Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông ứng dụng để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều

Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

1. Mục đích
Trong các ngành cơng nghiệp sản xuất và đời sống, công tác điều khiển và vận
hành hiệu quả các thiết bị nhằm tăng khả năng sản xuất, tăng chất lượng đồng thời
tiết kiệm được chi phí sane xuất cũng như mọi chi phí cho việc bảo dưỡng thiết bị sản
xuất giữ một vai trò rất quan trọng. Xuất phát từ những yêu cầu đó điện tử tự động hóa
ra đời song song với sự ra đời của điện tử tự động hóa là sự ra đời và cải tiến khơng
nghừng của máy tính. Nhớ máy vi tính mà chúng ta có thể làm được nhiều công việc
mà không phải tốn nhiều công sức. Để khai thác được những ưu điểm đó điện tử tự
động hóa đã có sự bắt tay với máy tính, do đó công việc điều khiển các thiết bị điện trở
nên đơn giản và tiện hơn.
Điều khiển máy điện là ot lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng các thiết bị, khí cụ và
sơ đồ điều khiển để phục vụ các nhu cầu thay đổi các đại lượng của chuyển động như
momen, tốc độ hay điều khiển vị trí tùy theo các yêu cầu phát sinh của mỗi loại hình
sản xuất.
Động cơ một chiều được sử dụng từ lâu trong các hệ truyền động có điều khiển
tốc độ yêu cầu dải điều chỉnh lớn, độ ổn định tốc độ cao và các hệ thường xuyên hoạt
động ở chế độ khởi động, hãm và đảo chiều. Nhờ có đặc tính điều chỉnh tốc độ tốt nên
được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp. Một số ứng dụng quan trọng của động cơ
một chiều như truyền động cho xe điện, má công cụ, máy nâng vận chuyển, mày
nghiền...
Truyền động điện tốc độ chiếm phần lớn các ứng dụng của điều khiển đại lượng
chuyển động. Trong các loại điều khiển như vậy thường gồm có các động cơ chấp
hành, các bộ biến đổi công suất và các hệ thống điều khiển số. Đương nhiên phải có
các bộ lọc nguồn đầu vào và đạt tiêu chauanr lọc nhiễu điện từ.
Để thay đổi tốc độ , các động cơ xoay chiều đòi hỏi phải thay đổi biên độ điện áp và
tần số trong khi động cơ một chiều chỉ cần thay đổi mỗi điện áp một chiều thì bộ
chuyển mạch cơ khí của động cơ một chiều làm thay đổi tần số theo.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

1


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

Các động cơ xoay chiều hầu hết khơng có chổi than, chi phsi ban đầu và chi phsi
bảo dưỡng thấp hơn động cơ một chiều. Tùy vào các uwngs dụng mà việc chọn lựa loại
động cơ nào được sử dụng phụ thuộc vào khách hàng.
Trong phạm vi bài báo cáo này, em xin trình bày vấn đề về điều khiển tốc độ
động cơ một chiều dùng hệ thống truyền thông.
2. Yêu cầu


Mạng truyền thông công nghiệp trên chúng ta mong muốn đạt được những yêu
cầu như sau:
 Độ chính xác cao, làm việc ổn định.



Các chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá hệ thống điều chỉnh tốc độ
 Hướng điều chỉnh tốc độ là ta có thể điều chỉnh để có được tốc độ lớn hơn
hay bé hơn so với tốc độ cơ bản là tốc độ làm việc của động cơ điện trên
đường đặc tính cơ tự nhiên.
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ (Dãy điều chỉnh):
 Phạm vi điều chỉnh tốc độ D là tỉ số giữa tốc độ lớn nhất nmax và tốc độ bé
nhất nmin mà người ta có thể điều chỉnh được tại giá trị phụ tải là định mức:
D

=

nmax/nmin.

