intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính (Nghề: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trình độ Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:54

Thêm vào BST
Báo xấu
19
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính phần 2 gồm các nội dung chính sau: Giao tiếp qua cổng USB; Thiết kế hệ thống nhúng giao tiếp máy tính; Lập trình giao tiếp và điều khiển trên PC. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Đo lường và điều khiển bằng máy tính (Nghề: Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa - Trình độ Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Nghề An Giang

  1. Đo lường và điều khiển bằng máy tính CHƯƠNG 4. GIAO TIẾP QUA CỔNG NỐI TIẾP Mục tiêu của bài: - Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng RS232; - Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng RS232; - Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng RS232Cơ bản và ghép nối về I. Cơ bản và ghép nối về chuẩn giao tiếp cổng Com RS232 RS là chữ viết tắt của Recommended Standard (Tiêu chuẩn khuyến nghị). Các số 232/422/485 phía sau chữ “RS” là một phần của danh sách tuần tự các tiêu chuẩn EIA. So Sánh 3 chuẩn truyền thông RS232, RS422 và RS485 là các tiêu chuẩn truyền thông giao tiếp nối tiếp được phát triển và phát hành bởi hiệp hội các ngành công nghiệp điện tử (EIA). RS232 được phát hành vào năm 1962 và đặt tên EIA-232-E là một tiêu chuẩn công nghiệp nhằm đảm bảo khả năng kết nối tương thích giữa các sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau. RS422 được phát triển từ RS232. Để cải thiện những thiếu sót của giao tiếp RS232 là khoảng cách ngắn và tốc độ thấp, RS422 được cải tiến với tín hiệu giao tiếp truyền thông cân bằng giúp tăng tốc độ truyền lên 10 Mb / giây và khoảng cách truyền lên 4000 ft (ở tốc độ dưới 100 kb / s). Nó cũng cho phép tối đa 10 máy thu được kết nối trên một bus cân bằng. RS422 là một đặc trưng truyền dẫn cân bằng một chiều cho truyền một máy và tiếp nhận nhiều máy. Nó được đặt tên theo tiêu chuẩn TIA / EIA-422-A. Để mở rộng phạm vi ứng dụng, EIA đã phát triển tiêu chuẩn RS485 dựa trên RS422 vào năm 1983 đặt tên là TIA / EIA-485-A, bổ sung khả năng giao tiếp hai điểm, đa điểm, nghĩa là cho phép nhiều máy phát kết nối với cùng một bus và thêm máy phát. 1. RS232: Là một chuẩn truyền thông được phát triển bởi “Electronic Industry Association” và “Telecommunications Industry Association” (EIA/TIA). RS232 là chuẩn truyền thông phổ biến nhất một thời, thường được gọi tắt là RS232 hoặc RS-232 thay vì EIA/TIA-232- E. Chuẩn này chỉ đề cập đến việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa một host (DTE-Data Terminal Equipment) và một ngoại vi (DCE-Data Circuit-Terminating Equipment). Phiên bản đầu tiên của RS232 được phát hành vào năm 1962, và các mức logic được định nghĩa khác với logic TTL. Ở ngõ ra của một mạch điều khiển, mức cao (tương ứng với logic 0) là một điện áp từ +5 đến +15 V, còn mức thấp (tương ứng với logic 1) là một điện áp từ -5 đến -15 V. Tại ngõ vào của một bộ thu, mức cao được định nghĩa là từ +3 đến +15 V (gọi là space), và mức thấp được định nghĩa là từ -3 đến -15 V (gọi là mark). Có 2 phiên bản RS232 được sử dụng trong thời gian dài nhất là RS232B và RS232C. Tuy nhiên, hiện nay chúng ta chỉ thấy xuất hiện phiên bản RS232C và thường được gọi với tên ngắn là RS232. Trong phần cứng máy tính, thường có 1 hoặc 2 cổng RS232C và được gọi là cổng COM. Cổng COM này thường được chia thành 2 loại là 9 chân hoặc 25 chân tùy theo đời máy, hay main máy tính (tuy nhiên hiện tại thì chúng ta thấy nhiều loại 9 chân hơn). 1/ Đặc điểm của RS232 - 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. Nguyễn Trường Sanh 49
