- Thử nghiệm thiết bị điều khiển và giám sát dòng điện thông qua mạng GSM. - Tác giả tập trung nghiên cứu thiết kế phần cứng thiết bị đo vi điều khiển dsPIC33FJ28MC804 làm IC xử lý trung tâm và một số tính năng cơ bản của phần mềm giám sát modem SIM900 của Simcom, cấu hình chạy trên máy tính, thực hiện việc truyền dữ liệu thông suốt từ các đầu đo về máy chủ qua SMS và biểu diễn những thông số này trên đồ thị của phần mềm quản lý.. - Thiết bị điều khiển. - Dòng điện. - Bài toán đặt ra của luận văn này là “Thử nghiệm thiết bị điều khiển và giám sát dòng điện thông qua mạng GSM”. - Tất cả các thông tin về đối tượng giám sát và điều khiển đều được truyền về một máy chủ qua hạ tầng mạng GSM bằng SMS hoặc kết nối GPRS. - Thiết bị giám sát dòng điện.. - Chương 1: Mô tả về họ vi điều khiển dsPIC33 và các ngoại vi liên quan.. - Chương 3: Các phương pháp đo dòng điện xoay chiều.. - Hình 1-1: Hệ thống giám sát dòng điện Nguyên tắc hoạt động:. - Thiết bị giám sát dòng điện thu thập các thông số về cường độ dòng điện, điện áp, góc pha.. - Trước hết, các thông số này được lưu trên thẻ nhớ nằm trên thiết bị, sau đó, thiết bị kiểm tra kết nối với mạng di động và truyền dữ liệu về máy chủ bằng tin nhắn hoặc kết nối GPRS nếu có. - Thiết bị này cũng có thể truyền dữ liệu thông qua các chuẩn công nghiệp như RS-485, RS-232, CAN.. - Ngoài ra, phần mềm trên máy chủ còn cho phép tính toán chi phí tiêu thụ điện hàng tháng, đưa ra các dự đoán, các cảnh báo khi dòng điện vượt quá mức cho phép và đặc biệt phần mềm này còn cho phép đặt các thông số của thiết bị đo từ xa đồng thời thực hiện một số thao tác điều khiển đóng ngắt một số rơle được thiết kế sẵn trên thiết bị.. - Vì lý do thời gian, nên trong khuôn khổ luận văn này, tôi chỉ tập trung nghiên cứu thiết kế phần cứng thiết bị đo và một số tính năng cơ bản của phần mềm giám sát, cấu hình chạy trên máy tính, thực hiện việc truyền dữ liệu thông suốt từ các đầu đo về máy chủ qua SMS và biểu diễn những thông số này trên đồ thị của phần mềm quản lý.. - Về thiết bị đo, tôi lựa chọn vi điều khiển dsPIC33FJ128MC804 làm IC xử lý trung tâm. - Đây là một vi điều khiển dòng dsPIC33 có tốc độ cao của Microchip được bán rộng rãi trên thị trường Việt Nam. - Ngoài ra, thiết bị còn hỗ trợ hai kênh đo dòng khác nhau:. - Sử dụng IC đo dòng chuyên dụng ADE7753 hoặc ACS712.. - Vi điều khiển dsPIC33 được sử dụng trong luận văn đóng vai trò là IC điều khiển toàn bộ thiết bị. - Các tài liệu chi tiết về vi điều khiển này được nhà sản xuất cung cấp đầy đủ trên trang chủ của hãng [5].. - 1.1 Đặc điểm cơ bản của họ vi điều khiển dsPIC33. - Vi điều khiển trung tâm giao tiếp với SIM900 thông qua cổng truyền thông nối tiếp để điều khiển toàn bộ hoạt động của khối này [7].. - Hỗ trợ bắt tay phần cứng và điều khiển luồng.. - Thiết bị sử dụng SMS để gửi dữ liệu về máy chủ thông qua mạng viễn thông. - Một tiêu chuẩn đối với phần mềm điều khiển modem do hãng Hayes Microcomputer Products soạn thảo và được đưa ra lần đầu tiên dùng với modem Smartmodems của công ty đó. - CHƢƠNG III: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU. - Xét về mặt tiếp xúc vật lý với đối tƣợng đo là dòng điện thì có 3 phƣơng pháp là:. - Đo trực tiếp: dùng các dụng cụ đo dòng điện như ampe kế, để đo trực tiếp và đọc kết quả trên thang chia độ của dụng cụ đo.. - Đo gián tiếp: dùng volt kế đo điện áp rơi