Trong

đó:

- nmax: Được giới hạn bởi độ bền cơ học.
- nmin: Được giới hạn bởi phạm vi cho phép của động cơ, thông thường
người ta chọn nmin làm đơn vị.Phạm vi điều chỉnh càng lớn thì càng tốt và phụ
thuộc vào yêu cầu của từng hệ thống, khả năng từng phương pháp điều chỉnh

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

2


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3. Lựa chọn phương pháp xây dựng
3.1 Xây dựng cấu trúc mạng
Cấu trúc mạng là sự sắp xếp các phần tử khác nhau (liên kết mạng, nút mạng...) của
một mạng máy tính.
3.1.1 Các dạng cấu trúc
3.1.1.1 Cấu trúc dạng bus

Hình 1.1 Các dạng cấu trúc dạng bus

-

-

Ưu điểm:


Tiết kiệm dây dẫn, công lắp đặt.



Đơn giản, dễ lắp đặt.



Một trạm hỏng hóc khơng gây ảnh hưởng tới phần còn lại.



Cho phép thay thế trạm khi các trạm khác vẫn làm việc.

Khuyết điểm:


Một tín hiệu gửi đi có thể tới tất cả các trạm và với một trình tự khơng

kiểm sốt được.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

3


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.



Phải hạn chế số trạm trong một đoạn mạng, khi cần mở rộng mạng phải

dùng tới các bộ lặp.


Chiều dài dây dẫn lớn gây giảm chất lượng tín hiệu.



Việc xác định vị trí gây lỗi khi gặp sự cố khó khăn.



Khó khăn trong việc áp dụng cơng nghệ truyền tín hiệu mới như cáp

quang.
-

Ứng dụng: Profibus, CAN, WorldFIP, AS-I, Ethernet

3.1.1.2 Cấu trúc mạch vịng tích cực

Hình 1.2 các dạng cấu trúc mạch vonhf tích cực
-

Ưu điểm:


Có thể thực hiện với khoảng cách và số trạm lớn.



Biện pháp tránh xung đột được thực hiện đơn giản.



Thích hợp cho việc sử dụng các phương tiện truyền tín hiệu hiện đại như

cáp quang, tia hồng ngoại.

-

Có khả năng xác định vị trí sảy ra sự cố.

Nhược điểm:


Một trạm hỏng sẽ gây ảnh hưởng đến tồn hệ thống, do đó cần có biện

pháp xử lý khi gặp sự cố: dùng đường dây phụ, dùng chuyển mạch tự động.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

4


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

-

Ứng dụng:


Trong các hệ thống có độ tin cậy cao như: Interbus, Token – Ring, FDDI.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

5


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3.1.1.3 Cấu trúc hình sao
Là một cấu trúc mạng có một trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả các nút khác,
nút này sẽ điều khiển hoạt động truyền thơng của tồn mạng.

Hình 1.3 cấu trúc hình sao
-

-

Ưu điểm:


Thiết lập mạng đơn giản, dễ dàng cấu hình lại mạng (thêm, bớt các trạm).



Dễ dàng kiểm soát và khắc phục sự cố.



Tận dụng được tối đa tốc độ truyền của đường truyền vật lý.

Khuyết điểm:


Độ dài đường truyền nối một trạm với thiết bị trung tâm bị hạn chế (trong

vịng 100m, với cơng nghệ hiện nay).
-

Ứng dụng:


Trong phạm vi nhỏ.



Mở rộng các cấu trúc khác.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

6


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3.1.1.4 Cấu trúc hình cây

Hình 1.4 Cấu trúc hình cây
-

Đặc điểm:



Khơng phải là cấu trúc cơ bản.



Là sự liên kết của nhiều mạng con với các cấu trúc khác nhau thông qua các bộ

liên kết mạng.
Đặc trưng là sự phân cấp đường dẫn.




Ứng dụng:
LonWorks, DeviceNet, AS-i.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

7


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3.1.2 Chọn cấu trúc mạng cho hệ thống
Trong hệ thống nhóm đã chọn dạng cấu trúc bus cho hệ thống vì: Cấu trúc này
rất đơn gian, tất cả các thành viên của mạng điều được nối trực tiếp với một đường
thẳng chung => tiết kiệm được dây dẫn và công lắp đạt.
Nguyên tắc làm việc: Tại một thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong
mạng được gữi tín hiệu, cịn các thành viên khác chỉ có quyền nhận.


