Điều khiển từ xa theo cơ chế Master-Slave
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn thì các phương pháp vi xử lý cũng mở ra một hướng phát triển mới đó là hình thành các họ vi điều khiển. Xét trong cấu trúc của một vi điều khiển thì ngoài khối trung tâm thực hiện chức năng nhiệm vụ của một vi xử lý, còn được tích hợp thêm các khối chức năng hỗ trợ để tạo thành một mạch điều khiển hoàn chỉnh. Ngoài đặc điểm công suất tiêu thụ thấp thì một......
Chuyªn ngµnh §iÖn tö
§iÒu khiÓn tõ xa theo c¬ chÕ master-slave
1.TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi
Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y cïng víi sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ
chÕ t¹o linh kiÖn b¸n dÉn th× c¸c ph¬ng ph¸p vi xö lý còng më ra mét híng ph¸t
triÓn míi ®ã lµ h×nh thµnh c¸c hä vi ®iÒu khiÓn. XÐt trong cÊu tróc cña mét vi
®iÒu khiÓn th× ngoµi khèi trung t©m thùc hiÖn chøc n¨ng nhiÖm vô cña mét vi
xö lý, cßn ®îc tÝch hîp thªm c¸c khèi chøc n¨ng hç trî ®Ó t¹o thµnh mét m¹ch
®iÒu khiÓn hoµn chØnh. Ngoµi ®Æc ®iÓm c«ng suÊt tiªu thô thÊp th× mét
®Æc tr ng næi bËt kh¸c cña c¸c vi ®iÒu khiÓn lµ kh¶ n¨ng cho phÐp ngêi sö
dông lËp tr×nh theo yªu cÇu dùa trªn tËp lÖnh riªng kh¸ phong phó. Nh÷ng
®Æc ®iÓm næi bËt nµy lµm cho c¸c hä vi ®iÒu khiÓn cã kh¶ n¨ng øng dông
réng r·i trong hÇu hÕt c¸c lÜnh vùc ®iÒu khiÓn tù ®éng.
Tuy nhiªn hiÖn nay nh÷ng hÖ thèng ®iÒu khiÓn tõ xa sö dông vi ®iÒu
khiÓn cã kÕt nèi víi m¸y tÝnh cho phÐp bËt t¾t, hÑn giê cha ®îc triÓn khai
nhiÒu, trong khi ®ã th× nhu cÇu vÒ nh÷ng hÖ thèng trªn ®ang ngµy cµng t¨ng.
Lý do chÝnh khiÕn c¸c hÖ thèng nµy cha ®îc phæ biÕn réng r·i lµ v× hiÖn t¹i
chi phÝ l¾p ®Æt, vËn hµnh, b¶o dìng cßn kh¸ cao. §Ó gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy
nhãm chóng em ®· m¹nh d¹n nghiªn cøu c¬ chÕ ®iÒu khiÓn tõ xa master-slave
®Ó øng dông vµo c¸c hÖ thèng cô thÓ.
2.Néi dung nghiªn cøu
2.1.S¬ ®å khèi cña hÖ thèng
Giao t iÕp
Vi ®iÒu Vi ®iÒu Vi ®iÒu
khiÓn 1 khiÓn 2 khiÓn 3
§iÒu khiÓn §iÒu khiÓn §iÒu khiÓn
t hiÕt bÞ t hiÕt bÞ t hiÕt bÞ
Häc viÖn C«ng nghÖ BC - VT ThiÕ
ThiÕ ThiÕ ThiÕ ThiÕ ThiÕ
t bÞ t bÞ t bÞ t bÞ t bÞ t bÞ
1 2 3 4 5 6
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
H×nh 1 : S¬ ®å khèi hÖ thèng.
HÖ thèng bao gåm mét m¸y tÝnh, c¸c m¹ch vi ®iÒu khiÓn vµ c¸c thiÕt bÞ
®iÖn (qu¹t, ®Ìn chiÕu s¸ng, chu«ng). M¸y tÝnh cã chøc n¨ng ®iÒu khiÓn c¸c
thiÕt bÞ ®iÖn cña gi¶ng ®êng, th«ng qua m¹ch ®iÒu khiÓn. ViÖc ®iÒu khiÓn
nµy lµ tù ®éng, nhê c¸c ch¬ng tr×nh ®îc cµi ®Æt s½n. Ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn
c¸c thiÕt bÞ ®iÖn cã thÓ ®îc thay ®æi trùc tiÕp trªn m¸y tÝnh.
2.2.C¸c tÝnh n¨ng cña hÖ thèng
HÖ thèng cã c¸c tÝnh n¨ng sau:
§iÒu khiÓn viÖc ®¸nh chu«ng giê häc tù ®éng cho gi¶ng ®êng.
§iÒu khiÓn bËt t¾t c¸c ®Ìn chiÕu s¸ng tù ®éng cho c¸c hµnh lang, cÇu
thang vµ khu vùc quanh gi¶ng ®êng.
