Bai giang cbdktd (1)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1. CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ......................................................................... 3
1.1. Khái niệm chung ....................................................................................................... 3
1.1.1. Thang đo nhiệt độ ............................................................................................... 3
1.1.2. Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo .................................................................. 5
1.1.3. Phương pháo đo nhiệt độ .................................................................................... 6
1.2. Tổng quan về một số loại cảm biến đo nhiệt độ hiện nay......................................... 7
1.2.1. Cảm biến nhiệt độ LM35 .................................................................................... 7
1.2.2. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 .............................................................................. 7
1.2.3. Cảm biến nhiệt độ TMP36.................................................................................. 9
1.2.4. Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 .................................................................. 10
1.2.5. Cảm biến nhiệt độ PT100 ................................................................................. 11
1.3. Ứng dụng................................................................................................................. 13
1.3.1. Ứng dụng cảm biến nhiện độ trong dân dụng. ................................................. 13
1.3.2. Ứng dụng cảm biến nhiện độ trong công nghiệp.............................................. 15
1.3.3. Ứng dụng cảm biến nhiện độ trong nông nghiệp ............................................. 19

CHƯƠNG 2. CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC ........................................................................ 20
2.1. Khái niệm chung ..................................................................................................... 20
2.2. Giới thiệu về Encoder ............................................................................................. 21
2.2.1. Giới thiệu về tốc độ kế điện tử.......................................................................... 21
2.2.2 Giới thiệu về tốc độ kế vòng loại xung.............................................................. 25
2.3. Ứng dụng................................................................................................................. 27
2.3.1. Ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ cho robot ............................................... 27
2.3.2. Ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ cho hệ thống băng tải ............................ 31

CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN QUANG.................................................................................. 32
3.1. Khái niệm chung ..................................................................................................... 32
3.1.1. Tính chất của ánh sáng ..................................................................................... 32
3.1.2. Các đơn vị đo quang ......................................................................................... 33

3.2. Giới thiệu về một số loại cảm biến quang hiện nay................................................ 33

1

3.2.1. Cảm biến hồng ngoại ........................................................................................ 33
3.2.2. Cảm biến quang kiểu phát xạ khuếch tán ......................................................... 35
3.2.3. Cảm biến quang loại phản xạ gương ................................................................ 37
3.2.4. Cảm biến quang loại thu phát ........................................................................... 38
3.3. Ứng dụng................................................................................................................. 40
3.3.1. Ứng dụng cảm biến quang trong dây chuyền đếm sản phẩm ........................... 40
3.3.2. Ứng dụng cảm biến quang trong hệ thống phát hiện vật cản ........................... 41
3.3.3. Ứng dụng cảm biến quang trong hệ thống cảnh báo cháy................................ 42
CHƯƠNG 4: CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG VÀ MỨC CHẤT LƯU ........................... 43
4.1. Khái niệm chung ..................................................................................................... 43
4.1.1. Lưu lượng và đơn vị đo .................................................................................... 43
4.1.2. Cảm biến đo và phát hiện mức chất lưu ........................................................... 43
4.2. Giới thiệu về một số loại cảm biến đo lưu lượng và mức chất lưu hiện nay .......... 44
4.2.1. Giới thiệu về một số loại cảm biến đo lưu lượng ............................................. 44
4.2.2. Giới thiệu về một số loại cảm biến đo mức chất lưu ........................................ 50
4.3. Ứng dụng................................................................................................................. 53
4.3.1. Ứng dụng cảm biến lưu lượng trong hệ thống đo dung tích............................. 53
4.3.2. Ứng dụng cảm biến lưu lượng trong hệ thống ổn định mức nước ................... 54
CHƯƠNG 5. MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY........................................................ 56
5.1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây và công nghệ ZigBee ............................ 56
5.1.1 Tổng quan về mạng cảm biến không dây .......................................................... 56
5.1.2. Tổng quan về công nghệ ZigBee ...................................................................... 63
5.2. Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong giám sát và điều khiển....................... 71
5.2.1. Xây dựng được hệ thống thông số môi trường sử dụng WSN...................... 71
5.2.2. Xây dựng được hệ thống quản lý chiếu sáng công cộng sử dụng WSN....... 76

2

CHƯƠNG 1. CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ
1.1. Khái niệm chung