Gữi tín hiệu: Dữ liệu mạng ở hình thái tín hiệu điện tử được gữi tới các máy tính
trên mạng, tuy nhiên thơng tin chỉ được máy tính có địa chỉ so khớp với địa chỉ
mã hóa trong tín hiệu gốc chấp nhận. Mỗi lần chỉ có một máy có thể phát thơng
điệp.



Dội tín hiệu: Do tín hiệu tức tín hiệu điện từ được gữi lên tồn mạng nên dữ liệu
sẽ đi từ đầu cáp này tới đầu cáp kia. Nếu tín hiệu được phép tiếp tục khơng
ngừng, nó sẽ dội lại trong dây cáp và nó ngăn khơng cho máy tính khác được
gữi tín hiệu. Do đó tín hiệu phải bị chặn lại sau khi đến được đúng đích. Để tín

hiệu khơng dội lại thì có một thiết bị gọi là terminator (điện trở cuối) được đặt ở
mỗi đầu cáp để hấp thụ các tín hiệu tự do. Việc hấp thụ sẽ làm thông cáp và cho
phép máy tính khác có thể gữi tín hiệu.

Kết luận 1: Từ những phân tích như trên, để phù hợp với mục đích, u cầu của hệ
thống, nhóm lựa chọn cấu trúc bus theo kiểu Trunk-line để sử dụng cho hệ thống.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

8


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3.2 Chọn kỹ thuật truyền dẫn
3.2.1 Các phương pháp truyền dẫn
3.2.1.1 Phương pháp truyền dẫn RS232
-

Ưu điểm


Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao.



Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp

điện.



Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua công

nối tiếp.
-

-

Nhược điểm


RS-232 chỉ đấu ghép điểm- điểm, trực tiếp giữa 2 đối tác truyền thơng.



RS-323 cho phép truyền tín hiệu xa kém.



RS-232 tốc độ truyền không cao.

Ứng dụng


Kết nối với các thiết bị điều khiển (các cổng RS-232, RS-422...) trong

ngành tự động hoá điều khiển.


Kết nối với các thiết bị điện tử dân dụng.

3.2.1.2 Phương pháp truyền dẫn RS422
-

-

Ưu điểm


Giao tiếp trong cả hai hướng cùng một lúc.



Cho phép nhiều người nhận.



Thu phân, điều khiển phân và dữ liệu giá cao (10 megabaud tại 12 mét).

Nhược điểm


RS-422 không thể thực hiện một mạng lưới thông tin liên lạc thực sự đa

điểm.


RS-422/V.11 không cho phép nhiều trình điều khiển.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

9


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

-

Ứng dụng


RS-422 dây cáp dùng để làm bằng 2 bộ thường với mỗi cặp được bảo vệ,

và một dây nối đất.


Một sử dụng chung của RS-422 là dành cho bộ mở rộng.

3.2.1.2 Phương pháp truyền dẫn RS485
-

Ưu điểm


Chúng có thể được sử dụng có hiệu quả trên một khoảng cách dài và

trong các môi trường với tiếng ồn điện. Nhiều người nhận có thể được kết nối
với các trong một cấu hình Multi-drop.



RS-485 cho phép truyền tín hiệu xa hơn và tốc độ truyền cho phép cao.



RS-485 cho phép liên kết đa điểm, gồm nhiều đối tác truyền thơng trong

1 mạng.
-

Nhược điểm


RS-485 có một mạch điều khiển duy nhất mà khơng có thể được tắt, trình

điều khiển RS-485 cần phải được đặt trong chế độ truyền tải một cách rõ ràng.


Sao và vòng cấu trúc liên kết khơng được khuyến khích vì phản xạ tín

hiệu hoặc q thấp hoặc cao chấm dứt trở kháng.

-

RS-485 chỉ xác định đặc tính điện của máy phát điện và người nhận.

Ứng dụng


Tín hiệu RS-485 được sử dụng trong một loạt các hệ thống máy tính và

tự động hóa.


RS-485 được sử dụng cho tốc độ truyền dữ liệu thấp trong thương mại

cabin máy bay.