§iÒu khiÓn bËt t¾t c¸c thiÕt bÞ ®iÖn cho c¸c phßng häc cña gi¶ng ®-
êng mét c¸ch trùc tiÕp th«ng qua m¸y tÝnh.
HÖ thèng cho phÐp hÑn giê bËt t¾t c¸c thiÕt bÞ ®iÖn th«ng qua giao
diÖn trªn m¸y tÝnh.
Cã thÓ thay ®æi ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn hÖ thèng th«ng qua m¸y
tÝnh.
Lµ c¬ së ®Ó x©y dùng m« h×nh ng«i nhµ th«ng minh.
2.3.Nguyªn lý ho¹t ®éng
a. Gi¶i thÝch chøc n¨ng c¸c khèi
- M¸y tÝnh ®ãng vai trß lµ thµnh phÇn ®iÒu khiÓn trung t©m. Chøc
n¨ng chÝnh cña m¸y tÝnh lµ göi c¸c lÖnh ®iÒu khiÓn ®Õn vi ®iÒu
khiÓn ®Ó thùc hiÖn ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ ®iÖn.
Häc viÖn C«ng nghÖ BC - VT
Chuyªn ngµnh §iÖn tö
- Khèi giao tiÕp RS 232 cã chøc n¨ng kÕt nèi ho¹t ®éng giao tiÕp gi÷a
m¸y tÝnh vµ c¸c vi ®iÒu khiÓn.
- Vi ®iÒu khiÓn cã chøc n¨ng nhËn lÖnh tõ m¸y tÝnh ®Ó ®a ra tÝn
hiÖu ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ ®iÖn.
- Khèi ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ cã chøc n¨ng nh mét c¸i kho¸ ®iÖn tö ®Ó
®iÒu khiÓn bËt t¾t thiÕt bÞ ®iÖn. Khi thiÕt bÞ ®iÖn cã yªu cÇu
®iÒu khiÓn c«ng suÊt th× khèi ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ cã cÊu t¹o lµ
khèi ®iÒu khiÓn c«ng suÊt.
- C¸c thiÕt bÞ ®iÖn ®îc bËt t¾t khi cã tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®a ®Õn.
b. Nguyªn lý ho¹t ®éng.
Khi m¸y tÝnh göi mét lÖnh ®iÒu khiÓn ®i th× th«ng qua khèi giao tiÕp
RS 232, vi ®iÒu khiÓn nhËn lÖnh cña m¸y tÝnh göi ®Õn vµ tiÕn hµnh gi¶i m·
lÖnh. LÖnh bao gåm 1 byte header, 1 byte ID ®Ó x¸c ®Þnh vi ®iÒu khiÓn thùc
hiÖn lÖnh, c¸c byte lÖnh sau ®ã vµ 1 byte kÕt thóc. Sau khi gi¶i m· lÖnh, vi
®iÒu khiÓn ®îc chän sÏ ®a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Õn khèi ®iÒu khiÓn
thiÕt bÞ. Khèi ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ ho¹t ®éng nh mét c¸i kho¸ ®iÖn tö do ®ã
khi tÝn hiÖu tõ vi ®iÒu khiÓn göi ®Õn ë møc 1 th× nã ®ãng m¹ch thiÕt bÞ
®iÖn, m¹ch thiÕt bÞ ®iÖn lóc nµy ®îc ®ãng kÝn nªn thiÕt bÞ sÏ lµm viÖc, øng
víi chu«ng ®iÖn th× chu«ng sÏ kªu cßn nÕu øng víi ®Ìn th× ®Ìn sÏ s¸ng. Khi
kh«ng cã lÖnh, tÝn hiÖu tõ vi ®iÒu khiÓn göi ®Õn ë møc 0 th× nã kh«ng ®ãng
m¹ch lµm cho hë m¹ch nªn tr¹ng th¸i cña thiÕt bÞ ®iÖn lµ t¾t. Ho¹t ®éng chi
tiÕt cña c¸c thiÕt bÞ nh sau:
Vi ®iÒu khiÓn: ®îc lËp tr×nh ®Ó cho c¸c port1, port2, port3 cã chøc n¨ng
ho¹t ®éng nh c¸c port nèi tiÕp. C¸c ch©n cña c¸c port nµy ®îc dïng nh c¸c
ch©n xuÊt d÷ liÖu, d÷ liÖu ra cña c¸c ch©n nµy cã hai møc logic lµ 0 vµ 1.
Port 3 ®îc lËp tr×nh cã P3.0 vµ P3.1 dïng riªng vµo viÖc giao tiÕp víi m¸y
tÝnh. Khi lÖnh ®iÒu khiÓn tõ m¸y tÝnh göi ®Õn th× vi ®iÒu khiÓn tiÕn
hµnh gi¶i m· lÖnh theo ch¬ng tr×nh ®· lËp, sau khi gi¶i m· lÖnh vi ®iÒu
khiÓn sÏ xuÊt tÝn hiÖu ra ch©n cña port nèi tiÕp theo lÖnh ®iÒu khiÓn.