  2. Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp - Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +-12V. Hiện nay đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm – 7000 ôm. - Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến 12V. - Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps ( ngày nay có thể lớn hơn). - Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF. - Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhưng phải nhỏ hơn 7000 ôm - Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m. - Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn hay dùng: 9600, 19200, 28800, 38400…. 56600, 115200 bps Để giảm nguy cơ bị nhiễu giữa các tín hiệu kế cận, tốc độ thay đổi (slew rate) được giới hạn tối đa là 30 V/μs, và tốc độ cũng được giới hạn tối đa là 20 kbps (kilobit per second) (giới hạn này hiện đã được nâng lên nhiều lần). Trở kháng của mạch điều khiển được chỉ định là từ 3 đến 7 kΩ. Tải dung tối đa của đường truyền cũng được giới hạn là 2500 pF, và như vậy tùy thuộc vào loại cáp mà chiều dài tối đa có thể được xác định từ điện dung trên đơn vị chiều dài của cáp. 2/ Chức năng chân RS232 Như đã nêu ở trên, RS232 phân ra 2 số chân chính là 9 chân (DB9) và 25 chân (DB25); tuy nhiên với các dòng máy hiện đại ngày nay thì loại DB25 không thấy xuất hiện nữa, cho nên chúng ta sẽ tập chung và tìm hiểu loại DB9. Các tín hiệu RS-232 được định nghĩa tại DTE, theo bảng sau (chỉ nói đến các tín hiệu của đầu nối 9 chân): Chân số Chức năng Chiều thông tin 1 Data Carrier Detect (DCD) Từ DCE 2 Receive Data Line (RD) Từ DCE 3 Transmit Data Line (TD) Đến DCE 4 Data Terminal Ready (DTR) Đến DCE 5 Ground 6 Data Set Ready (DSR) Từ DCE 7 Request To Send (RTS) Đến DCE 8 Clear To Send (CTS) Từ DCE 9 Ring Indicate (RI) Từ DCE - Chân 1 : Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang dữ liệu - Chân 2: Receive Data (RxD) : Nhận dữ liệu - Chân 3 : Transmit Data (TxD) : Truyền dữ liệu Nguyễn Trường Sanh 50
  3. Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Chân 4 : Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu - Chân 5 : Singal Ground ( SG) : Mass của tín hiệu - Chân 6 : Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu - Chân 7 : Request to Send : yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu - Chân 8 : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu - Chân 9 : Ring Indicate (RI) : Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông Các hệ thống logic hiện nay chủ yếu sử dụng các chuẩn logic TTL hay CMOS, do đó khi cần giao tiếp bằng chuẩn RS-232 sẽ phải dùng các mạch điều khiển và thu (RS- 232 driver và receiver, hay RS-232 transceiver) để chuyển đổi giữa TTL/CMOS và RS- 232 vật lý. Các bộ transceiver hiện nay thường có sẵn các bơm điện tích (charge pump) để tạo ra các mức áp RS-232 vật lý (phổ biến là +12 V và -12 V) từ một điện áp nguồn đơn cực giá trị nhỏ (5 V hay 3.3 V). Vì chuẩn RS-232 chỉ dành cho giao tiếp giữa DTE và DCE, do đó khi hai máy tính (là các DTE) cần giao tiếp với nhau thông qua chuẩn RS-232 thì cần phải có các DCE (chẳng hạn như modem) làm trung gian. Các DCE này là các ngoại vi nên có thể giao tiếp trực tiếp với nhau thông qua một chuẩn nào đó. 2. RS422 Là một chuẩn truyền thông cũng được phát triển bởi “Electronic Industry Association” và “Telecommunications Industry Association” (EIA/TIA); thường được gọi tắt là RS422 hay RS-422 thay vì EIA/TIA-422. Chuẩn này chỉ đề cập đến việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa một host (DTE-Data Terminal