Luận văn xây dựng hệ thống Đo Đạc thu thập và xử lý tín hiệu số các thông số môi trường từ xa qua mạng ethernet trên nền linux nhúng

Yêu cầu của hệ thống này là hoạt đông hoàn toàn tự động trên nên hé diéu hanh Linn nhúng, do dược các thông số vẻ môi trường như nhiệt dé và độ ẩm, có thể truyền số liệu, và dưa 1a các c

SỐ CÁC THÔNG SỞ MÔI TRƯỜNG TỪ XA QUA MẠNG

ETIERNET TREN NEN LINUX NIIUNG

Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến và điện tử

Mã số: 60 44 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: T8 ĐỖ TRƯNG KIÊN

Hà Nội - 2013

Mục lục

MỞ ĐẦU An F n

1:1 Hệ thiết bị đo lHỜNg cáccosocc2.c0 E010 20ãsdg0á088agaxsanseaasssassa/ET

1.2.1 Giới thiêu bộ thu thập số liệu

1.2.2 Một số đặc điểm của hệ thu thập

1.2.3 Một số bộ thu thập số liệu hiện nay ¿222cc 1

1/3:Hệ thông những tả TH accoctcci2 d2 012220 0 tuệ g4 4,00 aad

1.3.1 Thé nao la một hệ thống nhúng 22222s2csssssssscssssssrecee TỔ

1.3.2 Hệ điều hảnh Linux 5 t22cteterrreessareoo TT

1.3.3 Các hiểu biết cơ sở phần cứng, is 0222222222112221222022222011011 2 18

S/TƯƠNG ii HƯỚNG ỔổkuaasnnousacE i00 SE Hgg0gtgingkhệc Gà GHngguữngg85dã08ãcnaiuzaasan.TNG

2.2 Nhiệt độ và cảm biển đo nhiệt độ c0 ccccoe „u26

2.3 Độ âm tương đối và cảm biển đo nhiệt độ tương đồi 36

2.3.2 Cảm biển đo độ âm tương đi

2.4 Xây dựng phần cứng thiết bị sexy sexy

2.4.1 Ghép nải phần cứng mở rộng

2.5 Tim hiểu cơ sở cải đặt và thiết kế phần mém sexy

2.5.1 Nhân Linux ke ke ke

2.5.2 Câu trúc Tnux

2.5.3 Chuẩn bị và biên địch nhân Limmr

2.5.4 Xây đựng hệ thu thập số liêu sexy sexy 2.5.6 Xây dụng trình điểu khiển

2.5.7 Xây dựng phần mềm quản lý đo và lưu số liệu trên thể nhớ

2.5.8 Truyền số liệu và điều khiển từ xa qua mạng sexy

CHƯƠNG 3 : KÉT QUÁ KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ

3,1 Khảo sắt giao tiếp 1-dây với cảm biển đo nhiệt độ D51 Bb20

3.2 Khao sát hệ mạch đo độ âm

3.3 Chuẩn hóa hệ mạch đo độ ẩm ¬— ¬—

3.4 Khảo sát căn chỉnh và chuấn hóa hệ đo,

3,5 Kết quả đo nhiệt độ và độ âm môi trường sexy 3.6 Thu thập số liệu và điều khiến từ xa qua mạng,

Đanh mục hình vẽ

Tlinh 1.1 Se dé khéi cũa một hệ thống đo tự động 12

Hình 1.3 Hộ thu thập số liệu DVTH và MT100 ¬— we 1S

Liinh 1.5 Các thành phần trên board mạch NƠW100 ¬—

Hình 1.6 Sơ đồ khối board mạch NGW100

Hình 2.1 Sơ đỗ nguyên lý do nhiệt dộ sử dụng D2S18B20 28

Hinh 2.2 Ảnh thực của cảm biến nhiệt độ D)S18B20 28 Hình 2.3 mô tả hệ thống truyền dẫn vật lý Bus 1-dây _ .30

Hình 2.4 giãn đỗ xưng của quá trình kết nối, gửi lệnh gọi thị

của bộ diều khiển giao tiếp 1-dây

Hình 2.5 Sơ đồ khối miêu tả hoạt động của hệ thiết bị sử dụng giao tiếp L-day 35

Tlinh 2.7 Biéu đỗ sự phụ thuộc điện dung của biển tử vào độ âm tương đổi

Hình 2.8 Sơ dỗ nguyên lý do độ ẩm sử dụng HS1100 và T.MSS5 39 Tlinh 2.9 Sơ để khếi miêu tả hoạt động của hệ đo độ âm tương đổi 40

Hình 2.10 Biểu đồ sự phụ thuộc của tần số của mạch dao động theo độ âm không

Hình 2.12 Giao điện thực tế terminal eva hé diéu ban Linux trén thiết bị hiển

thj qua man hinh may tinh ¬— ¬— ¬— we AF Hình 2.13 Sơ đổ thuật toàn đo nhiệt độ sử dụng TC DS18B20 49 Tlinh 2.14 So dé thuat toan do dé âm str dung 1181100 va IC LMS55 50 Hình 2.15 Sơ đỏ thuật toán phần mễm quân lý do và lưu trữ we SL

Hinh 3.1 Gian dé giao động ký tin hiệu giao tiếp 1-dây của cảm biển I2S18H20

33

Hình 3.2 Giãn dỗ đao déng ký các xung của một quả tình nhận lệnh và truyền

Hình 3.3 giản dỗ xung của giai doạn 1 của quá trình nhận lệnh và truyền đỡ liệu

của căm biến J28181320 ¬— ¬— ¬— - 54

xhận lệnh và truyền dữ liệu của cảm biển DS18B20 56

TTình 3.6 Dễ thị sơ sánh tần số của hệ mạch đo độ âm từ kết quả tính toán và đo

Hình 3.7 Đô thị khảo sát đánh giá hệ đo nhiệt độ TH wee OL Hình 3.8 Đô thị khão sát đánh giá hệ đo độ aan & Hình 3.9 Hệ thống thu thập số liêu trên nên lim nhúng sexy woe OB