Trong cơng nghiệp, nhiều q trình cơng nghệ đòi hỏi kiểm tra và khống chế nhiệt độ
một cách chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất của quá trình, đảm bảo chất lượng, sản phẩm cũng
như đảm bảo an toàn cho thiết bị khi làm việc. Do vậy, vấn đề đo nhiệt độ đóng một vai
trị quan trọng trong cơng nghiệp. Tuy nhiên, việc đo chính xác nhiệt độ của một vật rắn,
một khối chất lỏng hoặc chất khí (gọi chung là môi trường đo) là một vấn đề không hề đơn
giản. Đa số các đại lượng vật lý đều có thể xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng vớt một
đại lượng cùng bản chất, trong khi đó nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp dựa vào
sự phụ thuộc của tính chất vật liệu vào nhiệt độ.
1.1.1. Thang đo nhiệt độ

Để đo được nhiệt độ trước hết phải thiết lập được thang đo nhiệt độ. Hiện nay, tồn tại
nhiều thang đo khác nhau, mỗi thang đo có những ưu nhược điểm riêng và chưa một thang
đo nào thực sự hoàn thiện. Dươi đây là một số thang đo phổ biến.

a) Thang đo nhiệt độ động học (K)
Thang đo nhiệt độ động học (hay gọi là thang đo nhiệt độ tuyệt đối) do Thomson
Kelvin xây dựng dựa trên cơ sở nhiệt động học. Theo định luật nhiệt động học thứ hai,
cơng trong chu trình Cacno tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ chứ không phụ thuộc chất đo
nhiệt độ. Để thiết lập thang đo và gắn trị số cho một nhiệt độ, Kelvin lấy điểm tan của ước
đá là 273.15oK, đơn vị là độ K. một độ K được quy định bằng độ chênh nhiệt độ ứng với
1% cơng trong chu trình. Cacno giữa điểm sơi của nước và điểm tan của nước đá ở áp suất
thường. khi đó nhiệt độ giữa cơng và nhiệt độ có dạng:

Trong đó Q100, Q0 và Q là nhiệt lượng của môi chất tại nhiệt độ T100, T0 và T.
Thang đo nhiệt độ tuyệt đối có tính chất thuần túy lý luận, nó khơng thể thể hiện được

trong thực tế, nhưng nhờ đó mà thống nhất được đơn vị đo nhiệt độ.

3

Đối với chất khí lý tưởng, quan hệ giữa áp suất (P), thể tích (V) với nhiệt độ có dạng
hồn tồn giống nhau như quan hệ giữa cơng và nhiệt theo định luật nói trên.

Tuy khí thực có khác khí lý tưởng nhưng sai khác khơng lớn và có thể điều chỉnh với
độ chính xác cao nên dựa vào quan hệ trên ta có thể xây dựng được thang đo nhiệt độ trên
thực tế.

b) Thang Celsius
Đơn vị đo nhiệt độ là oC. Trong thang đo Celsius, nhiệt độ điểm nước đá tan ứng với
0oC và nhiệt độ điểm nước sôi ứng với 100oC mật độ của Celsius bằng mật độ của kelvin.
Nhiệt độ của Celsius xác định qua nhiệt độ của kelvin là:

c) Thang Fahrenheit
Đơn vị nhiệt độ là 0F. Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm nước đá tan là 320F và
điểm nước sôi là 2120F.
Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit và nhiệt độ Celsius

Bảng 1.1 Giá trị tương ứng của một số nhiệt độ quan trọng theo các thang đo khác
nhau.

4

1.1.2. Nhiệt độ đo được và nhiệt độ cần đo
Giả sử môi trường đo có nhiệt độ thực bằng Tx, nhưng khi ta đo chỉ nhận được nhiệt

độ Tc là nhiệt độ của phần tử cảm nhận của cảm biến. Nhiệt độ Tx gọi là nhiệt độ cần đo,

nhiệt độ Tc gọi là nhiệt độ đo được. Điều kiện để đo đúng nhiệt độ là phải có sự cân bằng
giữa mơi trường đo và cảm biến. Tuy nhiên, do nhiều nguyên nhân, nhiệt độ cảm biến
không bao giờ đạt tới nhiệt độ môi trường Tx, do đó tồn tại một chênh lệch nhiệt độ Tx - Tc
nhất định.

Chúng ta hãy khảo sát trường hợp đo bằng cảm biến tiếp xúc. Lượng nhiệt truyền từ
môi trường vào bộ cảm biến xác định theo công thức:

dQ = 𝛼𝐴(Tx - Tc)dt
Với: 𝛼: hệ số trao đổi nhiệt.

A: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt.
t: thời gian trao đổi nhiệt.
Lượng nhiệt cảm biến hấp thụ

dQ = mcd Tc
Với: 𝑚: khối lượng cảm biến.

c: nhiệt dung của cảm biến.
Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt của cảm biến ra mơi trường ngồi ta có:

𝛼𝐴(Tx - Tc)dt = mcd Tc
Đặt mc = 𝜏 gọi là hệ số thời gian nhiệt, ta có:

𝛼𝐴

𝑑Tc) 𝑑𝑡
Tx − Tc = 𝜏
Nghiệm của phương trình có dạng:

Tc = Tx - k𝑒−𝜏𝑡

5

Hình 1.1. Trao đổi nhiệt của cảm biến.
Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào số hiệu (Tx − Tc), hiệu số này càng bé, độ
chính xác của phép đo càng cao. Muốn như vậy khi đo cần phải:
+ Tăng cường sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và môi trường đo.
+ Giảm sự trao đổi nhiệt giữa bộ cảm biến và mơi trường bên ngồi.
Để tang cường trao đổi nhiệt giữa môi trường đo và cảm biến ta phải dùng cảm biến
có phần tử cảm nhận có tỉ nhiệt thấp, hệ số dẫn nhiệt cao. Để hạn chế tổn thất nhiệt từ cảm
biến ra ngồi thì các tiếp điểm dẫn từ phần tử cảm nhận ra mạch đo bên ngồi phải có hệ
số dẫn nhiệt thấp.
1.1.3. Phương pháo đo nhiệt độ
Như chúng ta đã biết, nhiệt độ không thể đo trực tiếp mà phải đo gián tiếp thơng qua
sự thay đổi tính chất của vật liệu theo nhiệt độ. Bởi vậy để đo nhiệt độ cần phải biết được
quan hệ giữa sự thay đổi tính chất vật lý của mơi trường đo và cảm biến theo nhiệt độ,
những tính chất này phải phụ thuộc đơn trị vào nhiệt độ. Thông qua xác định tính chất của
mơi trường đo và cảm biến ta xác định được nhiệt độ của môi trường đo.
Theo nguyên tác đo, người ta chia ra hai phương pháp đo gồm đo tiếp xúc và đo
không tiếp xúc.
Phương pháp đo tiếp xúc: Khi đo, cảm biến tiếp xúc với môi trường đo, phép đo
dựa trên các hiện tượng:
+ Giãn nở của vật liệu.
+ Biến đổi trạng thái của vật liệu.
+ Thay đổi điện trở của vật liệu.

6

+ Hiệu ứng nhiệt điện.

Phương pháp đo không tiếp xúc: Khi đo cảm biến không tiếp xúc với môi trường
đo, phép đo dựa vào sự phụ thuộc của bức xạ nhiệt của môi trường đo vào nhiệt độ, ví dụ
đo nhiệt độ bằng hỏa kế.
1.2. Tổng quan về một số loại cảm biến đo nhiệt độ hiện nay
1.2.1. Cảm biến nhiệt độ LM35

Hình 1.2. Cảm biến nhiệt độ LM35
 Điện áp hoạt động: 4~20VDC
 Công suất tiêu thụ: khoảng 60uA
 Khoảng đo: -55°C đến 150°C
 Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C
 Sai số: 0.25°C
 Kiểu chân: TO92
 Kích thước: 4.3 × 4.3mm
1.2.2. Cảm biến nhiệt độ DS18B20

Hình 1.3. Sơ đồ cảm biến DS18B0

7

Thông số kỹ thuật:
 Nguồn : 3 - 5.5V
 Dải đo nhiệt độ : -55 - 125 độ C ( -67 - 257 độ F)
 Sai số : +/- 0.5 độ C khi đo ở dải -10 - 85 độ C
 Độ phân giải : từ 9 - 12 bits
 Chuẩn giao tiếp : 1-Wire ( 1 dây ).
 Có cảnh báo nhiệt khi vượt ngưỡng cho phép và cấp nguồn từ chân data.
 Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa : 750ms ( khi chọn độ phân giải 12bit ).
 Mỗi IC có một mã riêng (lưu trên EEPROM của IC) nên có thể giao tiếp nhiều

