Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

Tải bản đầy đủ

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

hỏi trạm chủ phải có kỹ thuật quản lý đường truyền, cũng như đáp ứng đúng tính
chất của phương pháp chủ tớ (Master/ Slave) như hình vẽ:

Hình 3-1: Sơ đồ khối Master-Slave
Phương pháp Master và Slave (chủ và tớ) gồm trạm chủ (Master) và hai trạm tớ
(Slave) cụ thể như sau:


Trạm chủ dùng để phân quyền, nhận dữ liệu.



Trạm tớ 1, 2,… dùng để lựa chọn, hiện thị, truyền về trạm chủ thông qua
Zigbee/ RS485.
Đường truyền RS485 là chuẩn giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ cân bằng sử dụng

điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai đầu dây dẫn. Dùng mạng Half – Duplex (bán
song công) tức là tại một thời điểm bất kỳ trên dây truyền chỉ có thể là một thiết bị
hoặc là truyền hoặc nhận.


Thiết bị lựa chọn (Slave-thiết bị khách hàng)
Trong hệ thống thì sẽ có rất nhiều thiết bị lựa chọn nhưng do tính chất

giống nhau em chỉ thiết kế một thiết bị lựa chọn rồi nhân lên. Mỗi thiết bị sẽ bao
gồm bàn phím để lựa chọn thực đơn, màn hình hiển thị, một khối truyền nhận và
một vi điều khiển để điều khiển chung cho toàn thiết bị. Từ đó ta có sơ đồ tổng
quát của thiết bị:

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
46

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Hình 3 -2: Sơ đồ khối của thiết bị lựa chọn
Trong thiết bị lựa chọn chúng ta thấy rằng điều khiển hoạt động của hệ thống
là một vi điều khiển, c h ọ n Atmega16 của của hãng ATMEL, đây là một vi điều
khiển mạnh có nhiều tính năng đáp ứng các khối giao tiếp: truyền thông, LCD, bàn
phím, giá thành rẻ có rất nhiều ở thị trường Việt Nam.
Như em phân tích ở trên thì chuẩn truyền thông kết nối giữa các vi điều
khiển chính là chuẩn RS485. Vi điều khiển Atmega16 có 1 module truyền
thông nối tiếp USART. Có 3 chân chính liên quan đến module này đó là chân
xung nhịp – XCK (chân số 1), chân truyền dữ liệu – TxD (Transmitted Data) và
chân nhận dữ liệu – RxD (Reveived Data). Trong đó chân XCK chỉ được sử dụng
như chân phát hoặc nhận xung giữ nhịp trong truyền đồng bộ. Tuy nhiên chuẩn
RS485 ta chỉ cần quan tâm đến 2 chân TxD và RxD. Vì chân truyền/nhận dữ liệu
chỉ đảm nhiệm 1 chức năng độc lập (hoặc truyền hoặc nhận), để kết nối các vi điều
khiển với nhau chúng ta phải đấu chéo 2 chân này. TxD của thiết bị thứ nhất kết
nối với RxD của thiết bị thứ 2. Chuẩn RS485 là sụ kết hợp của chíp UART và chíp
chuyển đổi mức điện áp Max485. Tín hiệu được dùng để truyền tin. Phương thức
truyền dẫn tín hiệu ở đây là phương thức chênh lệch đối xứng giữa hai dây A và B
để biểu diễn trạng thái logic (1 va 0) của tín hiệu.
Màn hình hiển thị là nơi thể hiện thiết bị trực quan nhất đối với người xem.
Để chọn được món ăn nào, giá tương ứng bao nhiêu, số lượng thế nào, giới thiệu về

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
47

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

món ăn tương ứng, đồng ý chọn hay không tất cả được thể hiện trên màn hình hiển
thị. Một cửa số sẽ không thể hiện được hết những nội dung trên về số lượng cũng
như cỡ chữ do đó em đã chia ra thành nhiều cửa số và cần một LCD cỡ lớn. TG
240128A-04 là lựa chọn của em. Đây là LCD của TINSHARP gồm 21 chân,
sử dụng chíp điều khiển T6963C của TOSHIBA có nhiều thư viện hỗ trợ từ nhà sản
suất, datasheet.
Khi lựa chọn món ăn khách hàng sẽ phải thực hiện các thao tác trên một cửa sổ
như lên, xuống, trái, phải, đồng ý, reset. Với mỗi một chức năng đó em thiết kế một
phím đơn và bàn phím là một tổ hợp gồm 6 phím đơn, trong đồ án này em chỉ sử
dụng 5 phím còn một phím dành cho phát triển về sau. Giao tiếp giữa vi điều khiển
và bàn phím là giao tiếp IO thông thường. Bình thường nếu không nhấn gì thì các
chân của PORT tương ứng ở mức cao (điện trở kéo lên). Nếu nhấn thì một pin xuống
mức 0. Khi đó, ta gọi hàm kiểm tra phím bấm nó sẽ lấy mã tương ứng trong PORT
nối với phím bấm. Mã để biết nút nào được nhấn do người lập trình quy định.


Thiết bị tiếp nhận
Giống thiết bị lựa chọn có chức năng nhận lệnh đặt món ăn. Nút nhấn và

màn hình hiển thị cũng có chức năng khác. Màn hình hiển thị có cửa sổ hiển thị
toàn bộ các số lượng, đơn giá, có cửa sổ hiển thị chi tiết các món ăn đã lựa chọn.
Nút nhấn thêm chức năng báo cho các bàn biết thời gian để chờ đợi được phục vụ.