trên một điện trở chuẩn mắc trong mạch có dòng điện chạy qua, thông qua phương pháp tính toán sẽ có được giá trị dòng điện cần đo.. - Phương pháp so sánh: so sánh dòng điện cần đo với dòng điện mẫu, ở trạng thái cân bằng của dòng điện cần đo và dòng điện mẫu, sẽ đọc được kết quả trên mẫu.. - Dựa vào các đặc tính của dòng điện thì ta có những loại phƣơng pháp đo dòng sau:. - Điện áp sụt qua điện trở tỷ lệ thuận với dòng điện cần đo.. - Dựa vào định luật cảm ứng Faraday, từ trường biến thiên sẽ sinh ra dòng điện biến thiên. - Dòng điện này gọi là dòng điện cảm ứng. - Như vậy, dòng điện cần đo sẽ tạo ra một dòng điện cảm ứng, ta có thể đo dòng điện cảm ứng và suy ra được giá trị của dòng điện cần đo. - Hiệu điện thế này được khuếch đại và đưa vào bộ chuyển đổi tương tự số của vi điều khiển. - Có thể kể ra đây một số loại cảm biến Hall sử dụng cho việc đo dòng điện thông dụng như ACS712.. - ADE7753 là một IC đo các thông số của dòng điện xoay chiều chuyên dụng. - Cấu trúc bên trong bao gồm hai bộ chuyển đổi tương tự - số, một mạch tích phân số, mạch tham chiếu, cảm biến nhiệt độ và tất cả các bộ xử lý tín hiệu để đo các công suất như công suất hiệu dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến và tính toán thông số hiệu dụng của dòng điện và điện áp.. - Băng thông của thiết bị được đặt bởi chân FILTER.. - Lối ra điện áp tỉ lệ với dòng điện xoay chiều và một chiều.. - Khi có dòng điện chạy qua chân 1,2 đến chân 3,4 sẽ tạo ra một từ trường. - Nó được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điều khiển động cơ, xác định tải, bảo vệ quá dòng, hỗ trợ chuyển chế độ năng lượng.. - Yêu cầu chính của luận văn này là “Thử nghiệm thiêt kế thiết bị điều khiển giám sát dòng điện thông qua mạng GSM. - Tôi tập trung giải quyết các vấn đề liên quan đến thiết kế, lập trình nhúng để đạt được sự ổn định và chính xác nhất có thể cho thiết bị. - Phần cứng của thiết bị bao gồm:. - Keyboard: bàn phím gồm 4 phím, cho phép thiết lập một số thông số cơ bản của thiết bị.. - Gồm vi điều khiển dsPIC33FJ128MC804.. - LCD: màn hình LCD hai hàng 16 ký tự, hiện thị các thông số đo, các thực đơn để cấu hình thiết bị.. - LED: các LED hiện thị, thể hiện nhanh các trạng thái của thiết bị.. - Phần cứng của thiết bị đo được thiết kế có khả năng mở rộng, nên tôi sử dụng hai thiết bị có cùng thiết kế để tạo thành hệ thống kiểm thử hoàn thiện.. - Thiết bị 1 đóng vai trò thu thập dữ liệu được lắp tại lối nguồn vào của một hộ gia đình. - Các giá trị đo được đóng gói vào bản tin SMS và gửi về cho một thiết bị khác.. - Thiết bị 2 nhận các bản tin SMS từ thiết bị 1. - Khối giao tiếp nối tiếp sử dụng chip MAX232.. - Khối hiển thị sử dụng LCD 16x2, do mức điện áp LCD là 5V nên phải dùng một IC 74LS07 để đệm mức điện áp điều khiển từ dsPIC33.. - Hỗ trợ thẻ nhớ SD, giúp lưu lại các thông tin cấu hình cũng như các thông số trạng thái hoạt động của thiết bị.. - Khối này bao gồm modem GSM/GPRS SIM900, cùng với anten và đường điều khiển PWRKEY phục vụ cho việc khởi động SIM900. - Vi điều khiển dsPIC33FJ128MC804 và các mạch liên quan.. - Sử dụng phần mềm thiết kế mạch chuyên dụng Protel DXP 2004. - Hình 4-11: Bản mạch sau khi đã lắp ráp các linh kiện hoàn chỉnh 4.2 Phần mềm điều khiển và giám sát. - Cho phép đặt các thông số của phần mềm giám sát.. - Hiển thị toàn bộ các sự kiện kết nối, truyền nhận dữ liệu từ các thiết