Equipment) và một ngoại vi (DCE- Data Circuit-Terminating Equipment). Chuẩn truyền thông RS-422 là một chuẩn truyền thông nối tiếp (serial). RS-422 hỗ trợ truyền thông tốc độ cao và khoảng cách truyền dữ liệu dài. Mỗi tín hiệu được truyền trên một cặp dây ( 2 dây) và đó là sự khác biệt với các chuẩn truyền thông khác RS-422 là một cơ chế vận chuyển phổ biến cho các bộ mở rộng RS-232. Chúng bao gồm các cổng RS-232 ở hai đầu của kết nối RS-422. Với khoảng cách 40 feet ( tương đương 12m) thì tốc độ truyền dữ liệu tối đa là 100 Kilobytes trên giây. Một điện trở 120 – Ohm được mắc nối tiếp ở cuối đường truyền để ngăn chặn tín hiệu phản xạ và giao thoa. RS422 thường được sử dụng giữa một cặp thu phát này và một cặp thu phát khác. Tuy nhiên, ở mỗi đầu ra, có thể truyền tới tối đa 10 đầu nhận. Chuẩn này bao gồm máy thu vi sai, trình điều khiển vi sai và tốc độ dữ liệu cao tới 10 Megabits mỗi giây ở tốc độ 12 mét (40 ft).Vì chất lượng tín hiệu suy giảm theo chiều dài cáp, tốc độ dữ liệu tối đa giảm khi chiều dài cáp tăng. Nguyễn Trường Sanh 51
  4. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 30.RS422 1/ Thông số kỹ thuật chuẩn RS422 - Tiêu chuẩn : TIA/DTE-422 - Phương tiện vật lý : Cáp xoắn đôi - Cấu trúc mạng : liên kết điểm – điểm , liên kết điểm đa – đa điểm - Khoảng cách truyền tối đa : 1200m (4000 ft) - Tốc độ truyền tối đa : 100KBS -10MBS - Mức điện áp : – 6V đến + 6V (điện áp chênh lệch cực) - Tín hiệu khả dụng : Tx +, Tx-, Rx +, Rx- (Full duplex) 2/ Thông số kỹ thuật chuẩn RS422A - 1 Driver up to 10 Receivers - Chiều dài đường truyền và tốc độ tối đa: - 40 Feet = 12m 10 Mbits/sec - 400 Feet = 122m 1 Mbits/sec - 4000 Feet = 1219m 100 kbits/sec 3/ Ưu nhược điểm RS422 RS-422 tương tự như giao thức RS-232 và có thể được thiết lập theo cùng một cách, tuy nhiên, nó vẫn có một vài ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Đặc biệt là ở vấn đề bạn cần mua PC hỗ trợ cổng RS422 hoặc ít nhất là bộ chuyển đổi RS422 sang RS232, vì PC thường không sử dụng tiêu chuẩn RS422 này. Tốc độ truyền của RS-422 nhanh hơn và có khả năng đa điểm. Ngoài ra, bạn có thể thấy rằng có ít thiết bị hỗ trợ RS422 hơn. 4/ Ứng dụng của RS422 RS-422 sử dụng rộng rãi nhất là trên các máy tính Macintosh đời đầu. Điều này đã được thực hiện trong một đầu nối nhiều chân có đủ chân để hỗ trợ phần lớn các chân RS- Nguyễn Trường Sanh 52
  5. Đo lường và điều khiển bằng máy tính 232 phổ biến; các mẫu đầu tiên sử dụng đầu nối D 9 chân, nhưng điều này nhanh chóng được thay thế bằng đầu nối mini-DIN-8. Các cổng có thể được đặt ở chế độ RS-232. Trước khi sử dụng các hệ thống phát và chỉnh sửa dựa trên đĩa cứng, các hệ thống tự động hóa phát sóng và các cơ sở chỉnh sửa tuyến tính hậu sản xuất đã sử dụng RS- 422A để điều khiển từ xa các đầu phát / máy ghi âm trong phòng máy trung tâm. Khi cần truyền thông ở tốc độ cao và khoảng cách lớn như trong điều kiện nhà xưởng thực tiễn, phương pháp truyền chuẩn RS- 232 không đáp ứng nỗi những yêu cầu Kỹ Thuật đặt ra như độ tin cậy truyền thông theo kiểu sai biệt tín hiệu sai biệt đường truyền cân bằng – Balanced Lines tỏ ra hiệu quả hơn trong hầu hết các ứng dụng vì vậy người ta sử dụng RS 422 là chuẩn được thiết kế với tốc độ cao và khoảng cách truyền dẫn lớn hơn rất nhiều so với chuẩn RS-232. II. Bộ chuyễn đổi mức 1. Các mức điện áp đường truyền RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các mức logic 0 và 1. Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát. Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau: Mức logic 0 : +3V , +12V Mức logic 1 : -12V, -3V Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì từ – 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thơì gian ngắn hợp lý. Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền. Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd . 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 the . 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. Tốc độ Baud Đây là một tham số đặc trưng của RS232. Tham số này chính là đặc trưng cho quá 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) Nguyễn Trường Sanh 53
  6. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ Baud. Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được truyền còn tôc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền.Vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ baud là phải đồng nhất 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 Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyển mức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit. Do vậy, nếu tốc độ bit càng cao thì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ. Điều này làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền. Bit chẵn lẻ hay Parity bit Đây là bit kiểm tra lỗi trên đường truyền. Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong quá trình truyền . Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ. Một bit chẵn lẻ được bổ sung vào dữ liệu được truyền để ch thấy số lượng các bit “1” được gửi trong một khung truyền là chẵn hay lẻ. Một Parity bit chỉ có thể tìm ra một số lẻ các lỗi chả hạn như 1,3,,5,7,9… Nếu như một bit chẵn được mắc lỗi thì Parity bit sẽ trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi vì thế không phát hiện ra lỗi. Do đó trong kỹ thuật mã hóa lỗi này không được sử dụng trong trường hợp có khả năng một vài bit bị mắc lỗi. III. Mạch giao tiếp cổng com 1. Sơ đồ bộ chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485 Hình 31. Sơ đồ bộ chuyển đổi tín hiệu TTL thành RS485 Nguyễn Trường Sanh 54
  7. Đo lường và điều khiển bằng máy tính 2. Dây chuyển đổi USB sang RS485 Hình 32. Dây chuyển đổi USB sang RS485 Bộ chuyển đổi USB sang RS485 thường được dùng trong ngành công nghiệp, được thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng mang theo. Bộ chuyển đổi này có các mạch bảo vệ chống rỉ, chống lại sự tác động từ môi trường xấu bên ngoài. Hoạt động: Bộ chuyển đổi này có khả năng liên lạc nhanh, ổn định và bảo mật cao nên có thể tự động thu phát. 3. Cáp điều khiển RS485 – Grove Grove được biết đến là mẫu kết nối hệ thống tiêu chuẩn hóa đơn giản và dễ dàng ứng dụng trong học tập. Grove cho phép Arduino của người sử dụng kết nối trực tiếp với RS485, cắm trực tiếp và tiến hành sử dụng. Hình 33. Kết nối RS485 với máy tính Nguyễn Trường Sanh 55
  8. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Đây là bộ chuyển đổi được cấu tạo có mạch bảo vệ cách ly nguồn hoặc cách ly từ tính. Bộ chuyển đổi S177P1 được thiết kế riêng cho các tín hiệu Modbus RTD RS 485, RS232 giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB. Bộ chuyển đổi này được dùng để cách ly USB sang RS485, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Bộ chuyển đổi này được đánh giá khá dễ dùng, thu phát tự động mà không gây ra tình trạng trễ thông tin, là sự lựa chọn tuyệt vời cho những ứng dụng yêu cầu sự giao tiếp cao. 4. Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang USB Bộ chuyển đổi tín hiệu chuyên dụng từ RS485 sang USB giúp người sử dụng giải quyết được những trường hợp khó khăn nhất trong máy tính trở nên rất dễ dàng. Hiện nay, các loại laptop đều sẽ cắt sự tồn tại của cổng COM hoặc RS232 vì chúng làm cho laptop cồng kềnh hơn, sử dụng RS485 thì laptop sẽ nhỏ gọn, tiết kiệm diện tích. 5. Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet Hình 34. Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet Bộ chuyển đổi tín hiệu RS485 sang Ethernet giúp tín hiệu truyền được tập trung tuyệt đối và quản lý trên diện rộng, không còn bị giới hạn bởi khoảng cách địa lý hay diện tích, độ dài dây dẫn. Bộ chuyển đổi tín hiệu này là phát minh vĩ đại cho các hệ thống lớn trong xưởng sản xuất lớn, nhà máy lớn, hệ thống công nghiệp lớn,…. IV. Mạng RS485 RS485 là một chuẩn truyền thông được xây dựng trên nền tảng chuẩn RS422. Điểm khác biệt chính là RS485 cho phép tối đa 32 cặp thu phát có mặt trên đường truyền cùng lúc. Tương tự, RS485 cũng cần một trở kháng 120 Ohm ở cuối đường truyền để ngăn chặn tín hiệu phản xạ và giao thua. Nếu có nhiều hơn một thiết bị cần truyền dữ liệu, thì đường RTS được sử dụng như một đường điều khiển, cho phép truyền dữ liệu. Nguyễn Trường Sanh 56
  9. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 35. Sơ đồ 2 dây 1. Thông số kỹ thuật chuẩn RS485A - Up to 32 Driver/Receiver Pairs - Chiều dài đường truyền và tốc độ tối đa cho phép: - 40 Feet = 12m 10 Mbits/sec - 400 Feet = 122m 1 Mbits/sec - 4000 Feet = 1219m 100 kbits/sec 2. Truyền dẫn cân bằng. Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có hai 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 dây này đang phát mức cao thì dây kia phải đang phát mức thấp và ngược lại. 3. Mức tín hiệu. Với hai 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 thi ểu 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. 4. 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. 5. Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn. Phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có một 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. 6. Điện áp kiểu chung. Nguyễn Trường Sanh 57
  10. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Tín hiệu truyền dẫn gồm hai dây không có dây mass nên chúng cần được tham chiếu đến một 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 hai điện áp tín hiệu được tham chiếu với mass hay một điểm chung. 7. Vấn đề nối đất. Tín hiệu trên hai 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 phát có một sự chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ bị sai hoặc phá hỏng thiết bị. Điều này cho thấy mạng RS485 gồm hai dây nhưng có tới ba mức điện áp được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác định, gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này tới điểm kia, đặc biệt là tại các vùng có nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất. Chuẩn RS485 cho phép chênh lệch điện thế đất lên tới 7V, lớn hơn 7V là không được. Như vậy đất là điểm tham chiếu không đáng tin tưởng và một cách tốt hơn cho việc truyền tín hiệu lúc này là ta đi thêm một dây thứ ba, nó sẽ được nối mass tại nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu. 8. Điện trở đầu cuối. Điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản là điện trở được đặt tại hai điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí tưởng là bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng 100 – 120Ω. Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ nhỏ thì không sao nhưng nếu ở mức độ lớn thì có thể làm tín hiệu bị sai lệch. Sau đây là hình minh họa dạng tín hiệu thu được khi dùng hai điện trở đầu cuối khác nhau. 9. Phân cực đường truyền. Khi mạng RS485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu đều ở trạng thái lắng nghe đường truyền và tất cả khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách li với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định. Nếu -200mV ≤ VAB ≤ 200mV thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang giá trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu không hiểu nhầm là có dữ liệu xuất hiện trên đường truyền. Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường truyền (Biasing) phải được thực hiện. Một điện trở R kéo lên nguồn ở đường A và một điện trở R kéo xuống mass ở đường B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao. Nguyên nhân mà RS485 có thể tăng tốc độ và khoảng cách truyền thông là do RS485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ được nhiễu chung). Mặt khác do chuẩn truyền thông RS232 không cho phép có hơn 2 thiết bị truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với chuẩn RS485 ta có thể nồi 32 thiết bị thu phát trên 2 dây cho Nguyễn Trường Sanh 58
  11. Đo lường và điều khiển bằng máy tính phép tạo thành 1 mạng cục bộ. Cáp tín hiệu truyền thông công nghiệp RS485 bao gồm các chuẩn 22AWG và 24AWG. V. MOSBUS RTU RS485 là một phương thức giao tiếp được ứng dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp, viễn thông, POS,… Đặc biệt, RS485 được sử dụng nhiều trong các môi trường nhiễu do phạm vi đường truyền rộng lớn, đường cáp truyền đi quá lại quá dài trong môi trường nhiễu. Không chỉ dừng lại ở đó, RS485 cũng được ứng dụng nhiều trong hệ thống máy tính, điều khiển, PLC hay cảm biến thông minh. Hình 36. MOSBUS RTU RS485 hay được biết đến với tên gọi đầy đủ là chuẩn giao tiếp RS485 hay cáp RS485, đây là phương thức giao tiếp kết nối với máy tính và các thiết bị khác. RS485 không chỉ đơn thuần là giao diện đơn lẻ mà nó chính là tổ hợp truyền thông có khả năng tạo ra các mạng đơn giản của nhiều thiết bị. Chuẩn giao tiếp RS485 có thể kết nối max lên đến 32 thiết bị trên một cặp dây đơn và một hệ thống dây nối đất ở khoảng cách lên đến 1200m. 1. Nguyên lý hoạt động của RS485 Nguyên lý hoạt động của RS485 khá đơn giản, dữ liệu sẽ được truyền qua 2 dây khi xoắn lại với nhau, dây này được gọi là cáp xoắn. Khi dây được xoắn lại sẽ tạo cho RS485 khả năng chống nhiễu cao và khả năng truyền tín hiệu đường dài tốt hơn. RS485 được chia làm 2 loại cấu hình, hiện đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay là cấu hình 2 dây và cấu hình 4 dây. Nguyễn Trường Sanh 59
  12. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 37. Sơ đồ chân RS485 2 dây Đối với cấu hình 2 dây, dữ liệu sẽ được truyền đi theo một hướng tại một thời điểm nhất định. Với kiểu thiết lập này, tín hiệu TX và RX sẽ cùng nhau dùng chung một cặp dây duy nhất giúp người sử dụng tiết kiệm được chi phí cài đặt. 2. Sơ đồ chân RS485 2 dây Hình 38 . Sơ đồ chân RS485 2 dây Nguyên lý hoạt động của cấu hình 4 dây tương đối khác, tại đây dữ liệu sẽ được truyền đi và đến đồng thời từ các nút. Tại đây, 2 dây sẽ đảm nhận nhiệm vụ truyền và 2 dây còn lại sẽ đảm nhận nhiệm vụ nhận. 3. Ưu điểm của RS485 Nguyễn Trường Sanh 60
  13. Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Là sản phẩm tân tiến nhất hiện nay, khắc phục những yếu điểm mà RS232 để lại. Cáp RS485 là chuẩn giao tiếp duy nhất có thể kết nối cùng lúc nhiều máy phát và máy thu trên cùng một hệ thống mạng. - Những máy thu có điện trở đầu vào lên đến 12kΩ thì RS485 vẫn có thể kết nối lên 32 thiết bị. Ngoài ra, với các đầu vào khác, RS485 có thể kết nối tối đa lên 256 thiết bị. - Khi RS485 đang kết nối các thiết bị ở khoảng cách khá xa thì người sử dụng có thể khắc phục bằng cách lắp thêm bộ lặp để tăng số lượng thiết bị kết nối, giúp tín hiệu ổn định hơn, tránh nhiễu đường truyền. - RS485 có lắp đặt 2 dây truyền tín hiệu