Hình 3.11 Giao điện tải các thông tin do đạc được ¬— we Od

Hình 3.15 Đẻ thị sự biến đôi theơ thời gian của nhiệt độ tại phòng thí nghiệm 67

Hình 3.16 Đẻ thị sự biển đổi theo thời gian của đồ âm tương đổi tại phòng thí

Danh mục bang biểu

Bang 3.1 Số liệu đo từ việc khảo sát tần số theo độ ấm để chuân hóa hệ mạch do

MO DAU

Việc đo đạc các đại lượng vật lý, thu thập các thông số, xứ lý số liệu

thông tin là hết súc quan trọng trong khoa học và đời sống Với hậu hệt các thí

nghiêm vật lý, hoa hoe, sinh hae, môi trường, các thống kế và điều tra

đo đạc thu thập và xử lý các số liệu Trong sản xuất công nghiệp cũng cân việc

đo đạc các thông số để đảm bảo chất lượng và quan lý san xual Cac van đề thường phải làm là do các dại lượng, thông số cân thiết bằng các thiết bị do thích

hợp ghi chép, truyền số liệu, xử lý số liêu, đáng giá nhận xét và có thể đưa ra các

quyết đình Trước khỉ công nghệ thông tin, dién tử, tự động hỏa phát triển, cáo van dé nay thường phải dược xử lý hoản toàn thủ công, mất rất nhiều thời gian, sức lực mả hiệu quả không cao Ngày nay, khi công nghệ thông rninh phát triển, cho phép tạo ra các hệ thông đo đạc xử lý hoàn toàn tự động Hệ thông tự động, cho phép do dạc thu thập xứ lý, sao lưu, truyền số liệu, dánh giả số liệu với hiệu qua cao, liên tục, chỉnh xác Ngày nay thì những hệ thống do tự động nhĩ thế không thể thiếu dược trong các lĩnh vực khoa học kỹ thuật và cuộc sóng Trong khơa học, chủng đo đạc vả xứ lý các số liệu khẳng lỗ của khoa học thực nghiệm

mà nêu phải sử đụng sức người thì không thể thục hiện được Trong kỹ thuật thì

những hệ thông đo đạc xử lý lự động cho phép một nền sản xuất công nghiệp quân lý, đánh giá sản phẩm hoàn toàn tự động, cho các sắn phẩm năng xuất cao

và chất lượng tốt, đẳng đêu Bên cạnh đỏ công nghệ truyền thông Intemet ra đời

và đạt được những phát Hiển vượt bậc to lớn, đưa nhân loại sang kỷ nguyễn mới

của công nghệ thông tin Vì tính thiết trục, quan trọng của vấn để đo đạc, thụ thập xử lý tín hiệu, để bắt kip sự phát triển của khoa học công nghệ hiận văn này

xin trình bẩy về vẫn dễ xây dựng một hệ thông do dạc, thu thập và xử lý các thông số hoản toàn tự động va có thể truyền và điều khiển từ xa qua mạng Cụ thé hơn luận văn trình bày về xây dựng hệ thống đo đạc thu th và xử lý các

thông sổ mỗi trường, thu thập số liệu mỗi trường như nhiệt độ, độ Âm và ghỉ

lại các số liêu đó Các sở liệu nảy phục vụ cho rất nhiều viếc như dự báo thời tiết, phân tích môi trường, báo vệ thực phẩm, vật tư, mảy móc Yêu cầu của hệ thống này là hoạt đông hoàn toàn tự động trên nên hé diéu hanh Linn nhúng, do dược các thông số vẻ môi trường như nhiệt dé và độ ẩm, có thể truyền số liệu,

và dưa 1a các cơ sở và thực hiện xây dựng thành công được hệ thống thu thập số liệu các thông số môi trường trên nên linux nhúng có khả năng truyền số liệu và

điển khiến qua mạng Bước đần vận hành chạy thủ nghiệm đạt kết quả

Tuy nhiên đo thời gian thực hiện còn hạn chế, có nhiều khó khăn về trang, Thiết bị thiết bi, tai liệu Do đó luận văn này cón nhiều thiểu sót cân bố xung và

chinh xita mong cdc qui thay cô và bạn dọc đóng góp và chỉ bảo thêm

THả Nội ngảy tháng G1 năm 2013

Vũ Ngọc Ha

10

CHUONG 1: TONG QUAN

1.1 Hệ thiết bị do lường

'Việc đo đạc, thu thập xử lý thông tin nói chung chia làm ba phản chính là đo,

thu thập truyền và xử lý Việc đo thực chất là việc định hượng các đại lượng vật

lý thánh các cơn số và đơn vị bằng cách thục hiện phép do bằng đụng cu do Dụng cụ đo thông qua phép đo mả chuyển các đại lượng vật lý cần đo của đối

tượng cần đo thánh các đại lượng khác có thông tín định lượng của đại lượng đó

tức là thể hiển thị dược hoặc dọc dược một cách dịnh lượng Thường ngày nay,

để thuận lợi cho việc lưu trữ, truyền thông, xử lý thì các đại lượng cần đo đều chuyển về gái đại lượng điện mang thông lãm định lượng của đại lượng cần do như hiệu diện thẻ hoặc dòng diện Đại lượng diện nảy thuận lợi cho việc truyền, lưu trữ, xử lý bằng các thiết bị điện, mạch điện tích hợp, với công nghệ điện toán

mà nhân loại đã đạt được rất nhiều thành tựu Việc thu thập gồm thuyền và lưu

trữ ngày nay thường được thực hiện trên cơ sử điện toán Việc xứ lý thông tìn

được thực hiện tự động hoàn toàn hoặc tự động một phan thông qua hệ thông điện toán, thường thực hiệu bằng ít nhất một bộ vị xử lý và một chương trình

hoạt động trên vi xử lý đỏ Việc của người thực hiện công việc liên quan hệ

thông này là xây đựng hệ thẳng gồm phản cứng và phản mềm, vận hành hệ

thống, sử dụng và đánh giá các kết quả đo Một hệ thống đo đạc và điều khiển lự động cỏ các chức năng do đạc các dại lượng, thông số của dối tượng, truyền thêng lưu trữ, xử lý, phân tích đánh giá và còn có thể đưa ra các tín hiệu điều khiến phân hếi ([ecđback) hoàn Ioàn tự động,