TÝn hiÖu xuÊt ra cã møc logic 1.
Häc viÖn C«ng nghÖ BC - VT
TuyÓn tËp ®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc HS-SV
M¹ch ®iÒu khiÓn dïng Thyristo:
J 1
J 3
D 2
1 2 1
2
L O A D Q 1
A C 2 2 0 V ~ D 3 D 1 S C R
D 4
J 2
1
2
3
4
C O N T R O L
H×nh 2: M¹ch ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ ®iÖn dïng thyristo.
Nguyªn lý ho¹t ®éng: ®Ó ®iÒu khiÓn ®ãng më c¸c thiÕt bÞ th× chØ cÇn ®-
a ®iÖn ¸p mét chiÒu ®Õn ch©n ®iÒu khiÓn cña thyristo ®Ó th«ng nã. Cßn ®Ó
®iÒu khiÓn c«ng suÊt th× ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn ph¶i cã d¹ng xung, c¸c xung
®iÒu khiÓn U ®k ®îc ®a ®Õn cùc ®iÒu khiÓn cña thiristo muén h¬n so víi thêi
®iÓm b¾t ®Çu cña b¸n chu kú mµ thiristo ®¶m nhiÖm mét gãc α nh vËy
thiristo sÏ th«ng trong kho¶ng α ÷ Π vµ Π+α÷ 2Π, kÕt qu¶ lµ ®iÖn ¸p ®Æt lªn
t¶i kh«ng ph¶i lµ h×nh sin mµ cã d¹ng gÇn gièng h×nh sin nh ng khuyÕt ®i mét
gãc α ë c¶ hai nöa h×nh sin.
TrÞ hiÖu dông cña ®iÖn ¸p trªn t¶i:
π 2
1
Ur =
πα∫ (U VM sin ωt ) dωt
U VM 1 1
= (π − α + sin 2α )
2 π 2
U VM
Khi α = 0 th× U r =
2
π U VM
Khi α = th× U r =
2 2
Khi α = Π th× U r = 0
Nhê thay ®æi gãc më α ta cã thÓ ®iÒu chØnh ®îc ®iÖn ¸p trªn t¶i.
Häc viÖn C«ng nghÖ BC - VT
Chuyªn ngµnh §iÖn tö
2.4.KÕt qu¶ thu ®îc
− M¹ch ®iÖn ®îc thiÕt kÕ hoµn thµnh ®óng tiÕn ®é víi gi¸ thµnh hîp lý.
− M¹ch ®iÖn ho¹t ®éng tèt, cã thÓ ®iÒu khiÓn ®îc 4 thiÕt bÞ ®iÖn kh¸c
nhau cïng mét lóc vµ cã thÓ n©ng sè thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn lªn nhiÒu h¬n
n÷a.
− HÖ thèng ®îc sö dông mét c¸ch dÔ dµng, ch¬ng tr×nh trªn m¸y tÝnh cµi
®Æt ®¬n gi¶n víi giao diÖn th©n thiÖn dÔ sö dông.
3. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu cña ®Ò tµi
§Ó thùc hiÖn nghiªn cøu ®Ò tµi, chóng em ®· tiÕn hµnh nghiªn cøu theo
tr×nh tù sau:
− Nghiªn cøu vµ t×m hiÓu lý thuyÕt:
− Nghiªn cøu vµ t×m hiÓu vÒ chip vi xö lý 8051.
− Nghiªn cøu, t×m hiÓu nguyªn lý ho¹t ®éng cña Thyristo.
− T×m hiÓu c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh cÇn thiÕt.
− LËp s¬ ®å khèi theo môc tiªu ®Ò tµi.
− TÝnh to¸n thiÕt kÕ phÇn cøng vµ phÇn mÒm cho m¹ch ®iÒu khiÓn: dïng
ng«n ng÷ lËp tr×nh Assembler.
− ThiÕt kÕ giao diÖn víi m¸y tÝnh: dïng ng«n ng÷ lËp tr×nh VisualBasic.
4.Kh¶ n¨ng øng dông cña ®Ò tµi
HÖ thèng cã thÓ ®îc øng dông trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh: ®iÒu
khiÓn c¸c thiÕt bÞ ®iÖn trong gia ®×nh, c¬ quan hay v¨n phßng, lµ c¬ së ®Ó
x©y dùng m« h×nh ng«i nhµ th«ng minh. HÖ thèng ®îc nghiªn cøu nh»m phôc vô
nhu cÇu cña ngêi lao ®éng nh»m gi¶i phãng mét phÇn søc lao ®éng vµ tiÕt
kiÖm thêi gian.
Häc viÖn C«ng nghÖ BC - VT