nên tín hiệu sẽ được truyền đi nhanh hơn trên khoảng cách xa và rộng hơn. 4. Nhược điểm RS485 - Khi truyền quá nhiều thiết bị trên cùng một đường dây thì gian đáp ứng sẽ chậm. - Các thiết bị cần phải dùng chung chuẩn RS485 thay cho chuẩn Analog hiện hữu - Cần có một kiến thức nhất định để sử dụng RS485 hiệu quả 5. Sự khác nhau giữa RS485 và RS232 Như mọi người đã biết, RS485 là phiên bản tân tiến, khắc phục được mọi nhược điểm của chuẩn giao tiếp RS232. Thế nhưng giữa 2 chuẩn giao tiếp này khác nhau ở những điều gì? 6. Số lượng trình điều khiển và nút Điểm khác nhau đầu tiên giữa RS485 và RS232 chính là số lượng điều khiển và nút: - RS485: Điều khiển được 32 thiết bị cùng một lúc - RS232: Điều khiển được duy nhất 1 trình điều khiển và 1 bộ thu 7. Khoảng cách trong giao tiếp Điểm khác nhau tiếp theo phải kể đến chính là khoảng cách trong giao tiếp của Rs485 và RS232: - RS485: Khoảng cách giao tiếp tối đa đạt mức 1200m - RS232: Khoảng cách giao tiếp tối đa chỉ đạt mức 15m 8. Ứng dụng của RS485 trong công nghiệp Nguyễn Trường Sanh 61
  14. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 39. RS485 được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp - RS485 được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp nói chung và ngành tự động hóa nói riêng. Những ứng dụng nổi bật của RS485 có thể kể đến như việc ứng dụng trong điều khiển động cơ từ xa VFD hoặc trong biến tần. RS485 cũng điều khiển những hệ thống mạng đơn giản PLC, HMI – đây đều là những mạng cho phép điều khiển động cơ từ khoảng cách xa trong ngành công nghiệp. - Để theo dõi và kiểm tra lượng nước được bơm vào từ một máy bơm, bạn không cần phải theo dõi sát sao bên cạnh. Thay vào đó, khi sử dụng RS485, bạn hoàn toàn có thể điều khiển và theo dõi lượng nước từ một nơi rất xa. - Khi chuẩn giao tiếp RS485 kết nối được hệ thống gồm HMI và PLC thì PLC cũng sẽ được kết nối với VFD thành công thông qua RS485. - Hệ thống PLC thường được sử dụng trong việc theo dõi, giám sá mực nước trong các bồn chứa, nên khi kết nối với RS485, PLC có thể theo dõi mực nước từ trung tâm điều khiển hoặc có thể quay về kiểm soát dòng chảy, mực nước theo cách thủ công khi cần. - Hệ thống VFD khi kết nối với RS485 cho phép kiểm soát tốc độ của máy bơm nước từ trung tâm ở xa. VI. Thực hành giao tiếp qua cổng nối tiếp 1. Sơ đồ giao tiếp RS485 giữa hai Arduino Hình 40. Giao tiếp RS485 giữa hai Arduino 2. Chương trình Nguyễn Trường Sanh 62
  15. Đo lường và điều khiển bằng máy tính ……….. Nguyễn Trường Sanh 63
  16. Đo lường và điều khiển bằng máy tính CHƯƠNG 5: GIAO TIẾP QUA CỔNG USB Mục tiêu của bài: - Trình bày được nhiệm vụ và chức năng của cổng USB; - Trình bày được phương thức truyền dữ liệu qua cổng USB; - Thực hiện được việc truyền dữ liệu qua cổng USB. I. Cấu trúc cổng USB. USB cho phép truyền dữ liệu giữa các thiết bị, đồng thời cũng là cổng cung cấp nguồn qua cáp cho các thiết bị mà không cần đến nguồn riêng cho chúng. USB Universal Serial Bus) là chuẩn kết nối giao tiếp giữa máy tính cá nhân và các thiết bị điện tử dân dụng. Cổng USB cho phép các thiết bị điện tử dùng cáp kết nối đến máy tính. USB cho phép truyền dữ liệu giữa các thiết bị, đồng thời cũng là cổng cung cấp nguồn qua cáp cho các thiết bị mà không cần đến nguồn riêng cho chúng. USB được phát triển bởi một nhóm gồm các thành viên "gạo cội" như Intel, Compaq, Microsoft, Digital, IBM, Northern Telecom và được chính thức cấp chứng nhận vào đầu năm 1996. USB có thể hỗ trợ cho hơn 127 loại thiết bị ngoại vi khác nhau với tốc độ tăng dần: 1,5Mbps (USB đầu tiên), 12Mbps (USB 1.0), 480Mbps (USB 2.0) và 500Mbps (USB 3.0 sắp xuất hiện). USB có thể dùng để thay thế các cổng giao tiếp nối tiếp (series) và song song (parallel). Bên cạnh đó, USB còn kết nối đến các thiết bị ngoại vi trên máy tính như chuột, bàn phím, PDA, thiết bị chơi game (gamepad, joystick), máy quét, máy ảnh số, máy in, thiết bị nghe nhạc, bút lưu trữ và rất nhiều thiết bị gắn ngoài khác. Các loại đầu nối USB Nguyễn Trường Sanh 64