Sơ đê khỏi của một hệ thông đo tự động:

11

đo không có phân phân héi (feedback) Nhiệm vụ của bộ thu thập số liêu là đo

đạc và lưu trữ, truyện thông số hệu Và cụ thê hơn và việo lha thập, do đạc cáo

thông số của mỗi trường,

1.2 Bộ thu thập số liệu

1.2.1 Giải thiệu bộ thu thập sỗ liệu

Bồ thụ thập số liêu (Data logger) là thiết bị điện từ có khả năng đo đạc lự

động và lưu trữ các số liệu đo được theo thời gian Do có khả năng tự động đo và

lưu trữ số liêu liên tục 24/24 giờ trong ngày nên thiết bị này thường được sử dụng dễ hỗ Irợ do các dại lượng vật lý mà yêu cầu phối do ổ xã phòng thí nghiệm

và thực hiện đo nhiều lần liên tiếp trong một khoảng thời gian đải Trên thực tế,

những đại lượng vật lý thường được đo là những thông tin liên quan đến các

thông số của môi trưởng nghiên cứu như nhiệt độ, độ âm, áp suất, tốc dé gid,

hưởng giỏ, theo các tọa độ GPS, Nhờ vào thiết bị này mà các nhà nghiền cửu

có thể đễ đăng có được những thông lin chỉ tiết về sự biển đổi của các đại lượng: nghiên cửu cũng như những thay dỗi của mỏi trường,

Sơ dỗ khỏi của một bộ thu thập số liệu:

12

Tình 1.2 Sơ đỗ khái bộ tha thập số liệu

Trong đỏ:

- 8ensor hay còn gọi là các cảm biển, dược sử đụng dễ thực hiện quá trình

chuyến đổi cáo đại lượng vật lý không điện thành tín hiệu điện phục vụ cho việc

đo đạc các Iín hiệu tự động bằng các thiết bị điện Lữ

- Khoi lưu trữ thường 14 EEPROM, FLASH, thé nhé, 6 cimg ch động,

dùng dễ lưu trữ các số liệu do dạc dược, dung lượng của các bộ nhớ nảy thường, khá lớn so với những bộ nhớ nội của chịp vi xử lý, vị điều khiển

- Khi xử lý trục tiếp thục hiện việc đo đạc các tín hiệu điện từ sensor và

đưa các số liệu đa được, xử lý tạm thời đế đua thông tín đo được vào trong bộ

phận lưu trữ để lưu lại hoặc truyền đi xa

- Ngoài ra khối xử lý con cung cấp thêm một chuẩn giao tiếp dễ có thể

đưa thông tin ra ngoài cho người sử đụng Khối xử lý có thể là một hệ vi điều

khiển hoặc máy tính cá nhân kết hợp với ruột số TƠ chuyên đụng khác,

18

1.2.2 Một xỗ đặc điểm của hệ thuc thập số liệu

Các hệ thống thu thập số liệu thường dược đặt ở những nơi quan sát xa phòng thí nghiệm, do vậy nó phải có khá năng hoạt động độc lập và lưu trữ số liêu, sé giae thức đẻ truyền số liệu vào máy tính Ngoài ra, thiệt bị phải có khả măng hoạt động liên tục lâu dài nền cần sử dụng nguồn IDC vả tiểu thụ ít năng

lượng

TIệ thống được đặt ở xa nên khó có thể có người thường xuyên theo đối sửa chữa được nên hệ thông phải có độ bên cao, chạy ôn định, tránh được các lỗi thông thường có thẻ xây ra làm ảnh hưởng tới việc do dạc và lưu trữ số liệu

Các kết quả nghiên cứu không thể chỉ dựa trên số Hêu do dạc của một dại lượng mả cón phải dựa trên các yếu tổ mỏi trường khác nữa nên hệ thống phải có khả năng đo đẳng thời nhiều đại lượng khác thaw

Cáo đại lượng đo thường là các đại lượng biển đối chậm theo thời gian

Bởi nếu không như vậy thi sé lượng thông trì do dược sẽ là một khối lượng, khổng lễ Dỏi với hệ thông thi tân số lầy mẫu là I TIz (tương ứng tân số tin hiệu,

nhỏ hơn 0,5Hz - Theo định lý Nyquist) thi khối lượng thông tin cẩn lưu trữ trong,

một sở hệ thống théng minh con cho phép người sử dụng thay đổi cấu hình thiết

bị tù xa (thêm bớt các đại lượng do, xóa các số liệu cũ, ) cho phủ hợp với mục

đích của người sử dụng cũng như để tiết kiêm bộ nhớ

1.3 3 Một số bộ thu thập số Hậu hiện nap

Hiện nay, rất nhiễu hãng sản xuất thiết bị điện tử và thiết bị khoa học đều

nghiên cửu và cho ra đời các bộ thu thập số liệu phục vụ nhiều mục đích khác nhau, nhất là trong công nghiệp Diễn hình là cáo bộ Data Logger tia các hãng

14

nổi tiéng nhu ctia Advantech, National Instruments, b6 DVTH[31] ctia Supco, bé

MT100 [10] ctia DataQ, ICP DAS [42], Measurement Computing [43] nhimg

hệ này thudng ding dé thu thap sé ligu ve nhiét d6, d6 am va nhimg tham số

khác của môi trường (Hinh 1.3), thong tin duge lưu trữ vào thẻ nhớ hoặc truyền

vào máy tỉnh thông qua các kết nói USB, Ethemet, Wireless (RF, Blue tooth),

GPRS

Hình 1.3 Bộ thu thập số liệu DVTH va MT100

Ví dụ với bộ MT100, thiết bị này cỏ một số ưu điểm nổi bật như sau:

- Cé man hình màu 5,7 inch hiển thị trục tiếp số liêu dưới dạng đô thị

~ Có 10 kênh đo analog (để đo điện thẻ, cặp nhiệt điện, đô âm, )

