Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 36
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
tính không có chuẩn RS485 nên ta phải có một bộ chuyển đổi giữa chuẩn
RS232 và RS485.
Như vậy giải pháp mà nhóm thực hiện đề tài lựa chọn cho việc giao tiếp giữa
máy chủ và các mô-đun điều khiển sẽ là sự kết hợp giữa chuẩn RS232 và
RS485. Sau đây là sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển:
MẠNG INTERNET
BOARD
CHUYỂN ĐỔI
GIỮA RS232
VÀ RS485
MÔ-ĐUN1 MÔ-ĐUN2 MÔ-ĐUN31
RS232 RS485
MÁY
KHÁCH
MÁY
KHÁCH
MÁY
KHÁCH
MÁY CHỦ
Hình 5. 1: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển thiết bị
qua mạng Internet.
Với một hệ thống như trên ta có thể có tới 31 mô-đun điều khiển. Chi tiết về
chuẩn RS232, RS485 và cách thức truyền nhận dữ liệu sẽ được trình bày ở
những phần sau.
5.2 Chuẩn RS232C và chuẩn RS485
5.2.1 Chuẩn RS232C
Các máy tính thường có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232C, được gọi
là cổng Com. Chúng được dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo
lường,…Khi cần dùng nhiều cổng hơn ta có thể lắp đặt các card mở rộng trên
đó có thêm một đến hai cổng Com. Có hai dạng cổng Com: cổng Com 25 chân
và cổng Com 9 chân. Hiện nay thì cổng Com 9 chân (DB9) theo chuẩn RS232C
trở nên rất phổ biến.
Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 37
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232C
− 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 cổng nối
tiếp.
Hình 5. 2: Chân ra cổng Com DB9.
Bảng 5. 6: Các Chân và chức năng của cổng Com DB9.
DB-9 Tên Ký hiệu Chức năng
1 Data Carrier
Detect DCD Phát hiện tín hiệu mang dữ
liệu
2 Receive Data RxD Nhận dữ liệu
3 Transmit Data TxD Truyền dữ liệu
4 Data Terminal
Ready DTR
Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng,
được kích hoạt bởi bộ nhận
khi muốn truyền dữ liệu
5 Singal Ground SG Mass của tín hiệu
6 Data Set Ready DSR
Dữ liệu sẵn sàng, được kích
hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn
sàng nhận dữ liệu
7 Request to
Send RTS
Yêu cầu gửi, bộ truyền đặt
đường này lên mức hoạt
động khi sẵn sàng truyền dữ
liệu
8 Clear To Send CTS
Xóa để gửi, bộ nhận đặt
đường này lên mức hoạt
động để thông báo cho bộ
truyền là nó sẵn sàng nhận
dữ liệu.
9 Ring Indicate RI
Báo chuông, cho biết là bộ
nhận đang nhận tín hiệu rung
chuông.
Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 38
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
Những đặc điểm cần lưu ý trong chuẩn RS232C
− Trong chuẩn RS232C, các giới hạn trên đối với mức logic 0 và
logic 1 là ±12V. Chuẩn RS232C ngày nay đang được áp dụng còn cố định
trở kháng tải trong phạm vi từ 3000Ω đến 7000Ω.
− Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng –3V đến –12V, mức
logic 0 từ +3V đến +12V.
− Trở kháng tải phải lớn hơn 3000Ω nhưng phải nhỏ hơn 7000Ω.
− Tốc độ truyền/nhận dữ liệu cực đại là 100kbps (ngày nay có thể
đạt được 200 kbps).
− Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF
− Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua
cổng nối tiếp RS232C không thể vượt quá 15 m nếu không sử dụng
Modem.
− Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn là : 50, 75, 110, 150, 300,
600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800 …… 56600, 115200bps.
5.2.2 Chuẩn RS485
Có thể coi chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu
nối tiếp. Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp
với bất kì thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua liên kết RS485.
Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa
và điều khiển cho những ứng dụng. Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nó
có thể hỗ trợ 1 mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng 1 đường truyền, tốc độ
có thể lên tới 115.200 baud cho 1 khoảng cách là 4000feet (1200m).