RS-485 cũng được sử dụng trong như hệ thống dây điện xe buýt đơn

giản và chiều dài cáp dài là lý tưởng cho việc gia nhập các thiết bị từ xa.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

10


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3.2.2 Lựa chọn phương pháp truyền dẫn
So sánh RS232 với RS485


RS-232 có định nghĩa chuẩn giao diện cơ học (giắc cắm), ở các máy tính PC đều
có cổng truyền thông theo chuẩn RS-232 mà ta hay gọi là cổng COM.



Cái khác nhau chính giữa RS-232 và RS-485 là ở phương thức truyền dẫn tín
hiệu.



RS-232 trong cấu hình đấu ghép tối thiểu sử dụng 3 dây: TX(truyền), RX(nhận)
và GND (đất), trong đó trạng thái logic của tín hiệu sử dụng mức chênh áp giữa
TX hoặc RX so với dây đất GND.



RS-485 sử dụng chênh lệch điện áp giữa 2 dây A và B để phân biệt logic 0 và 1,
chứ khơng so với đất. Khi truyền tín hiệu xa, nếu có sụt áp thì đồng thời sụt trên
cả 2 dây nên tín hiệu vẫn đảm bảo.



Do vậy RS-485 cho phép truyền tín hiệu xa hơn và tốc độ truyền cho phép cũng
cao hơn RS-232.
Thêm nữa RS-485 cho phép liên kết đa điểm, gồm nhiều đối tác truyền thông

trong 1 mạng, RS-232 chỉ đấu ghép điểm- điểm, trực tiếp giữa 2 đối tác truyền thơng.
Nhưng u cầu tính thực tế với sinh viên nên nhóm đã chọn RS232 để áp dụng.
Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụng
điều khiển, đo lường... Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật
được sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính. Nó là một chuẩn
giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị, chiều
dài kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi
khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

11


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3.2.2.1 Đặc điểm
RS-232 trong cấu hình đấu ghép tối thiểu sử dụng 3 dây: TX(truyền), RX(nhận)
và GND (đất), trong đó trạng thái logic của tín hiệu sử dụng mức chênh áp giữa TX
hoặc RX so với dây đất GND.

Hình 1.5 Thứ tự các chân cổng com
Trong đó:
- TxD: Dữ liệu được truyền đi từ Modem trên mạng điện thoại.
- RxD: Dữ liệu được thu bởi Modem trên mạng điện thoại.
Các đường báo thiết bị sẵn sàng:
- DSR: Để báo rằng Modem đã sẵn sàng.
- DTR: Để báo rằng thiết bị đầu cuối đã sẵn sàng.
- Các đường bắt tay bán song công.
- RTS: Để báo rằng thiết bị đầu cuối yêu cầu phát dữ liệu.
- CTS: Modem đáp ứng nhu cầu cần gửi dữ liệu của thiết bị đầu cuối cho thiết bị đầu
cuối có thể sử dụng kênh truyền dữ liệu. Các đường trạng thái sóng mang và tín hiệu
điện thoại.
- CD: Modem báo cho thiết bị đầu cuối biết rằng đã nhận được một sóng mang hợp lệ
từ mạng điện thoại.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

12


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

- RI: Các Modem tự động trả lời báo rằng đã phát hiện chuông từ mạng điện thoại địa
chỉ đầu tiên có thể tới được của cổng nối tiếp được gọi là địa chỉ cơ bản (Basic
Address). Các địa chỉ ghi tiếp theo được đặt tới bằng việc cộng thêm số thanh ghi đã
gặp của bộ UART vào địa chỉ cơ bản.
3.2.2.2 Quá trình truyền dữ liệu
Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ. Do vậy
nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự). Bộ truyền gửi một bit bắt
đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền
bit tiếp theo . Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0. Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits
data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu). Sau đó là một
Parity bit (Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng - bit stop có thể là
1, 1,5 hay 2 bit dừng).
3.2.2.3 Tốc độ Baud
Đây là một tham số đặc trưng của RS232. Tham số này chính là đặc trưng cho
q trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay còn
gọi là tốc độ bit. Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây
hay số bit truyền được trong thời gian 1 giây. Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên
phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau (Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính
phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit).
Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800,
9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200… Trong thiết bị họ thường dùng tốc độ là
19200.
Kết luận 2: Sau khi tìm hiểu các phương pháp truyền dẫn, nhóm lựa chọn phương

pháp phổ biến nhất hiện nay là phương pháp truyền dẫn RS232 để nghiên cứu, ứng
dụng cho bài báo cáo.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