~ Lưu trữ số liệu trên thẻ nhớ

~ Cỏ thẻ truy xuất số liệu qua mạng LAN

~ Có 4 rơle báo động

~ Có thể mở rộng, thiết lập thông qua các nút bấm trên thiết bị

Tuy nhiên thiết bị này vẫn còn một vài hạn chế sau:

~ 10 kênh đo đều lả dạng analog nên phải chuyển các đại lượng cần đo vẻ

dang điện thế

15

- Chỉ có thể láy dữ liệu thông qua thể nhớ hoặc mạng LAN

- Thiết bị chỉ sử dụng được nguồn điện AC với công suất là 38VA do dỏ không thể thực hiện đo khi gặp sự cố mắt điện hoặc không thé do ở các nơi xa khẳng có nguồn điện AC

Các nhà nghiên cứu cũng không đứng ngoài những công việc nhằm mục

đích làm ra những bộ thu thập số hệu có lính nắng liên tiến theo mục dich sit dụng cũng như ứng dung thành quả của công nghệ vi điện tử Cụ thể, Thakur, S

va Courad, TM [35] dùng hệ nhúng trên nên ARM9 làm bộ thu thập dũ liệu cho thiết bị dưới nước, nhóm Hsueh-Chun Lan [14] thực hiện dùng mạng không đây, nhém Irabhudesai, R.G [32] nghiên cứu thiết bị thu thập đữ liệu hãi dương khí tượng, nhớm của Kn, K-K.K [1S] với các thiết bị thu thập dữ ệu ding trong bai quân, hay bộ thu thập số liệu phục vụ nhiều mục dich sử dụng, các hệ thu thập dữ

liệu phục vụ sức khỏe con người [32, 33], Những hệ thống nảy nhìn chung đều được phát triển với rnột mục đích ứng đụng cụ thể và đặc thù trên niên tăng, những hệ diện tử nhúng hoạt động thông mình, có ít nhiều sử dụng dến hé diéu

hành nhúng như Windows CH, GKU/Lintr

1.3 IIệ thống nhúng và Linux

1.31 THÊ nào là một hệ thẳng những

TIệ thông những (Iimbeded system) được sử dụng để chỉ những hệ vi mạch với

rất nhiều hình dạng và kich thước khác nữau từ những hệ thông giữ liệu máy chủ máy trạm tới các máy nghe nhạc hay chiếc điện thoại hay ngay cả chiếc máy tính cả nhân cũng có thẻ được gọi lá hệ thông nhủng tuy nhiên ta ít sử dụng với nghia này Thông thường “hệ thống nhúng” để chỉ những hệ có các đặc trưng

-_ Sử dụng cho một ứng dụng hoặc một chức năng cụ thể, Thường các chứ

nang ma con người cần tự động hỏa bing may méc

~_ Có thể chứa giao điện hoặc lương tác người dùng, hoặc hoại động hoàn toán tự động,

-_ Thường có dữ liệu hạn chế, bộ nhớ nhỏ Các chương trình đặc trưng, ít cỏ

chuẩn théng nhat

- Thường hướng tới những ing dung để thay thé cho lao động của con

người mà cân có sự xử lý, tinh toén, kiểm soát, lưu trữ thông tin

Một hệ thống do dạc thư thập xử lý số liệu tự động là một hệ thống nhúng,

Né gồm phần cứng gồm toàn bộ các linh kiện điện tử câu thành dé dam bao van tiành những chương trình, công việu mà người chế tạo thiết kế Những chương trình nảy là phản mềm Thỏng thường phẩn mềm có thể dược nhà thiết kế viết riêng cho thiết bị, đặc trưng riêng và không có chuẩn thẳng nhất không sử đụng

hé diéu hành, việc nảy làm cho thiết bị khó nâng cấp mở rộng lính năng bảo dưỡng chuyển giao, khéng có sự thông nhất và chuẩn hóa Tuy nhiên trong luận

văn này đề cập đến bộ thu thập số liệu dựa trên phần mềm phát triển trên nên hệ

diéu hành mã nguồn mở Linuwx Hệ diễu hành nguồn mở có rất nhiều gu điểm, đang dân phổ biển va phát triển Việc sứ dụng hệ điều hành lam cho thiết bị dễ đàng nàng cấp, mở rộng tính năng, có sự thống nhật và chuẩn hóa, dé dang chuyển giao thiết bị,

1.3.2 Hệ điều hành Lim

Linux là lên gợi của một hệ diễu hành máy tính và cũng là tên hạt nhân

của hệ đhểu hành Nó có lẽ là một ví dụ tiêu biểu nhất của phần mềm tự do vả của

việc phát triển mã nguồn mở

Phign ban Linux dau Gén do Linus Torvalds viêt vào năm ] 991, lúc ong

cèn là một sinh viên của Dại học Ielsinki tai Phan Lan Ong lam việc một cách

1

hãng say rong vòng 3 nắm liên tục và cho ra doi phién ban Linux 1.0 vao nim

1994 Bộ phận chủ yếu này được phát triển vả tung ra trên thị trường dưới bản

quy mạc Do đỏ rà bất cử gĩ cũng có thể lãi và xem

và xử dụng cũng như phát triển mã nguồn của Linux

Khởi đầu, Linux duoc phat wién cho đòng vi xử lý 386, hiện tại hệ điền

hành này hỗ trợ một số lượng lớn các kiểu trúc vi xử lý, và được sử dụng trong

nhiều ứng đụng kháe nhau từ máy tính cá nhân cho tới các siêu máy tính hay là các thiết bị nhúng như là các mây điện thoại di động

Ban dau, Linux dược phát triển và sử dụng bởi những người say mê Tuy

nhiên, hiện nay Linux đã có được sự hỗ trợ bới các công ty lớn như HẦM và

Hewlett-Packard, đồng thời nó cũng bắt kịp được các phién ban Unix déc quyền

và thậm chí là một thách thức di với sự thông trị của Microsoft Windows trong một số lĩnh vực Sở di Linux dat được những thành công một cách nhanh chóng

là nhờ vào các đặc tính nói bật so với các hệ thống khác: chỉ phí phân cứng thấp, tốc độ cao (khi so sánh với các phiên bán Lhiaix độc quyền) và khả năng bảo mặt

tốt, độ tin cậy cao (khi so sánh với Windows) cũng như là các đặc điểm vẻ giả

thành so với cá hệ điều hành thương ruại thì Linux hodn loan miễn phí, và cho

phép người đùng tự do tìm hiểu, tự do phát triển, và hoàn toàn không bị phụ

thuộc vàn nhà cưng cấp Một đặc tính nối trội của nó la được phát triển bởi một

mô hình phát triển phần mềm nguồn mở hiệu quả với rnột cộng đồng sử dụng đông dáo, có trình độ cao, và dễ dàng chia sẻ, chuyên giao kiến thức, mã ngưồn,

kinh nghiệm Chính vi những lý do trên mà luận văn này sử đụng Limux làm hệ

điển hành của hệ thiết bị

1.33 Các hiển biễ cơ sẽ phần cứng

Phân cứng là toàn bộ cơ sở vật chất thiết bị linh kiện đảm bao cho todn bộ

sự hoạt động của hệ thống Với hệ thống nhủng, phân quan trọng nhất là các bộ

18

vi mạch cho phép điều khiển, dâm nhiệm các chứng năng như xử lý, chuyển hóa, căm biển hoạt động theo các nguyên tắc nhất định Trong đó phần trung tâm của

các thao tác tỉnh toán xử lý, đưa ra các tín hiệu dịa chỉ, đữ liệu và điều khiển

nhim thực hiện một nhiệm vụ nào đó đo người lập trình đưa ra thông qua cáo lệnh (Inatractions) Để đâm bảo cho bộ vĩ xử lý hoạt động thì còn có bộ nhớ, các

cổng giao tiếp vả bộ dịnh thời Bộ vi xử lý dộc lập cần dược gắn trêu một bộ mạch chủ để cung cấp điện, kết nói và điều khiển bộ nhớ, các thiết bị ngoại vi Hiện may có rất nhiều loại bộ ví xử lý được nguyên cứu và sản xuẤt trên nhiều

hệ kiến trúc khác nhau, cho những đặc trưng và phủ hợp với các ứng dụng khac nhau, như ARM có đặc trmg tiếc kiệm điện đang được sử dụng phỏ biến cho

diện thoại đi dộng

1.3.5 Bộ vi xứ lý tích hợp

Với một bộ vì xử lý độc lập, người xử dụng phải gắn nó trên những bo mạch phủ hợp để nó hoạt động Tuy nhiễn với những kiến trúc khá rau, các nhà sản xuất thường tích hợp sẵn các bộ vi diều khiển trên những bộ kit mach phát triển sẵn đưới đạng mẫu hoặc hướng đổi tượng cụ thể Những bộ mạch này thường có

sẵn các thành phần chính và một số thành phân mổ rộng, cho phủ hợp raục đích

của người sử dụng và chúng thường được xây dựng sẵn đẻ cài đặt firmware, hệ điều bánh, các ứmục dụng mở rộng phù hợp Hiện ray nhân hệ điểu hành Linux (hân Linux) duge hé tra trén 20 kiển trúc phần cửng khác nhau Trong luận van này tập trung vào tìm hiểu các bộ mạch vi xử lý tích hợp hỗ trợ việc cải đặt hệ điêu hành Linux Cụ thé là bộ mạch tích hợp vi xử iÿ NGW100 với kiến trúc

AVR 32 bit

19

1.3.6 Board mach NGW100

Board mach NGW100 la mét trong nhiing kit phat trién duoc san xuất bởi

céng ty Atmel Board được thiết kế với bộ xử lý trung tâm la ARM 32 bit

AP7000, có hỗ trợ bộ nhớ FLASH ngoài (8 MB song song, và 8MB nói tiếp),

RAM ngoai (32 MB), khe cam thẻ nhở SD/MMC, có 2 công kết nói Ethernet (1 WAN va 1 LAN), 1 cổng giao tiếp USB và 1 cổng COM đề truyền số liệu nối

tiếp theo chuân R§232 Ngoài ra hầu hết các chân TN/OUT và các chân chức năng chưa sử dụng đến đều được đưa ra ngoải cho phép người sử dung co the ket

nổi với các thiết bị ngoại vi khác

Hình 1.4 Anh thee té board mach NGW100

Ta có thê thấy board mach này hoàn toàn phủ hợp với yêu cầu của đề tải

đo các đặc điềm sau:

20

- Đây là board phát triển phổ biển với giá thánh rẻ nên có thể sử dụng làm các sản phẩm thương rnại

- rên board cỏ hỗ trợ nhiều chuẩn giao tiếp như LISI3, Internet, RS232,

SDI, giúp cho hệ thông có nhiều lựa chọn trong việc xuất thông tin cho người

sử dụng,

- Board có hỗ trợ thêm bộ nhớ ngoài FLASH và thẻ nhó rên có thể cải đặt

hệ điều hành và lưu trít đữ liệu một cách đễ đàng phủ hợp với yêu cầu ghi lại số liệu của hệ thông

- Board sit dung vi xử lý AVR AP7000 có tốc độ xử lý cao (clock hệ

thống lên tới 140 MHz) có khả năng diễu khiển, kiểm soát tốt hệ thông

- Board hỗ trợ cã giao tiếp nternet thông qua WAN và LAN đo dé khi

xây dựng Web server không đỏi hỏi phái mua thêm các madem để kết nỗi mạng,

- Board có hỗ trợ cài hệ điều hành GNU/Lánux giúp cho việc quản lý các

hoạt động của board cũng như việc xuất nhập các thông theo quy chuẩn một cách

đơn giản và đỗ đăng hơn,

- Board có chế độ hoạt động độc lập (stand alone) giúp cho việc lập trình,

kiém tra diéu khién module In/Out được dé dang hon

- Board sử dụng nguồn dign DC 9-15 V với mức điện áp tiểu thụ ở chế độ thường khoảng 11ÔmA ở 12V tương ứng với công suất khoảng 1.32W đến