Bảng 5. 7: Bảng tóm tắt thông số của RS485.
Thông số Điều kiện Min Max Đơn vị
Áp ngõ ra điều khiển khi hở
mạch 1.5
-1.5
6
-6
V
V
Áp ngõ ra điều khiển khi có tải RL= 100Ω 1.5
-1.5
5
-5
V
V
Dòng ngắn mạch ngõ ra điều
khiển
1 ngõ ra nối với
điểm chung ±250 mA
Thời gian cạnh lên ngõ ra điều
khiển
RL = 54Ω
CL = 50 pF 30
% độ
rộng bit
Áp kiểu chung điều khiển RL = 54Ω ±3 V
Ngưỡng nhạy thu vào -7V <VCM< 12 V ±200 mV
Phạm vi áp kiểu chung thu vào -7 12 V
Tổng trở ngõ vào phía thu 12 kΩ
Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễu xảy
ra ở dây này thì cũng xảy ra ở dây kia, tức là 2 dây cùng nhiễu giống nhau.
Điều này làm cho điện áp sai biệt giữa 2 dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi
thu vẫn nhận được tín hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ
nhiễu.
Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 39
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
Liên kết RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi
trường nhiễu khá cao và sự tin tưởng vào tính ổn định của hệ thống là điều
quan trọng. Bên cạnh đó khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở tốc độ
cao cũng rất được quan tâm, đặc biệt là tại những nơi mà có nhiều trạm giao
tiếp được trải ra trên diện rộng. Sau đây là bảng tóm tắt những đặc điểm của
chuẩn RS485.
Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS485
Truyền dẫn cân bằng
Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có 2 dây tín hiệu A, B nhưng không có dây
mass. Sở dĩ được gọi là cân bằng là do tín hiệu trên dây này ngược với tín hiệu
trên dây kia. Nghĩa là nếu dây này đang phát mức cao thì dây kia phải đang
phát mức thấp và ngược lại.
Hình 5. 3: Kiểu truyền cân bằng 2 dây.
Hình 5. 4: Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng.
Mức tín hiệu
Với 2 dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được quy định khi
áp của dây A lớn hơn dây B tối thiểu là 200mV, tín hiệu mức thấp TTL được
quy định khi áp của dây A nhỏ hơn dây B tối thiểu cũng là 200mV. Nếu điện áp
VAB mà nằm trong khoảng -200mV < VAB < 200mV thì tín hiệu lúc này được
xem như là rơi vào vùng bất định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass
bên phía thu phải nằm trong khoảng –7V đến +12V.
A
B
1
A
0
1
B
0
Điều khiển các thiết bị điện trong nhà qua mạng Internet Trang 40
Chương 5: Thiết kế phần cứng hệ thống điều khiển
Cặp dây xoắn
Như chính tên gọi của nó, cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) đơn giản chỉ là cặp
dây có chiều dài bằng nhau và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn
sẽ giảm thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ
cao.
Hình 5. 5: Cặp dây xoắn trong RS485.
Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn
Phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có 1 trở
kháng đặc tính (Characteristic impedence-Zo), điều này thường được chỉ rõ bởi
nhà sản xuất. Theo như khuyến cáo thì trở kháng đặc tính của đường dây vào
khoảng từ 100 - 120Ω nhưng không phải lúc nào cũng đúng như vậy.
Điện áp kiểu chung
Tín hiệu truyền dẫn gồm 2 dây không có dây mass nên chúng cần được tham
chiếu đến 1 điểm chung, điểm chung lúc này có thể là mass hay bất kì một mức
điện áp cho phép nào đó. Điện áp kiểu chung (Common-mode voltage -VCM) về
mặt toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của 2 điện áp tín hiệu
được tham chiếu với mass hay 1 điểm chung.
Hình 5. 6: Cách xác định áp kiểu chung.
Vấn đề nối đất
Tín hiệu trên 2 dây khi được tham chiếu đến điểm chung là đất (Ground) thì khi
đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng
cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi