Hệ thống thu thập dữ liệu và truyền thông qua mạng không dây (tt)

HỆ THỐNG
THU THẬP DỮ LIỆU VÀ TRUYỀN THÔNG QUA MẠNG KHÔNG DÂY
Hoàng Trọng Đại, Khoa Cơ điện – Điện tử, Trường ĐH Lạc Hồng
Nguyễn Văn Hùng, Khoa Cơ điện – Điện tử, Trường ĐH Lạc Hồng

Tóm tắt: Bài báo đề cập đến việc nghiên cứu thiết kế hệ thống các bộ đếm và thu thập
dữ liệu của các bộ đếm qua mạng không dây theo chuẩn Master-Slave. Dữ liệu thu thập
được về Master được thể hiện lên máy tính trong phần mềm thu thập dữ liệu được viết
bằng phần mềm Microsoft C#. Phần mềm này có khả năng sắp xếp dữ liệu theo đơn
hàng, theo ngày, tháng,… và có thể xuất ra định dạng excel để có thể xử lý trong các
phần mềm tiêu chuẩn khác.
1. Đặt vấn đề
1.1. Lý do và mục đích nghiên cứu.
Trong thời gian thực tập tại Công Ty TM-DV-SX Tự động AZ, nhóm đã được
giới thiệu tới Công Ty Tae Kwang Vina chuyên sản xuất giày cho nhãn hàng NIKE
tại khu công nghiệp Biên Hòa II-Đồng Nai. Bài toán của công ty đặt ra cho nhóm là
Thiết kế thi công bộ đếm có chức năng truyền dữ liệu đếm ở các máy cắt thủy lực về
trung tâm, và viết phần mềm thực hiện thu thập dữ liệu phục vụ cho các bộ phận chức
năng khác của công ty.
Quá trình khảo sát thực tế nhóm nhận thấy những vấn đề tồn tại như: công nhân
phải thực hiện đồng thời cắt và đếm liên tục trong ca sản xuất dẫn tới sai sót đơn hàng
khi thực hiện đếm thủ công, không quản lý được sản lượng của mỗi máy dập…Kết
hợp với các yêu cầu trực tiếp của công ty Tae Kwang Vina, nhóm đề ra nhiệm vụ của
hệ thống như sau:
1. Thiết bị lắp đặt ở các máy cắt :
a. Cho phép thiết lập mã hàng, thiết lập số sản phẩm cần cắt, số lớp 1 lần cắt,
số miếng trên mỗi lần cắt, số đôi.
b. Cảnh báo khi còn 3 lần cắt.
c. Ngắt điều khiển việc cắt khi số hàng cắt đã hoàn tất.
d. Lưu trữ các thông số khi mất điện, nghỉ trưa,
e. Thực hiện truyền thông về cho thiết bị chủ.

2. Thiết bị thu thập dữ liệu :
a. Thực hiện quét dữ liệu từ 64 máy con theo chuẩn Master-Slave.
b. Thực hiện truyền dữ liệu thu thập được về máy tính theo chuẩn RS-232.
3. Phần mềm thu thập dữ liệu từ máy cắt :
a. Truyền dữ liệu yêu cầu truy cập dữ liệu xuống cho Master.
b. Sắp xếp dữ liệu nhận được từ các thiết bị Slave và lưu lại theo lựa chọn
của người dùng.
c. Cho phép truy xuất dữ liệu ra theo định dạng excel.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
 Tình hình trong nước: Đây là sản phẩm đặc trưng được thực hiện nghiên cứu
phát triển theo yêu cầu của công ty. Hiện chưa có sản phẩm cùng dạng trên thị trường.
 Tình hình ngoài nước: Quá trình tìm hiểu nghiên cứu, nhóm chưa thấy có dạng
sản phẩm với kiểu tương tự.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
 Khảo sát yêu cầu thực hiện đề tài ở công ty.
 Nghiên cứu lý thuyết không dây, thông số kỹ thuật thiết bị truyền thông RF.
 Nghiên cứu các phương thức truyền thông, xử lý nhiễu trên đường truyền và
chống thất thoát dữ liệu.
 Thiết kế board, lập trình các yêu cầu đặt ra.
2. Nội dung thực hiện.
2.1. Thiết kế các board mạch.
2.1.1. Board Slave
 Yêu cầu.
 Nhập dữ liệu từ bàn phím.
 Tính toán, báo hiệu khi đủ sản lượng.
 Lưu trữ dữ liệu đếm khi mất nguồn.
 Truyền thông với Master qua mạng không dây.
 Nhận tín hiệu đếm và nút nhấn từ bên ngoài.
 Dễ bảo trì, sửa chữa.
 Thẩm mỹ.

 Sơ đồ tổng quan của Slave

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan Slave
 Khung dữ liệu truyền nhận Master-slave.
Để đồng bộ khung truyền giữa Master và Slave phần lập trình ngoài quét
mã ID của các Slave được thêm vào các ký tự “*” để làm đầy khung truyền, mục
đích là khi gửi thì tất cả các Slave đều nhận được dữ liệu như nhau nhưng chỉ có
một Slave nhận được đúng mã ID trả lời tại một thời điểm. Ví dụ khung truyền
không được đồng bộ thì khi ta truyền nhận dữ liệu ta sẽ gặp trường hợp Slave
nhận đủ số byte và đúng mã ID thì Slave sẽ gửi lại Master, đồng thời các Slave
khác cũng sẽ nhận được dữ liệu từ Slave vừa gửi và khi nhận đủ số byte sẽ tiến
hành kiểm tra. Như vậy thì các dữ liệu nhận trong ngắt sẽ bị dồn dẫn đến Slave
kiểm tra không bao giờ đúng mã ID trong những lần tiếp theo, tất cả dữ liệu sẽ bị
đảo lộn.
- Byte 1: Ký tự “#”
- Byte 2: Mã ID của Slave tương ứng
- Byte 3: Ký tự “*”
- Byte 4: Ký tự “*”
- Byte 5: Ký tự “*”
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Modul RF

MCU
Cảm biến và
nút nhấn
Nhập liệu
Khối cảnh
báo
Khối hiển thị

Điều khiển
máy dập
- Byte 6: Ký tự “*”
- Byte 7: Ký tự “*”
- Byte 8: Ký tự “*”
- Byte 9: Ký tự “*”
- Byte 10: Ký tự “*”
 Giải thuật điều khiển.

Hình 2.2 Giải thuật điều khiển Slave
 Kết quả thực hiện.
Với những yêu cầu đặt ra của công ty Tae Kwang Vina, nhóm đã thiết kế
và hoàn thiện Slave đúng tiến độ, đưa vào sử dụng trong NOS Plant D của công
ty.
YES
NO
Begin
Nhập Production
Nhập Pieces/Prs
Tính toán
Nhập Layers
Báo hiệu

Nhập Pieces/Die
Hết sản
lượng?
End

Hình 2.3 Slave được lắp đặt tại công ty
2.1.2. Board Master
 Yêu cầu
 Thu thập dữ liệu từ các Slave.
 Gửi dữ liệu lên máy tính.
 Khoảng cách truyền từ đầu xưởng tới cuối xưởng là 140m.
 Sơ đồ tổng quan của Master


Hình 2.4 Sơ đồ tổng quan Master
 Khung dữ liệu truyền nhận Master-Máy tính.
*
8 bytes
!
8 bytes
…
!
#
Ký tự “*”, “#” dùng để nhận biết vị trí bắt đầu và kết thúc của khung
truyền, ký tự “!” để báo hiệu cho máy tính biết đã kết thúc dữ liệu của một Slave
và bắt đầu là dữ liệu của Slave kế tiếp. Số lượng byte mà máy tính thu được sau
mỗi lần gửi ký tự “?” xuống Main phụ thuộc vào số lượng Slave hiện có của hệ
thống. Khi máy tính nhận đầy đủ khung dữ liệu mới bắt đầu lọc lấy dữ liệu của
từng Slave chuyển sang số dạng thập phân hiển thị lên DataGridView của
Software.