1.68W nên có thể thích hợp với việc hoạt dông ở xa sử đụng các nguồn năng,

lượng dự phòng như accu, pin, pm mit tréi,

Câu trúc và các thông số của bộ mạch NƠW100:

21

am Flash ATSZEATSDDD Gmsavat

13.7 Giao thức và truyén tin qua mạng

Đề các máy máy tỉnh có thể liền lạc với nhau qua mạng, chúng, phải sử dụng,

củng 1 ngỏn ngữ hay cỏn gọi là 1 giao thức (Protocol) Giao thức lá 1 hệ luật và

chuẩn cho phép cáo máy tính trong mạng liên lạc với nhau

Có nhiêu giao thức mạng như ïPX , NetBios-NetBeui, TCP/IP, CSMAICD

tuy nhiên trong luận van nay chỉ quan tâm tới giao thức phổ biến nhất hiện ray

TCP/IP sử dụng trong mạng Internet

TCPAP (Transfer Cantrol Protocal/Internet Protecal

Tổ cho các máy tinh trao đổi đữ liệu với nhau TCPAP sir dung mé hinh

truyền thông 4 tẳng hay còn gọi là Mô Hình DơD (Mô hình của Bộ Quốc Phòng

Mỹ) Các tằng trong mồ hình này là (Lheo thứ tự tử trên xuống)

+ Tang Ung Dung (Application Layer)

+ Tang Giao Van (Transport Layer)

+ Tang Lign Mang (Internet Layer)

+ Tang Giao Dign Mang (Network Interface Layer)

- Méi giao thie ctia Ho TCP/IP déu thuée 1 trong cac tang nay

1.TAng Giao Dién Mang (Network Interface Layer)

- Tổng Giao Diện Mạng có trách nhiệm đưa dữ liệu tới và nhận đữ liệu lừ

phương tiện truyền din Tang này gồm các thiết bị phân củng vật lí chẳng han

nhu Card Mang va Cap Mang

- 1 Card Mạng chẳng han card Ethemet chtra 1 sG HEX vd:(00-18-37-03-CO-F4)

dược gọi là Địa Chi MAC (Media Access Control) hay Dia Chi Tray Nhap

Phương Tiện MAC đồng vai trò quan trong trong viée gan dia chi va truyén dit

liệu

- 1 số giao thức tiêu biểu thuộc tẳng này gồm :

2

+ ATM (Asynchronous Transter Mode)

+ Ethernet

+ Token Ring

+FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

+ Frame Relay

2.Tang Liên Mang (Internet Layer)

- Nam bén irén lang giao dién mang Tang này có chức nắng gắn địa chỉ, đúng gói và định tuyển (Ronte) dữ liệu 4 giao thức quan trọng nhất trong tầng nảy

| ICMP Gnternet Control Message Protocol): Cé chite năng thông báo lỗi trong

trường hợp truyền đữ liệu bị hồng

+ TGMP (Untemet Group Management Protocol): C6 chite năng điều khiển truyền

da hưởng (Multicast)

3,Tẳng Giao Vận (Iransport Layer):

- Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tỉnh và quy định cách truyền đữ liệu 2 giao thức chính trong tằng này gẻm:

+ UDP (User Datagram Protocol): Còn gọi là Giao Thức Gói Ngudi Dung UDP

cung cấp các kênh truyền thông phú kết nối nên nỗ không đảm bão truyền dữ liệu

1 cách tim cậy Các ứng dụng dùng UDP thường chỉ truyền những gói có kích

thước nhỏ, độ tin cây đữ liệu phụ thuộc vào từng tng dụng

24

+ TCP (Transmission Control Protocol): Ngược lại với UDP, TCP cung cấp các

kênh truyền thông hướng kết nối và đăm báo truyền đữ liệu 1 cách tin cậy TCP

+ DNS (Domain Name System): Hệ Thống Tên Miễn

+ SNMP (Simple Network Management Protocol): Giao Thức Quan Ly Mang Don Gian

+ FTP (Vile Transfer Protocol): Giao Thitc Truyền ‘Yap ‘Tm

CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Các đại lượng đo

Mỗi trường có rất nhiều thông số để đánh giả, tuy nhiên nhiệt đệ và độ âm

là hai đại lượng có ảnh hưởng và vai trò lớn Trong luận văn này trình bảy

phường pháp nghiên cứn đo đạc các thông số nhiệt độ và độ Âm của môi trường

là chậm nên có thê sử dựng được các hệ thống thu thập số

2,2 Nhiệt độ và câm biến đo nhiệt độ

2.2.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ theo cách hiển đơn giản nhất là đại lượng mô tả tính chất vật lý

đặc trưng cho sự nóng, lạnh của vật, môi trường Nhiệt độ môi trường là đại lượng quan trọng, ảnh hưởng lớn tới mọi sinh vật cũng như cơn người, trang thiết

bi vat tu Do đó đo nhiệt độ môi trường là công việc rất quan trọng để đánh giá

các thông số của môi trường Đề có thể đo được nhiệt độ thông qua các hệ điện

tử, ta có thể sử dụng nhiều loại cảm biển khác nhau như đủng cặp nhiệt điện,

điện trở kim loại, đường đặc trưng Volt-Ampere của diode, hoặc sứ dụng các

TC chuyên dụng rhư LM75, DSI8B20, Mỗi phương pháp đo trên có những mi

điểm riêng va phủ hợp với những khoáng nhiệt độ riêng vả độ chính xác nhất định Dói với hệ thống cần xây đựng này, thì yêu cầu ở đây là đo nhiệt độ của môi trường, rong điều kiện ð nước ta thì nhiệt độ năm rong khoảng lừ 0°Œ đến

50°C

26

Để do nhiệt dộ, trong luận văn này sử dung IƠ D518B2129| của MAXIM

IC này có khả năng phân giải nhiệt độ trong khoảng từ -S5°C đến 125"C với độ phan giải từ 9 đến 12 bút, độ chỉnh xác 0.5°Ỡ (rong khoảng -10° đến 85°Œ)

hoan toàn dap ứng được yêu cầu phép do Là IC do nhiệt dộ giao tiếp số, mỗi giả trị của nhiệt độ tương ứng với một cơn số nhị phân trong một độ phân giải xác đình Cảm biến đã chuẩn hỏa sẵn bởi nhà sản xuất nên không cần phải chuẩn hóa như trong cảm biến tuyến tỉnh