DS18B20 trên cùng 1 dây.
Mỗi IC DS18B20 có một mã 64bit riêng biệt bao gồm: 8 bit Family code, 48 bit serial
code và 8 bit CRC code được lưu trong Rom. Các giá trị này giúp phân biệt giữa các IC
với nhau trên cùng 1 bus. Giá trị Family code của DS18B20 là 28h và giá trị CRC là kết
quả của quá trình kiểm tra 56 bits trước đó. Tổ chức bộ nhớ Scratchpad: Bộ nhớ DS18B20
bao gồm 9 thanh ghi 8bits.

 Byte 0 và 1 lưu giá trị nhiệt độ chuyển đổi.
 Byte 2 và 3 lưu giá trị ngưỡng nhiệt độ (giá trị này được lưu khi mất điện).
 Byte 4 là thanh ghi cấu hình cho hoạt động của DS18B20.
 Byte 5,6 và 7 không sử dụng.
 Byte 8 là thanh ghi chỉ đọc lưu giá trị CRC từ byte 0 đến byte 7.
Dữ liệu trong byte 2,3,4 được ghi thông qua lệnh Write Scratchpad [4Eh] và dữ liệu
được truyền đến DS18B20 với bit LSB của byte 2, sau khi ghi dữ liệu có thể được đọc lại
thơng qua lệnh Read Scratchpad [BEh] và khi đọc Scratchpad thì bit LSB của byte 0 sẽ
được gửi đi trước tất cả các byte đều được đọc, nhưng chỉ ghi được byte 2,3 và 4. Để
chuyển giá trị TH và TL từ bộ nhờ vào EEPROM thì cần gửi lệnh Copy Scratchpad [48h]
đến DS1820. Và dữ liệu từ EPROM cũng có thể được chuyển vào thanh ghi TH,TL thông
qua lệnh Recall E2 [B8h].

8

1.2.3. Cảm biến nhiệt độ TMP36
Cảm biến TMP36 là một cảm biến nhiệt độ điện áp thấp. Mà ngõ ra điện áp là tuyến

tính theo tỉ lệ với nhiệt độ C và nhiệt độ K. LM36 khơng u cầu phải có thêm mạch tinh
chỉnh bên ngồi để cung cấp độ chính xác ở nhiệt độ phòng.

Hình 1.4. Cảm biến nhiệt độ TMP 36.
Các tính năng của TMP 36:

+ Điện áp nuôi: từ 2.7 V đến 5.5 V.
+ Hệ số tỷ lệ ngõ ra: 10mV/oC.
+ Dải nhiệt độ đo:  400 C đến 1250 C .
+ Cường độ dòng điện cung cấp: 50 µA.
+) Tính tốn nhiệt độ
Ta có ở nhiệt độ 25oC thì điện áp đầu ra U (mV) = 750 mV [8].

Hình 1.5. Điện áp ra và nhiệt độ của cảm biến TMP 36

9

Ta có cơng thức nhiệt độ như sau : t + 50 oC = U (mV)/K (1)
Trong đó:

+ t là nhiệt độ môi trường [K]
+ K là hệ số tỷ lệ đầu ra của TMP36: K = 10mV/°C
Ta có hàm truyền sau:

Hình 1.6. Hàm truyền tính tốn giá trị nhiệt độ.

Từ hàm truyền trên ta có : U (mV) = t*K (2)

Thay (1) vào (2) ta được: U (mV)= (t + 50oC)*10mV/°C (3)

Trong XBee có ADC = 10 bit. Mà giá trị đầu vào analog không thể đọc lớn hơn 1.2

V.
Ta có bước thay đổi: n = 1200 mV

1023

Giá trị ADC đo được từ giá trị điện áp đầu vào:
ADC_value = U/n = ((t+50oC)*10 mV/°C)/ 1200 mV (4)

1023

Suy ra giá trị nhiệt độ đo được: t = (ADCvalue*1200)/(10*1023) – 50 (5)

 Sai số của hệ thống đo

+ Tại 0 độ C thì điện áp của TMP 36 là 500 mV.

+ Tại 100 độ C thì điện áp của TMP là 1500 mV.