13


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

3.3 Lựa chọn giao thức
3.3.1 Các loại giao thức
3.3.1.1 Giao thức cấp cao
HTTP-Giao thức truyền siêu văn bản
-

Đặc điểm
HTTP là một giao thức được sử dụng bởi các ứng dụng web. HTTP là một giao

thức có độ tin cậy cao, được cài đặt dựa trên nền giao thức TCP. HTTP được sử dụng
để truyền các tệp tin qua mạng.
-

Ứng dụng:

-

Nó có các đặc trưng như đệm dữ liệu, định danh các ứng dụng Client, hỗ trợ cho
các định dạng kèm theo khác, như MIME...

3.3.1.2 Giao thức cấp thấp.
3.3.1.2.1 Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver/ Transmitter)


Đặc điểm
Là một mạch vi điện tử được sử dụng rất rộng rãi cho việc truyền bit nối tiếp

cũng như chuyển đổi song song/nối tiếp giữa đường truyền và bus máy tính. UART
cho phép lựa chon giữa chế độ truyền một chiều, hai chiều đồng bộ hoặc hai chiều
không đồng bộ. Việc truyền tải được thực hiện theo từng ký tự 7 hoặc 8 bit, được bổ

MSB

sung 2 bit đánh dấu đầu và cuối và một bit kiểm tra lỗi chẵn lẻ.

Start

Khung truyền của UART
0

1

2

3

4

5

6

LSB

7

p

stop

MSB

0

Hình 1.6 Ví dụ minh họa kí tự 8 bit khung truyền UART

1

Trong khung truyền của giao thức UART gồm bit khởi đầu bao giờ cũng là bit
0, bit kết thúc bao giờ cũng là bit 1.8 bit dữ liệu và 1 bit parity.
Giá trị của bit chẵn lẻ p còn phụ thược vào cách chọn:
GVHD: Vũ Quốc Tuấn

14


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

 Nếu chọn parity chẵn, thì P bằng 0 khi tổng số bít 1 là chẵn.
 Nếu chịn parity lẻ, thì P bằng 0 khi tổng số bit 1 là lẻ.


Nguyên lý hoạt động
Để bắt đầu cho việc truyền dữ liệu bằng UART, một START bit được gửi đi,

sau đó là các bit dữ liệu và kết thúc quá trình truyền là STOP bit. Khi ở trạng thái chờ
mức điện thế ở mức 1 (high). Khi bắt đầu truyền START bit sẻ chuyển từ 1 xuống 0
để báo hiệu cho bộ nhận là quá trình truyền dữ liệu sắp xảy ra. Sau START bit là đến
các bit dữ liệu D0-D7. Sau khi truyền hết dữ liệu thì đến Bit Parity để bộ nhận kiểm
tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền (vấn đề này mình sẽ giải thích rõ hơn trong tài liệu
CRC trong thời gian tới). Cuối cùng là STOP bit là 1 báo cho thiết bị rằng các bit đã
được gửi xong. Thiết bị nhận sẽ tiến hành kiểm tra khung truyền nhằm đảm báo tính
đúng đắn của dữ liệu.
3.3.1.2.1 Giao thức TCP/IP
Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và Internet và được dùng
như giao thức mạng và vận chuyển trên mạng Internet. TCP (Transmission Control
Protocol) là giao thức thuộc tầng vận chuyển và IP (Internet Protocol) là giao thức
thuộc tầng mạng của mơ hình OSI. Họ giao thức TCP/IP hiện nay là giao thức được sử
dụng rộng rãi nhất để liên kết các máy tính và các mạng.
3.3.2 Trong hệ thống này chúng ta chọn giao thức mạng là giao thức TCP/IP và
giao thức điều khiền là giao thức UART.