 Kết quả thực hiện
Board Master đã thực hiện được chức năng thu thập dữ liệu từ các Slave
và gửi lên máy tính.
Khoảng truyền của hệ thống là 250m ở tốc độ baud là 9600bps. Muốn
khoảng cách truyền xa hơn ta có cấu hình tốc độ baud là 2400bps, lúc đó khoảng
cách truyền của hệ thống sẽ là 1000m.

Modul RF
MCU
Khối hiển
thị
Khối giao
tiếp máy tính

Hình 2.5 Board Master được sử dụng tại công ty
2.2. Phần mềm điều khiển
2.2.1. Yêu cầu
 Tự quét nhận cổng COM từ máy tính và hiển thị tình trạng kết nối lên màn
hình.
 Gửi mã reset các Slave khi bắt đầu ngày làm việc mới của công nhân.
 Gửi yêu cầu xuống Master truy xuất lấy dữ liệu của các Slave.
 Xử lý khung truyền nhận được.
 Dữ liệu lưu trong SQL EXPRESS.
 Có thể xuất file excel, pdf, word.
 Lọc dữ liệu theo ngày, theo tuần, theo tháng, theo đơn hàng…
2.2.2. Kết quả thực hiện
Giao diện phần mềm hiển thị dữ liệu:
 MachineID: là mã ID của Slave tương ứng.
 TotalStroke: Số lần dập của máy dập tại lần thu thập dữ liệu cuối cùng.
 TotalProduction: Tổng cộng các đơn hàng mà người công nhân nhập

một ngày.
 TotalDowTime: Thời gian nghỉ của máy.
 StartTime: Thời gian bắt đầu quét lấy dữ liệu của mỗi Slave.
 EndTime: Thời gian kết thúc của Slave sau một ngày làm việc.


Hình 2.6 Giao diện phần mềm

Hình 2.7 Giao diện phần mềm khi xuất file báo cáo
Ở giao diện này sau khi quản lý chọn ngày, tuần, tháng nhấn “Report”
màn hình sẽ hiển thị dữ liệu của ngày, tuần, tháng đã chọn. Ở mục “Save” cho
phép quản lý save file dạng excel, pdf, word.
3. Kết luận
- Hệ thống do nhóm phát triển đã đạt được tất cả các yêu cầu đặt ra ban đầu của
công ty và đã được đưa vào lắp đặt, sử dụng tại Plant D, công ty Teakwang Vina.
- Với việc sử dụng hệ thống, công nhân làm việc dễ dàng hơn, quản lý các chuyền
không cần xuống xưởng vẫn có thể quản lý sản lượng mỗi công nhân theo ngày, tuần,
tháng để từ đó phân chia sản lượng đơn hàng cho công nhân một cách hợp lý nhất.
- Trong thời gian tới nhóm sẽ tiến hành lắp đặt mở rộng toàn bộ hệ thống trên các
máy cắt khác tại NOS Plant D của công ty Tae Kwang Vina.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt:
[1] GS.Phạm Văn Ất (chủ biên) (2009), Giáo trình kỹ thuật lập trình C - Nxb Hồng
Đức.
[2] Th.S Tiêu Kim Cương (chủ biên) (2002), Giáo trình ngôn ngữ lập trình C-Nxb
Giáo Dục.
Tiếng Anh:
[1] Datasheet PIC16F887
[2] Datasheet dsPIC30F4011
[3] APC220-43 Manual

[4] John Sharp (2010), Microsoft Visual C# 2010 Step by Step.
Tham khảo trên Web:
[1]
[2]
[3] />the-dspic30f4011/
[4] />574
[5]