=> Giải điện áp ADC biến đổi là: 1500 - 500 = 1000 (mV). (6)
+ ADC 10 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 1200 (mV). (7)

1023

Vậy sai số của hệ thống đo là : Y = (1.17/1000)*100 = 0.117 %. (8)

1.2.4. Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11

Lựa chọn cảm biến DHT11 để cảm biến nhiệt độ, độ ẩm trong môi trường rất thông

dụng hiện nay vì chi phí rẻ và rất dễ lấy dữ liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp

digital 1-wire truyền dữ liệu duy nhất). Cảm biến được tích hợp bộ tiền xử lý tín hiệu

giúp dữ liệu nhận về được chính xác mà khơng cần phải qua bất kỳ tính toán nào [14].

10

Hình 1.7. Cảm biến DHT11

 Chức năng 3 dây ngõ ra :

+ VCC : nguồn : 5 VDC
+ DATA : chân dữ liệu OUT
+ GND: chân Mass

 Thông số kỹ thuật :

+ Điện áp hoạt động: 5VDC
+ Chuẩn giao tiếp: TTL, 1 wire.
+ Khoảng đo độ ẩm: 20%-80%RH sai số ± 5%RH
+ Khoảng đo nhiệt độ: 0-50°C sai số ± 2°C
+ Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây / lần)
+ Kích thước: 28mm x 12mm x10m
1.2.5. Cảm biến nhiệt độ PT100
Lựa chọn cảm biến nhiệt độ pt100 loại độ C để đo nhiệt độ ở ngồi mơi trường vì
cảm biến có chất lượng tốt, sai số nhỏ, độ bền cao.
Cảm biến nhiệt độ thermocouple RTD PT100 loại A là loại với sai số rất nhỏ chỉ từ
0.15 độ C trở xuống, khoảng đo từ -50 đến 200 độ C. Ngoài ra dây cảm biến được làm
bằng chất liệu Teflon cho độ bền, độ chịu nhiệt và độ cách nhiệt cao, đầu cảm biến được
làm bằng thép không gỉ 304 và đổ keo đặc chống nước.

11

Hình 1.8. Cảm biến nhiệt độ PT100

 Chức năng 3 dây ngõ ra :

+ Màu đỏ : nguồn : 5 - 24V
+ Dây đen : GND (mass)
+ Dây trắng: tín hiệu

 Công thức lưu lượng :

Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:
Rt = R0 ( 1+ AT+BT2+C(T-100)T3)
Trong đó:
A=3.9083x10-3
B=5.775x10-7
C=-4.183x10-12 ( t<0oC) , C=0 ( t>0oC)

 Thơng số kỹ thuật :
+ Cảm biến nhiệt độ thermocouple RTD PT100 loại A 1m.
+ Có đầu dị bằng thép khơng gỉ 304 đổ keo chống nước.
+ Dây dẫn bằng Teflon dài 1m.
+ Nhiệt độ hoạt động: từ -50 đến 200 độ C.
+ Độ sai số < 0.15 độ C.
+ 3 lõi dây.
+ Đường kính đầu dị 4mm

12

1.3. Ứng dụng
1.3.1. Ứng dụng cảm biến nhiện độ trong dân dụng.

Mô tả hệ thống
Quy trình đo đạc các thông số môi trường nước (nhiệt độ, pH, độ đục) và cho ra kết
quả ở màn hình LCD bắt đầu bằng việc các cảm biến sẽ thu thập số liệu từ môi trường
nước; các số liệu này sẽ được đưa vào Arduino nano. Arduino nano sẽ nhận các dữ liệu
đo được từ cảm biến và xuất các dữ liệu đó lên màn hình LCD.
Lý do thiết kế hệ thống:
- Cập nhật được thông số môi trường nước một cách nhanh chóng.
- Có thể ứng dụng vào trong hệ thống khác ví dụ như kiểm tra chất lượng nước
uống….
Yêu cầu đối với hệ thống:
- Đo và hiển thị được các thông số môi trường nước lên LCD.
- Dễ thay thế khi hỏng.
Sơ đồ khối

Hình 1.9. Sơ đồ khối hệ thống

13

Chức năng và nhiệm vụ các khối:
- Khối cảm biến: Gồm các sensor đo nhiệt độ, nồng độ pH, độ đục có chức năng đo
và đưa dữ liệu đo được từ cảm biến vào Arduino Nano.
- Khối điều khiển: Sử dụng Arduino Nano để nhận và xuất các tín hiệu điều khiển
thiết bị điện.
- Khối hiển thị: Sử dụng LCD để hiển thị kết quả đo lường, tính tốn được.
- Khối nguồn: Sử dụng nguồn từ máy tính.
Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.10. Sơ đồ nguyên lý

14

Lưu đồ thuật toán

Hình 1.11. Lưu đồ thuật tốn thu thập giá trị pH, độ đục nước, nhiệt độ hiển thị lên
màn hình LCD

1.3.2. Ứng dụng cảm biến nhiện độ trong công nghiệp.
Khảo sát hệ thống SCADA dây chuyền lắp ráp sản phẩm ứng dụng cơng nghệ có dây
Khảo sát hệ thống dây chuyền lắp ráp sản phẩm tại C6 phòng thực hành C6.507

trường đại học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông Thái Nguyên.
Mơ hình hệ thống dây truyền như sau:

15

1

2 3 4 5 6

Hình 1.12. Mơ hình SCADA dây chuyền lắp ráp sản phẩm
Mơ hình bao gồm 5 trạm Slave và 1 Trạm Master. Mọi quá trình giám sát và điều
khiển được trạm Master giám sát được mơ tả theo mơ hình phân cấp mạng như sau:

1

5 6

2 3 4

Hình 1.13. Mơ hình mạng lắp SCADA dây chuyền lắp ráp sản phẩm

Trạm 1 (Master): trạm điều khiển hay còn gọi trạm trung tâm. Chức năng điều phối
hoạt động dây chuyền sản xuất và hiển thị lên màn hình.

16

Trạm 2 (Slave 1): trạm cung cấp và kiểm tra. Chức năng đưa nguyên liệu gia công
sản phẩm vào dây chuyền đồng thời kiểm tra chất liệu của nó qua các cảm biến.

Trạm 3 (Slave 2): trạm gia công sản phẩm. Chức năng gia công nguyên liệu thô của
trạm 1 qua các tay máy.

Trạm 4 (Slave 3): trạm tìm và lắp ráp sản phẩm. Chức năng tìm con linh kiện như
ốc vít, đai ốc... gắn vào những vị trí vừa được gia cơng ở trạm 2.

Trạm 5 (Slave 4): trạm tay máy. Chức năng dị tìm lắp ráp thêm những phần còn
thiếu của sản phẩm trạm 4 bằng cánh tay máy gắn cố định trên bàn máy.

Trạm 6 (Slave 5): trạm phân loại sản phẩm. Chức năng phân loại các sản phẩm trên
dây truyền thành từng loại riêng biệt và đưa xuống công đoạn kiểm tra.

Như vậy dây chuyền lắp ráp sản phẩm hoạt động theo từng bước qua các trạm từ
trạm 2 đến tạm 6 và được điều khiển từ trạm 1. Hoạt động của trạm trước là cầu nối nối
tiếp các hoạt động của trạm sau và được truyền thông theo chuẩn Profinet qua các cổng
mạng Ethernet. Việc kết nối các thiết bị qua mạng dây khiến cho dây chuyền lắp ráp được
cố định mất đi tính di động phạm vi truyền thơng ngắn đồng thời kết nối có dây khó khăn
khi đi dây và phải sử dụng các cổng mở rộng như Switch để kết nối nhiều thiết bị lại với
nhau, cồng kềnh mất đi mỹ quan của hệ thống.

Dựa trên thực tiễn đó, xây dựng một hệ thống SCADA khơng dây ứng dụng công
nghệ ZigBee. Hệ thống thu thập dữ liệu từ các nút cảm biến. Dữ liệu thông tin từ các nút

cảm biến đo được từ môi trường truyền lên các trạm trung tâm qua mạng không dây. Trạm
chủ tiếp nhận thơng tin xử lý ra đưa ra tín hiệu điều khiển cho các trạm chấp hành qua
mạng không dây. Các trạm chấp hành tiếp nhận thông tin điều khiển của trạm chủ, đưa ra
tín hiệu điều khiển thiết bị theo yêu cầu của trạm chủ.