  17. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 41. USB-A và USB-B USB On-The-Go (OTG) hỗ trợ các loại socket khác nhau như: AB, Mini và Micro. Các phiên bản USB USB 1.0 được trình làng vào năm 1994, có tốc độ 12Mbps, giúp thay thế nhiều cổng kết nối trên máy tính cá nhân. USB 2.0 ra mắt vào năm 2000 và được USB-IF (USB Implementers Forum) chuẩn hóa vào cuối năm 2001. Hewlett-Packard, Intel, Lucent Technologies (nay là Alcatel-Lucent sau khi sáp nhập với Alcatel năm 2006), Microsoft, NEC và Philips cùng phát triển lên mức tốc độ cao hơn, 480Mbps. USB 3.0 được Promoter Group công bố vào 2008, có tốc độ nhanh gấp 10 lần USB 2.0, 5Gbps - SuperSpeed USB. Sản phẩm chính thức sẽ ra mắt vào năm nay hoặc 2010. Cổng USB có 4 chân Hình 42. Cổng USB có 4 chân II. Các mạch tích hợp chuyển đổi. USB sang RS232 hay RS422, RS485 1. USB sang RS232 Hình 43. USB sang RS232 2. USB sang RS422 Nguyễn Trường Sanh 65
  18. Đo lường và điều khiển bằng máy tính Hình 44. USB To RS232 Giao Diện Sơ Đồ Mạch 3. USB sang RS485 Hình 45. USB sang RS485 Nguyễn Trường Sanh 66
  19. Đo lường và điều khiển bằng máy tính 4. Sự khác biệt giữa RS232, RS422, RS485 Hình 46. Sự khác biệt giữa RS232, RS422, RS485 Hình 47. Cổng chuyễn usb sang com Thiết kế USB để kết nối phần cứng cổng nối tiếp RS232 sơ đồ hệ thống phần cứng bao gồm bốn nhóm Vào: Giao diện, CH341T, MAX232 và RS232 giao diện USB. để kết nối thiết bị RS232. Theo nhu cầu thực tế, hãy chọn kết nối DB9 sử dụng rộng rãi hiện nay. USB đến 9-line cổng nối tiếp Hình dưới đây cho thấy cổng nối tiếp USB đến RS232 nhận ra bởi CH340T. CH340 cung cấp tín hiệu cổng nối tiếp thường được sử dụng và tín hiệu MODEM. Nó chuyển đổi cổng nối tiếp TTL thành cổng nối tiếp RS232 thông qua mạch chuyển đổi mức U8. Cổng P11 là chân DB9. Pin và chức năng của nó giống như cổng nối tiếp 9-pin thông thường của máy tính. Mô hình tương tự của U8 Có MAX213 / ADM213 / SP213 / MAX211 và vân vân. III. Các mạch ứng dụng. Khi thiết kế bảng mạch in PCB, cần lưu ý rằng các tụ tách C8 và C9 phải càng gần càng tốt với các chân nối của CH340; các đường tín hiệu D + và D- phải được đặt gần dây song song, và dây nối đất hoặc đồng phải được cung cấp ở cả hai bên càng nhiều càng tốt Nguyễn Trường Sanh 67
  20. Đo lường và điều khiển bằng máy tính để giảm nhiễu tín hiệu bên ngoài; cố gắng rút ngắn chiều dài của các đường tín hiệu liên quan đến pin XI và XO, để giảm nhiễu tần số cao, bạn có thể bao quanh mặt đất hoặc đồng trên các thành phần liên quan. 1. USB đến cổng nối tiếp RS232 Hình này cho thấy cổng nối tiếp RS232 3 dây cơ bản và thường được sử dụng nhất cho USB và U5 là MAX232 / ICL232 / SP232. Hình 48. USB đến cổng nối tiếp RS232 2. USB đến 3-dây cổng nối tiếp RS232 Con số này cũng là một cổng nối tiếp RS232 3 dây USB. Mạch này có chức năng giống như hình trên, ngoại trừ mức tín hiệu RS232 đầu ra hơi thấp hơn. Pin R232 của CH340 ở mức cao và chức năng RS232 phụ được bật. Nó chỉ cần diode bên ngoài, bóng bán dẫn, điện trở và tụ điện để thay thế mạch chuyển đổi mức đặc biệt U5 trong 7.2. Do đó, chi phí phần cứng thấp hơn. Hình 49. USB đến 3-dây cổng nối tiếp RS232 3. Bộ điều hợp hồng ngoại USB Nguyễn Trường Sanh 68
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2