Giao thức TCP/IP
Hiện nay các máy tính của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thức TCP/IP

để liên kết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác nhau. Giao thức
TCP/IP thực chất là một họ giao thức cho phép các hệ thống mạng cùng làm việc với

nhau thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng. TCP/IP là 1 "Cụm
giao thức", nhưng hầu hết chúng ta vẫn chỉ gọi là giao thức TCP/IP. Đúng như cái tên

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

15


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

của nó chúng ta hiểu nó là hai giao thức khác nhau: TCP (Transmission Control
Protocol – Giao thức điều khiển truyền ) và IP (Internet Protocol – Giao thức Internet).



Cấu trúc của TCP/IP

Hình

1.7 Cấu

trúc của

TCP/IP

Bảng

1.1 giải

thích

các lớp

TCP/IP
Cấu trúc TCP/IP

Chức năng
Hỗ trợ cần thiếc cho nhiều ứng dụng khác
nhau
FTP(chuyển giao file),FNS ( quản lý và

Lớp ứng dụng

tra cứu danh sách tên và địa chỉ Internet),
TELNET(cho làm việc với trạm chủ từ
xa),SMTP(cho chuyển thư điện tử),
SNMP(cho quản trị mạng).
Theo cơ chế bảo đảm dữ liệ được vận
chuyển một cách tin cậy hồn tồn khơng
phụ thuộc vào đặc tính của các úng dụng

Lớp vận chuyển

sử dụng tài liệu: TCP(hỗ trợ việc trao đổi
dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối), UDP(hỗ
trợ việc trao đổi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

16


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

có nối).
Chuyển giao dữ liệu giữa nhiều mạng

Lớp Internet

được liên kết với nhau
Liên quan đến việc trao đổi dữ liệu giữa 2
trạm thiết bị trong cùng một mạng.(kiểm
Lớp truy nhập mạng

sốt truy nhập mơi trường truyền dẫn,
kiểm lỗi và lưu thông dữ liệu).
Đề cập đến giao diện vật lý giwaux một
thiết bị truyền dữ liệu (PC, PLC) với mơi

Lớp vật lý

trường dẫn hay mạng, trong đó có đặc tính
tín hiệu chế độ truyền, tốc độ truyền, cấu
trức cơ học các phích cắm/giắc cắm.



Địa chỉ IP:

Mỗi địa chỉ IP được chia thành 2 phần : Phần địa chỉ mạng (Net ID) và
phần địa chỉ trạm (Host ID).

 Net ID: Dùng để nhận dạng những hệ thống trong cùng 1 khu vực vật lý còn
được gọi là Phân Đoạn (Segment). Mọi hệ thống trong cùng 1 Phân Đoạn phải
có cùng Địa Chỉ Mạng và Phần địa chỉ này phải là duy nhất trong số các mạng
hiện có.
 Host ID: Dùng để nhận dạng 1 trạm làm việc, 1 máy chủ, 1 Router hoặc 1 trạm
TCP/IP trong 1 phân đoạn. Phần địa chỉ trạm cũng phải là duy nhất trong 1
mạng.


Lớp địa chỉ:
 Có 5 lớp địa chỉ IP để tạo các mạng có kích thước khác nhau gồm: Lớp A,
Lớp B, Lớp C, Lớp D, Lớp E.
 TCP/IP hỗ trợ gán địa chỉ lớp A, lớp B, lớp C cho các trạm.

 Các lớp này có chiều dài phần NET ID và HOST ID khác nhau nên số lượng
mạng và số lượng Trạm trên mỗi mạng cũng khác nhau.
GVHD: Vũ Quốc Tuấn

17


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.



Subnet Mask:

 Để biết Trạm đích thuộc Mạng cục bộ hay ở xa. Trạm nguồn cần 1 thơng tin
khác. Thơng tin này chính là Subnet Mask.
 Subnet Mask là 1 địa chỉ 32 bit được sử dụng để che 1 phần của địa chỉ IP.
Bằng cách này các máy tính có thể xác định đâu là Net ID và đâu là Host ID
trong 1 địa chỉ IP.

 Mỗi Trạm trong mạng TCP/IP yêu cầu có 1 Subnet Mask.Nó được gọi là
Subnet Mask mặc định, nếu nó chưa được chia Subnet (và vì vậy nó chỉ có 1
Subnet Đơn), và được gọi là Subnet Mask tùy ý nếu nó được chia thành
nhiều Subnet.
Kết luận 3: Từ những phân tích như trên, để phù hợp với mục đích, yêu cầu của hệ
thống, nhóm lựa chọn phương pháp truyền dữ liệu phổ biến hiện nay để ứng dụng cho
hệ thống là TCP/IP VÀ UART.
3.4 Phương pháp truy cập bus
3.4.1 Các phương pháp truy cập bus
3.4.1.1 Phương pháp chủ tớ (Master/Slave)


Ưu điểm
 Việc kết nối với các trạm tớ đơn giản, đỡ tốn kém, việc tích hợp thêm chức
năng sử lý truyền thông đơn giản.



Nhược điểm


Hiệu suất trao đổi thông tin giữa các trạm không cao do dữ liệu đi qua

trạm chủ.




Độ tin cậy cảu hệ thống truyền thông phụ thuộc hoàn toàn vào trạm chủ.

Ứng dụng: Trong hệ thống bus cấp thấp.

3.4.1.2 Phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access)
-

Nguyên tắc làm việc


Mỗi trạm được phân chia một thời gian truy cập bus.

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

18


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

-



Có thể có hoặc khơng có trạm chủ.



Có tính năng thời gian thực.

Ứng dụng


Trong các ứng dụng thời gian thực.



Kết hợp với phương pháp Master/Slave.

3.4.1.3 Phương pháp Token Passing
-

Ưu điểm:


Các trạm tớ không những được quyền gữi thơng tin đi, mà cịn có thể có

via trị kiểm soát sự hoạt động một số trạm khác.
-

Nhược điểm


Mỗi trạm được quyền truy cập bus và gữi thông tin đi chỉ trong thời gian

nhất định.
3.4.1.4 Phương pháp CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision

Detection)
-

Ưu điểm


Tính chất đơn giản, linh hoạt.



Việc ghép thêm hay bỏ đi trạm trong mạng không ảnh hưởng gì tới hoạt

động của hệ thống.
-

Nhược điểm


Tính bất định của thời gian phản ứng.



Các trạm điều bình đẳng như nhau nên q trình chờ một trạm có thể lặp

đi, lặp lại, khơng xác định được tương đối chính xác thời gian.

-

Hiệu suất sử dụng đường truyền thấp.

Ứng dụng


Ứng dụng rộng rãi trong mạng Ethernet.

3.4.2 Lựa chọn phương pháp
Trong hệ thống này nhóm chọn phương pháp Master/Slave

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

19


Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thiết kế 1 hệ thống truyền thông. Ứng dụng để điều khiển
tốc độ động cơ điện một chiều.

Hình 1.8 Sơ đồ truyền dẫn phương pháp Master/Slave
-

Nguyên tắc làm việc:


Trạm chủ (Master): Có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy cập

cho các trạm tớ (Slave)


Trạm chủ có thể sử dụng phương pháp hỏi vịng tuần tự (polling) theo

chu kỳ để kiểm soát hệ thống



Trạm tớ (Slave): Đóng vai trị bị động, chỉ có quyền truy cập BUS và gửi

tín hiệu khi co u cầu


Trình tự tham gia giao tiếp của các trạm tớ được người sử dụng quy định

trước (tiền định) bằng các công cụ tạo lập cấu hình => tính năng thời gian thực
Kết luận 4: Từ những phân tích như trên, để phù hợp với mục đích, u cầu của hệ
thống, nhóm lựa chọn phương pháp truyền dữ liệu theo dạng Master/Slave để ứng dụng
cho hệ thống.
3.5 Bảo toàn dữ liệu
3.5.1 Các phương bảo toàn dữ liệu
-

Parity một chiều và hai chiều.

-

CRC.

-

Nhồi bit.

3.5.1.1 Bit chẵn lẽ một chiều (Parity bit)

GVHD: Vũ Quốc Tuấn

20