
SPK_P
21
SPK_N
22
LINEIN_R
23
LINEIN_L
24
ADC
25
VRTC
26
PWRKEY
1
PWRKEY-OUT
2
RI
4
TXD
9
RXD
10
SIM_VDD
30
SIM_CLK
32
SIM_RST
33
DISP_CLK
11
DISP_DATA
12
DISP_D/C
13
DISP_CS
14
VDD_EXT
15
NRESET
16
GND
17
GND
18
DBG_TXD
27
DBG_RXB
28
GPIO2/KBR3
41
GPIO1/KBR4
40
GND
39
SCL
38
SDA
37
PWM2
36
PWM1
35
SIM_PRESENCE
34
GND
29
GPIO3/KBR2
42
GPIO4/KBR1
43
GPIO5/KBR0
44
GND
45
GND
46
GPIO6/KBC4
47
GPIO7/KBC3
48
GPIO8/KBC2
49
GPIO10/KBC0
51
GPIO9/KBC1
50
DTR
3
DCD
5
DSR
6
CTS
7
RTS
8
GND
65
GND
53
GND
54
VBAT
55
VBAT
56
VBAT
57
GND
58
GND
59
RF_ANT
60
GND
64
STATUS
66
GPIO11
67
NETLIGHT
52
GND
61
GND
62
GPIO12
68
GND
63
U1
Sim900
PWRKEY
5K
R5
1uF
C1
GND
S1
SW-PB
1uF
C8
Cap ceramic
100uF
C7
Cap tantalum
GND
VBAT
VBAT
GND
GND
GND
GNDGNDGND
GND
GND
VRTC
ADC
LINEIN_L
LINEIN_R
SPK_N
SPK_P
MIC_N
MIC_P
DBG_TXD
DBG_RXD
SIM_VDD
SIM_DATA
SIM_CLK
SIM_RST
SIM_PRESENCE
NETLIGHT
STATUS
GPIO11
GPIO12
GPIO1
GPIO2
GPIO3
GPIO4
GPIO5
GPIO6
GPIO7
GPIO8
GPIO9
GPIO10
SCL
SDA
PWM1
PWM2
DTR
RI
DCD
DSR
CTS
RTS
TXD1
RXD1
DISP_CLK
DISP_DATA
DISP_D/C
DISP_CS
VDD_EXT
NRESET
RF_ANT
1
2
P1
Header 2
RF_ANT
GND
220nF
C3
GND
22
R14
22
R12
22
R15
R8
1k
R10
2k2
VBAT
C13
10uF
C14
1000uF,16V
4V
C12
1000uF 16V
0.1uF
C16
Cap
0.1uF
C17
Cap
R9
330R
D4
Green
100uH
L1
0.1uF
C15
Cap
IN
2
OUT
3
1
1
U4
LM317
12V
C11
470uF 16V0.1uF
C10 Cap
UART 232
8
EN
1
11
FORCEOFF
16
9
FORCEON
12
13
INVALID
10
C1+
2
C2+
5
GND
14
C1-
4
VCC
15
C2-
6
V-
7
V+
3
U3
MAX3221ECAE
C9
0.1uF
3V
GND
C4
0.1uF
C6
0.1uF
3V
C5
0.1uF
GND
TXD1
RXD1
TxD
RxD
GND
220
R4
3 4
U2B
SN74HC14N
D2
LED1
3V
VCC
14
GND
7
A
1
Y
2
U2A
SN74HC14N
5 6
U2C
SN74HC14N
D3
LED1
220
R7
3V
5k
R6
3V
3V
0.1uF
C2
Cap
GND
GND
TxD
RxD
R11
1k8
R16
2k7
3V
C18
10uF
C19
10uF
3.1V
0.1uF
C20
Cap
R13
220R
D5
Green
IN
2
OUT
3
1
1
U5
LM317
12V
1
2
3
J1
PWR2.5
C
2
B
3
E
1
Q1
C828
GND
4K7
R2
Res2
47K
R3
Res2
1K
R1
D1
Diode 1N4148
PWR_CTRL
PWRKEY
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
J2
D Connector 9
GND
TxD
RxD
PWR_CTRL
12V
SIM_VDD
SIM_VDD
100nF
Cfilter4
3V
GND
10uF
Cfilter3
Hình 2-8: Sơ đồ nguyên lý của module GSM
2.2.3 Thiết kế Module truyền thông không dây Zigbee
Module truyền thông không dây thực hiện chức năng trao đổi dữ liệu giữa
RISMON MASTER với các nút giám sát tại hiện trường (cảm biến không dây).