bị đo đến máy chủ 4. - Cho phép người dùng gửi các lệnh kiểm tra hoạt động của thiết bị.. - Độ dài ngắn của bản tin dựa vào kết nối vật lý giữa hai thiết bị truyền thông.. - Kết nối thiết bị trực tiếp với PC qua cổng COM - Kết nối thiết bị với máy chủ qua GPRS. - Kết nối thiết bị với thiết bị qua SMS 4.3 Kết quả kiểm tra tích hợp hệ thống và sai số. - Kết nối trực tiếp thiết bị vào máy tính thông qua cổng COM. - Thiết bị được lập trình cho phép người điều khiển có thể kiểm tra từng khối ngoại vi của thiết bị như khối GSM, LCD, ADC v. - v...Hình 4-13 mô tả giao diện chương trình kiểm tra thiết bị khi ghép nối với cổng COM và sử dụng phần mềm Hyper Terminal được tích hợp sẵn trong Windows XP.. - Hình 4-13 mô tả giao diện chương trình kiểm tra được nhúng trong vi điều khiển.. - Hình 4-13: Giao diện chƣơng trình kiểm tra trên thiết bị. - Để ghép nối với vi điều khiển dsPIC33sử dụng nguồn 3,3V, tôi sử dụng mạch nguyên lý được khuyến cáo trong tài liệu mô tả về ACS712 như hình 4-15. - Khi đó, đi ốt D1 giúp giảm điện áp lối ra của ACS712, phù hợp để ghép nối với vi điều khiển dsPIC33. - Hình 4-16: Sơ đồ kiểm tra giá trị dòng chạy qua một thiết bị. - Hình 4-17 mô tả giá trị hai kênh ADC mà vi điều khiển đo được khi ghép nối với ACS712 ở chế độ không có dòng điện chạy qua.. - Hình 4-17: Gía trị ADC khi không có dòng qua ACS712 Lần lượt sử dụng các tải là các thiết bị trong gia đình, ta có bảng số liệu sau. - Giá trị ADC. - Giá trị đo dòng bằng thiết bị đo chuẩn(mA). - Qua các bảng số liệu ta thấy, giá trị dòng điện xoay chiều đo được với ACS712 có sai số không quá 12%.. - Hình4-19: Biểu đồ dòng điện tiêu thụ của bóng đèn 200W. - Hình 4-20: Biểu đồ dòng điện tiêu thụ của bóng đèn 40W và 60W. - Hình 4-21: Biểu đồ dòng điện tiêu thụ khi lắp lần lƣợt các tải.. - Tìm hiểu cấu trúc phần cứng cũng như lập trình kiểm soát một vi điều khiển có tốc độ cao. - Từ đó xây dựng thành công hệ thống đo dòng điện xoay chiều với độ chính xác nhỏ hơn 12% trong thời gian dài.. - Tìm hiểu các phương pháp đo dòng điện xoay chiều. - Sử dụng được các IC đo các thông số dòng điện chuyên dụng như ADE7753, ACS712. - Đo được giá trị dòng điện xoay chiều trong khoảng thời gian dài.. - Từ các kiến thức đã nghiên cứu, hệ thống đo dòng điện đã được tôi xây dựng bao gồm phần cứng và phần mềm quản lý với những tính năng sau:. - Thiết bị cho phép nguồn nuôi có điện áp vào dải rộng, lên tới 60V.. - Có các linh kiện bảo vệ thiết bị khi người dùng cắm ngược nguồn.. - Nhờ việc hộ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp, thiết bị dễ dàng ghép nối vào các mạng điều khiển công nghiệp.. - Hỗ trợ hạ tầng mạng viễn thông tiên tiến với việc điều khiển thành công quá trình truyền nhận dữ liệu thông qua mạng GSM. - Nhờ đó, thiết bị có thể dễ dàng được triển khai trên diện rộng theo vùng phủ sóng của mạng GSM.. - Về phần mềm:. - Phần mềm cũng hỗ trợ đặt thông số cho các thiết bị từ xa bằng việc gửi lệnh qua cửa sổ lệnh.. - Bản thân thiết bị đo đã có sai số do quá trình lấy mẫu ADC.. - Trong tương lai, để áp dụng vào thực tế, thiết bị cần tối ưu hóa phần cứng, giảm thiểu sai số đo lường, loại bỏ các khối chức năng không cần thiết để hạ giá thành sản phẩm. - Đào Nam Thái (2009), Điều khiển và giám sát cơ cấu chấp hành từ xa qua mạng di động, Khoá luận tốt nghiệp, Trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, tr