Quan hệ giữa thiết bị tiếp nhận và Thiết bị quản lý

Hình 3-3: Sơ đồ giao tiếp giữa vi điều khiển và máy tính

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
48

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Các thông tin về món ăn, số lượng, giá tiền sẽ được vi điều khiển của Master
truyền lên máy tính. Sử dụng phần mền Visual Studio 2008 em sẽ thiết kế một giao
diện trực quan giúp cho việc quản lý và in ấn hóa đơn một cách dễ dàng. Cơ sở dữ
liệu sẽ được lưu trong máy tính và được tự động cập nhập khi có sự thay đổi.
3.1. CÁC KHỐI MẠCH CHI TIẾT CỦA MỘT THIẾT BỊ
3.1.1. Khối nguồn
Khối nguồn làm nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong mạch
điều khiển. Ở đây các thiết bị yêu cầu đều dùng nguồn điện một chiều, với điện áp
5V. Do đó khối nguồn được tính toán về mặt công suất sao cho đáp ứng được tất cả
các thiết bị yêu cầu.

Hình 3-4: Khối
nguồn
Đây là mạch dùng để tạo ra nguồn áp chuẩn 5V. Dùng IC ổn áp 3 chân 7805
loại này cho ra điện áp cố định được chỉ ra bằng hai số cuối của IC. Ở đầu ra thông
thường mắc thêm tụ C để cải thiện quá trình quá độ và giữ cho điện trở ra của mạch
đủ nhỏ.
3.1.2. Khối RS485

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
49

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

Hình

3-5:

Khối

RS485
-

Nguồn 5Volt .

-

Chuẩn EIA .

-

Tốc độ truyền dữ liệu 5mb/s.

-

Bảo vệ nhiệt và ngắn mạch.

-

Thời gian trễ khi truyền là 10ns và nhận là 20ns. Các đường điều khiển:
Chân
IP/SO

µMAX

Tên

Chức năng
Ngõ ra bộ thu:

1

3

RO

Nếu A > B là 200mV, RO là cao.
Cho phép ngõ ra bộ thu:

2

4

/RE RO được cho phép khi /RE là thấp.
RO là trở kháng cao khi /RE là cao.

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
50

2012

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Cho phép ngõ ra lái:
Các ngõ ra lái A và B được cho phép khi DE cao.
Các ngõ ra lái A và B là trở kháng cao khi DE thấp.
3

5

DE

Nếu những ngõ ra lái được cho phép thì từng ngõ có
chức năng như là các đường lái.
Khi chúng là trở kháng cao, chức năng của chúng như
là các đường thu của bộ thu nếu /RE là thấp.
Ngõ vào bộ lái:

4

6

DI

DI thấp thì A thấp và B cao.
DI cao thì A cao va B thấp.

5

7

GND Nối mass.

6

8

A

Ngõ vào bộ thu và ngõ ra bộ lái đều không đảo.

7

1

B

Ngõ vào bộ thu và ngõ ra bộ lái đều đảo.

8

2

Vcc Nguồn cung cấp dƯƠng 4.75V Vcc

5.25V

Bảng 3-1: Chức năng các đường điều khiển
Truyền
Tín hiệu vào

Tín hiệu ra

/RE

DE

DI

B

A

X

1

1

0

1

X

1

0

1

0

0

0

X

High Z

High Z

1

0

X

High Z

High Z

Bảng 3-2: Chức năng truyền

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
51

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Nhận
Tín hiệu vào

Tín hiệu

/

D

A-B

ra
R

R
0

E
0

200mV

O
1

0

0

200mV

0

0

0

Ngõ vào

1

1

0

hở mạch
X

Hi

Bảng 3-3: Chức năng nhận

gh

3.1.3. Khối phím bấm
Khối phím bấm làm nhiệm vụ giao tiếp với người dùng, để ngay trên vỏ thiết bị:

Hình 3-6: Khối phím bấm
-

Phím UP
Có tác dụng tăng các giá trị hoặc di chuyển con trỏ chọn lên phía trên trong

cửa sổ hiện thời. Kết nối với vi điều khiển thông qua chân 18 (PD4)

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
52

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây
-

2012

Phím DOWN
Có tác dụng giảm các giá trị hoặc di chuyển con trỏ chọn xuống phía dưới

trong cửa sổ hiện thời. Kết nối với vi điều khiển thông qua chân 19 (PD5)
-

Phím RIGH
Có tác dụng như phím ENTER, chuyển cửa sổ tiếp theo. Kết nối với vi

điều khiển thông qua chân 20 (PD6)
-

Phím LEFT
Có tác dụng như phím Backfront trở về trạng thái hoặc cửa sổ trước đó. Kết

nối với vi điều khiển thông qua chân 21 (PD7)
-

Phím RESET
Reset lại hoạt động chíp. Kết nối với vi điều khiển thông qua chân 9 (RESET)

3.1.4. Khối hiển thị
Khối hiển thị là báo cho người dùng biết các chức năng đang vận hành. Ta có
thể dùng LED 7 thanh, hoặc LCD để làm nhiệm vụ hiển thị. Nhưng bài toán ở đây
đòi hỏi độ phức tạp do vậy ta dùng LCD cỡ lớn TG240128A-04.

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
53

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

2012

Hình 3-7: Khối hiển thị
3.1.5. Khối vi điều khiển
Khối xử lý trung tâm ở đây ta lựa chọn thiết bị đó là vi điều khiển. Với loại vi
xử lý ta dùng trong đồ án này là họ vi xử lý AVR của Atmel, cụ thể là ATmega16.

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
54

Thiết kế hệ thống chọn menu tự động. Thực hiện lệnh điều khiển
và trao đổi thông tin bằng truyền thông không dây

Hình 3-8: Khối vi điều khiển

HVTH: NINH VIẾT NGỌC – LỚP ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA 2010B
55

2012

3.2. MẠCH NGUYÊN LÝ

Hình 3-9: Sơ đồ mạch nguyên lý