Chức năng truyền thông được thực hiện thông qua module Zigbit. Đây là một
module OEM tiêu thụ năng lượng cức thấp, độ nhạy cao và tương thích với
chuẩn truyền thông IEEE802.15.4/ Zigbee. Module Zigbit được tích hợp dựa
trên 2 thành phần chính là vi điều khiển Atmega1281 và IC truyền phát RF
AT86RF230. Với thiết kế cực nhỏ gọn, dễ sử dụng, chất lượng truyền thông tốt,
Moudle này ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống giám sát, điều
khiển sử dụng truyền thông không dây.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 20
Hình 2-9: Sơ đồ chức năng của module truyền thông không dây
GND
1uF
C2
GND
SPI_CLK
1
SPI_MISO
2
SPI_MOSI
3
GPIO0
4
GPIO1
5
GPIO2
6
OSC32K_OUT
7
RESET
8
DGND
9
CPU_CLK
10
I2C_CLK
11
I2C_DATA
12
UART_TXD
13
UART_RXD
14
UART_RTS
15
UART_CTS
16
GPIO6
17
GPIO7
18
GPIO3
19
GPIO4
20
GPIO5
21
DGND
22
DGND
23
D_VCC
24
D_VCC
25
JTAG_TMS
26
JTAG_TDI
27
JTAG_TDO
28
JTAG_TCK
29
ADC_INPUT3
30
ADC_INPUT2
31
ADC_INPUT1
32
BAT
33
A_VREF
34
AGND
35
GPIO_1WR
36
UART_DTR
37
USART0_RXD
38
USART0_TXD
39
USART0_EXTCLK
40
GPIO8
41
IRQ_7
42
IRQ_6
43
RF_GND
44
RFP_IO
45
RF_GND
46
RFN_IO
47
RF_GND
48
U1
Zigbit external anten
VCC: 1.8V - 3.6V
GND
22pF
C3
22pF
C4
GND GND
RXD0
TXD0
EXTCLK0
RXD0TXD0
EXTCLK0
GND
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
17 18
19 20
P1
GND
3.3V
GPIO0
GPIO1
GPIO2
GPIO8
ADC_INPUT1
ADC_INPUT2
3.3V
GND
GPIO1
GPIO2
GPIO3
GPIO4
GPIO5
3.3V
Ferrite1
1K
R4
Res2
GND
ADC_INPUT1
ADC_INPUT2
ADC_INPUT3
5
14
3
2
U3
HHM1520
5
1
2
3
4
J1
Jack SMA to anten
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
J5
D Connector 9
RXD232
TXD232
RTS232
CTS232
GND
TXD
RXD
RTS
CTS
+
C5
0.1u
+
C7
0.1u
+
C1
0.1u
+
C6
0.1u
C2+
4
C2-
5
T1OUT
14
R1IN
13
T2OUT
7
R2IN
8
V-
6
GND
15
C1+
1
C1-
3
T1IN
11
R1OUT
12
T2IN
10
R2OUT
9
V+
2
VCC
16
U2
MAX3232
GND
3.3V
RXD
CTS
TXD
RTS
GND
+
C9
0.1u
GND
RXD232
CTS232
TxD232
RTS232
J4
J7 J2 J3
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
J_JTAG_Zigbee1
Header 5X2
TDI
TDO
TMS
TCK
3.3V
GND
3.3V
GND
RESET
RESET
5K
R2
3.3V
1uF
C8
GND
S1
SW-PB
J6
TMS
TDI
TDO
TCK
1
2
3
J8
PWR2.5
R1
3.3V3.3V
1 2
14 7
U9A
SN74HC14N
3 4
U9B
SN74HC14N
C22
GNDGND
R13
D14
1N4148
5 6
U9C
SN74HC14N
9 8
U9D
SN74HC14N
11 10
U9E
SN74HC14N
13 12
U9F
SN74HC14N
IO2
IO3
C23
GND
GND
GND
GND
IO2_0
IO3_0
IO2
IO3
IO1_0
IO1
IO2_0
IO3_0
GPIO0
??
GND
+
C17
10MF C18
104
R15
D13
Green
VIN
3
VOUT
2
GND
1
U8
LD1117S33
C21
104
+
C19
100uF
5V
GND
tu ceramic 105
3.3V
3.3V
D1
Diode 1N4004
IO1IO1_0
Hình 2-10: Sơ đồ nguyên lý của module truyền thông không dây Zigbee
Nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công hai
module truyền thông của trạm trung tâm, gồm Module truyền thông GSM
Module và Wireless Module.
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 21
Hình 2-11: Hình ảnh GSM Moudle và Wireless Module
2.2.4 Thiết kế khối IO Module
Ngoài việc giám sát hệ thống trên, RISKMON MASTER cũng cho phép
người điều hành, quản lý khu vực giám sát tình trạng ngay tại chỗ thông qua
LED, hoăc tác động cảnh báo qua còi, rơ le.
Hình 2-12: Sơ đồ chức năng của IO Module
Panel hiển thị trạng thái của các bất thường giám sát. Nếu giá trị thông số
giám sát vượt ngưỡng cảnh báo, thì Led trạng thái màu đỏ được bật lên, nếu các
thông số vượt ngưỡng đủ điều kiện hình thành 1 sự kiện tổ hợp thì Led EVENT
tương ứng trong khu vực đó sẽ được bật. Panel hiển thị này sẽ hỗ trợ người
Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo Hệ thống cảnh báo rủi ro cho các công trình công nghiệp
Đề tài cấp bộ 2011 22
quản lý tại hiện trường sẽ nhanh chóng phát hiện các nguy cơ, phát hiện sớm các
cảnh báo để đưa ra phương án kiểm tra và hướng khắc phục kịp thời.
IC quan trọng nhất của module này là MCP23S17 là vị mạch vào ra tổng
hợp hỗ trợ giao tiếp nối tiếp SPI.
Hình ảnh của Module IO đã được thiết kế chế tạo như sau:
Hình 2-13: Ảnh chụp Module IO
2.3 Thiết kế phần mềm của RISKMON MASTER
Nhóm thực hiện đề tài đặt ra các tiêu chí quan trọng nhất của phần mềm:
- Dễ cấu hình (thân thiện người phát triển ứng dụng)
- Mềm dẻo tối đa
- Họat động ổn định
Phần mềm cho cho RISKMON MASTER mà thực chất là chương trình
viết cho RISKMON CENTRAL CONTROLLER được phát triển trên ngôn ngữ
C cho AVR.
Phần mềm bao gồm các chức năng :
• Kết nối với modem GSM thực hiện giao tiếp các trạm khác và với phòng
điều hành trung tâm qua SMS