2.2.2 Căm biến do nhiệt dộ DST8B20

Cảm biến nhiệt độ D518B20 sử dụng phương thức giao tiếp “1-dây” (1-

wire) Đây là giao tiếp có nhiều ra điểm, giao tiếp đơn giản, kết nổi đễ đàng chỉ

với mội dây truyền dữ liệu Mỗi vĩ mạch đo nhiệt độ DSISB20 gó một mã số định danh duy nhất, được khắc bằng laser trong quả trình chế tạo vi mạch nên nhiều vi mạch I2S18I320 cỏ thể củng kết nổi vào một bus 1-đây mà không có sự nhằm lẫn Đặc điểm này làm cho việc lắp đất nhiều cảm biến nhiệt độ lại nhiều

vị trí khác nhau trở nên dễ đàng và với chỉ phi thắp Theo cluẩn 1-dây độ dải tối

đa cho phép của bus là 300 m Sẽ lượng các cảm biển nếi vào bus gân như không

han chế Đâu đo nhiệt dộ só DS18B20 đưa ra số liệu dễ biểu thị nhiệt độ do được

dười dạng mã nhị phan 9 đến 12 bit Cac théng tin duge gửi đến và nhận về từ

DS18B20 trén giao điện 1-đây, do đó chỉ cần hai đường dẫn gồm một đường cho

tin hiệu và một đường làm đây đất là đủ để kết nối vì điều khiển đến điểm do Neuén nuôi cho các thao tác ghi/doc/chuyén dai có thể được cấp riêng hoặc được

trích từ đường tin hiệu

Cam bién DS18B20 khi sử dung nguồn riêng được mắc như sau

2

Hình 2 1 Sơ đồ nguyên ly) do nhiệt độ sử dung DS18B20

Đề thực hiện đo nhiệt độ ding IC DS18B20 ta chỉ cần lắp mạch như hình

2.1 và lập trình giao tiếp 1-dây với IC nay dé

về nhiệt độ

›u khiển cũng như lấy thông tin

\

Hình 2.2 Anh thực của cảm biến nhiệt độ DS18B20

2.2.3 Giao tiếp chuẩn 1-dây'

Giao tiếp chuẩn 1-dây lả giao tiếp với hệ thống giao bus dữ liệu chỉ có 1 dây đường truyền được thiết

bởi hang ban dan Dallas Semiconductor Corp Giao tiếp chuẩn 1-đây dựa trên chuan giao tiếp I2C nhưng chỉ với 1 đường bus

dữ liêu, nó cho phép truyền dữ liệu ở tốc độ thấp với khoảng cách lớn, và cỏ khả

năng tự cấp nguồn ngay trên đường tin hiệu Cho phép kết nổi nhiều thiết bị trên

cùng một đường bus Môi thiết bị được đặc trưng bởi mã code riêng Do tính tiện

28

lợi nhỏ gọn, dễ lắp dặt, kinh tế nên chuẩn giao tiếp l-dây thường dược dùng cho các hệ thu thập số liệu như các đầu đo nhiệt độ, độ âm

Phương thức truyền dữ liệu chuẩn giao tiếp chuẩn 1-dây tớm tắt như sau:

-_ BUS§ đữ liệu chí có 1 dây Thiết bị chú điều khiển toán bộ quá trình truyền

và nhận đữ liệu

-_ Đường BUS duoc kéo lên nguồn băng điện trở, các thiết bị gửi các Địt bằng cách kéo BUS mày xuống đất hoặc cất kết nối với BUS Điểu này cho phép trảnh xung đột khi má một thiết bị truyền Bít Ö trong khi đó thiết bị khác truyền Bí 1, và nỗ cũng cho pháp thiết bị chủ điệu khiển

toàn bộ quá trình truyền nhận dữ liệu qua việc tạo xung rescL và tạo

khoảng thời gian giữa các Bit, Qua trình đó raô tả bởi băng sau:

Resel Thiết lập các đuết bị và đưa | Kéo bus xuống đất 480

chúng về trạng thải dợi lệnh — | gỗ, Thả nói bus 7Ô nỗ

(Neu [4 Bu 0 thì thiết bị

kéo bus xuống, là Bit 1

thì thả nổi) Chờ đợi 55 pS

Hình 2.3 mô tả hệ thông truyền dẫn vật lý Buz 1-dây

2.2.4 truyền và xứ Íÿ tim hiệu số bằng chuẩn I-dây cho cảm biển nhiệt dé

Tam bit dau tiên là mã định đanh họ của thiết bi, mã của DS18B20 là 28h

48 bịt tiếp theo là mã số xuất xưởng duy nhất, nghữa là mỗi cản biển 3S18B20 chỉ có duy nhất một số mã

30

Tam bit cé cudi la byte ma kiém tra CRC (cyclic redundancy check), byte

này được tính toán từ Số bịt đầu tiên của đãy mã trên ROM

Dễ truy cập lên cảm bién m&t day S181320 ta phải sử dụng hai nhóm

lênh: các lệnh ROM và các lệnh chức năng (fanction oommands) bộ nhớ, các

lệnh nảy có thẻ dược mô tả ngắn gọn như sau:

Sau khi thiết bị chủ (hường là một ví điều khiển) phải hiện ra một xung

presenee, nó có thể xuất ra một lệnh ROM Có 5 loại lệnh ROM, mỗi lệnh đài 8

bit Thiết bị chủ phải đưa ra lệnh RƠM thích hợp trước khí đưa ra một lệnh chức

năng đẻ giao tiếp với câm biến D§18B20

Các lạnh ROM

- READ ROM (33h)

Cho phép doc ra 8 byte mi đã khắc bằng lasor trên ROM, bao gồm: 8 bịt

mã định tên linh kiện (10h), 48 bit số xuất xưởng, 8 bát kiểm tra CRC Lệnh này chỉ dùng khi trên bus có 1 c&m biến DS18B20, nêu không sẽ xảy ra xung đột trên bus đo lật cả các thiết bị tở cùng đáp ứng,