Mơ hình hệ thống SCADA ứng dụng cơng nghệ khơng dây

17

1. DCN: Data Collection Node
2. GN: Gateway Node
3. CDN: Control Devices Node
Hình 1.14. Sơ đồ hệ thống mạng truyền thông không dây
Xây dựng hệ thống SCADA không dây bao gồm 3 thiết bị chính sau:

 Data Collection Node (DCN - nút thu thập dữ liệu): kết nối với các thiết bị cảm

biến ngoại vi. Chức năng: thu thập dữ liệu từ các cảm biến, tính tốn các giá trị cần thiết
theo yêu cầu của từng bài toán. Xử lý, lưu trữ dữ liệu và gửi dữ liệu đó cho nút Gateway.

 Gateway Node (GN - nút điều khiển, giám sát): thu thập dữ liệu từ các Router rồi

đưa ra tín hiệu điều khiển cho các thiết bị, giám sát hoạt động của chúng. Gửi các tín hiệu
điều khiển cho các Control Devices.

 Control Devices Node (CDN – nút điều khiển các thiết bị chấp hành): nhận tín hiệu

điều khiển từ khối xử lý trung tâm, chuyển đổi đưa ra tín hiệu điều khiển cho các thiết bị
ngoại vi, các thiết bị hiện trường.

Các DCN, GN, CDN đều kết nối với module chuyển đổi để có thể thực hiện truyền
và nhận thơng tin qua mạng không dây ZigBee.

18

1.3.3. Ứng dụng cảm biến nhiện độ trong nông nghiệp
Khu vực nông nghệ công nghệ cao của Trường Đại học Công nghệ Thông tin và

Truyền thông được khánh thành vào tháng 11 năm 2015 do Vương quốc Bỉ tài trợ. Đây là
khu được xây dựng với mục đích phát triển các sản phẩm nơng nghiệp theo hướng ứng
dụng công nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến vào sản xuất.

Khu vực nông nghiệp công nghệ cao được chia thành hai khu:
+ Khu nhà kỹ thuật: diện tích hơn 20 m2 (4m x 5m), bên trong đặt các hệ thống điều
khiển có chức năng giám sát và vận hành các thiết bị bên trong và bên ngồi nhà kính.
+ Khu nhà kính: có diện tích 90 m2 (6m x 15m) được chia làm 3 khu, khu trồng rau
theo phương pháp thủy canh, khu trồng rau theo phương pháp sử dụng giá thể, khu trồng
dâu tây

Hình 1.15. Quang cảnh bên trong nhà kính
Cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt thì phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng trong
đó có rất quan trọng đó là các thơng số của mơi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nồng
độ EC, PH.

19

CHƯƠNG 2. CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC
2.1. Khái niệm chung

Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc là đo tốc độ quay của máy. Độ

an toàn cũng như chế độ làm việc của máy phụ thuộc rất lớn vào tốc độ quay. Trong trường
hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng thường chuyển về đo tốc độ quay. Bởi
vậy, các cảm biến đo vận tốc đóng vai trị rất quan trọng trong việc đo vận tốc.

Để đo vận tốc góc thường ứng dụng các phương pháp sau đây:
Sử dụng tốc độ kế vòng kiểu điện tử: nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tượng cảm
ứng điện từ. Cảm biến gồm có hai phần: phần cảm (nguồn từ thơng) và phần ứng (phần có
từ thơng đi qua). Khi có chuyển động tương ứng giữa phần cảm và phần ứng, từ thông đi
qua phần ứng biến thiên, trong phần ứng xuất hiện sức điện động cảm ứng xác định theo
công thức:

Thông thường từ thông qua phần ứng có dạng:

Trong đó x là biến số của vị trí thay đổi theo vị trí góc quay hoặc theo đường thẳng,
khi đó sức điện động e xuất hiện trong phần ứng có dạng:

Sức điện động này tỉ lệ với vận tốc cần đo.
Sử dụng tốc độ kế vòng loại xung: làm việc theo nguyên tắc đo tần số chuyển động
của phần tử chuyển động tuần hồn, ví dụ chuyển động quay. Cảm biến loại này thường có
một đĩa được mã hóa và gắn với trục quay, chẳng hạn gồm các phần trong suốt xen kẽ các
phần không trong suốt. Cho chùm sang chiếu qua đĩa đến một đầu thu quang, xung điện
lấy từ đầu thu quang có tần số tỉ lệ với vận tốc quay cần đo.

20