- MATCH ROM (55h)

Tệnh này được gửi di cing voi 64 bit ROM tiếp theo, cho phép bộ điều

khiển bus chọn ra chỉ một cám biến I)S18H20 cụ thể khi trên bus có nhiều cám

biển D818B20 cùng nói vào Chỉ có D318P20 nào có 64 bít rên ROM trung

khớp với chuối 64 bịt vừa dược gửi tới mới dáp ứng lại các lệnh vẻ bộ nhớ tiếp theo Còn các cám biến I3S1820 có 64 bít ROM không trùng khóp sẽ tiếp tục

chờ một xưng reset Lệnh này được sử đựng oả trong trường hợp có một cảm

biển một dây, cá trong trường hợp có nhiều cảm biến một dây

dược thời gian chờ dợi nhung chỉ mang hiệu quả klu trên bus chỉ cỏ một cẩm

biến,

- SRARCH ROM (F0h)

Lệnh này cho phép bộ điều khiển bus 06 thế đỏ tìm được số lượng thành viên thiết bị dang được đâu vào bus và các giá trị cụ thể trong 64 bít ROM của chủng bằng một chu trinh đẻ tìm

- ALARM SEARCH (ICh)

Tiến trinh của lệnh nảy giống hệt như lệnh Search ROM, nhưng cảm biển D818B20 chỉ đáp ứng lệnh này khí xuất tiện điều kiện cảnh báo trong phép do nhiết độ cuỗổi cùng, Điều kiên cảnh báo ở đây được dịnh nghĩa là giả trị nhiệt độ

đo được lớn hơn giả trị TH vả nhỏ hơn giá trị TL lả bai giá trị nhiệt độ cao nhất

và nhiệt độ thấp nhất đã được đật trên thanh ghi trong bộ nhớ của cảm biến

Lệnh chức năng bộ nhớ:

Sau khi thiết bị chủ (thường lả một vi điều khiển) sử đụng các lénh ROM

để định đứa chỉ cho các cảm biển một dây đang được đấu vào bua, Huết bị chủ sẽ đưa ra các lệnh chức nắng DS18B20 Bằng các lệnh chức năng thiết bị chủ có thể

đọc ra và ghỉ vào bộ nhớ nháp (seratchpath) của căm biến DS18B20, khởi tạo

quá trình chuyển dỗi giá trị nhiệt dé do được và xác dịnh chế độ cung cấp điện áp

nguồn Các lệnh chức năng có thế được mé ta ngắn sọn như sau

- WRILTE SCRAICHPAD (4h)

Lệnh nảy cho phép ghi các byte dữ liệu vào các byte có thể ghỉ được của

bệ nhớ nháp của DS18B20 Byte dau tiên được ghi vào byte 2 (thanh ghỉ TH của

bộ nhớ nháp) còn byte thứ hai dược ghỉ vào byte 3 (thanh ghí TL của bộ nhớ

nháp) Dữ liệu truyền theo trình tự đầu tiên là bịt có ý nghĩa nhất và kế tiếp là những bít có ý nghĩa giảm đần Các byte này dừng được ghỉ khi thiết bị chủ xuat

ra một xung reset hoặc khi có dữ liệu khác xuất hiện

3

- READ SCRATCHPAD (BEh)

Lệnh này cho phép thiết bị chủ đọc nội dung bộ nhớ nháp Quá trình dọc

bat đầu từ bít có ý nghĩa nhất của byte Ö (byte0 và byte 1 chủa giá trị nhiệt độ được chuyến đối) và tiếp tục cho đên by†e 8 (byte 8 — CRC) Thiết bị chủ có thế xuất ra một xung reset để làm đừng quá trinh dọc bắt kỳ lúc nào nêu như chí cỏ một phân của đữ liệu trên bộ nhớ nháp cân được đọc

- COPYSCRATCIIPAD (48h)

Lệnh nảy copy nội dưng, của hai thanh ghi TH và TL (byte 2 và byte 3) vào bộ nhỏ REPROM

- CONVERT T (44h)

Lénh nay khéi déng một quá trinh đo và chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành

số (nhị phan) Sau khi chuyển dỗi giá trị kết quá do nhiệt dé dược lưu trữ trên thanh ghi nhiệt độ 2 byte trong bộ nhớ nháp Thời gian chuyển đổi không quá

200 ms, trong thời gian đang chuyển đối nêu thực hiện lệnh đọc thì các giá trị đọc ra đều bằng 6

- READ POWER SUPPLY (B4h)

Một lệnh đọc nếp sau lệnh này sẽ cho biết D2S1SB20 đang sử dụng chế dé cấp nguồn như thể nào, giả trị đọc được bing 0 nêu cấp nguồn bằng chỉnh dường din dit Héu va bang 1 néu cap nguồn qua raối đường dẫn riêng

Dữ liệu được truyền hoặc nhận (nếu có) thì được truyền ngay sau mỗi

lênh dược gửi đến thiết bị Các lệnh được gửi theo sau một xung rcsct (và xung

bị nhận lệnh Riêng trường hợp chỉ có một thiết bi trên bus thị sử dụng lệnh Skip ROM và không cân tới ROM COD nữa

Với hệ thống nhiều thiết bị củng được nếi trên củng một đường bus thì chủng được gọi tới bang ROM CODE của từng thiết bị Bắt đâu bang Reset, Match rom, 64 bit romecode tiếp sau là lệnh Như vậy bộ diễu khiển có thể gọi và điền khiển tùng thiết bị riêng lẻ trong hệ thắng thông qua Rom Code của từng thiết bị đó Điều này tránh được xung đột khi tất cả các thiết bị đến được nối trên củng một day Bus Điều mày đòi hỏi hệ thống phải có được thông tin vé Rom

Code của những thiết bị được kết nỗi vào Ius

Mô tả việc giao tiếp hệ thẳng với nhiêu thiết bị như sau:

Lầu tiên lả xung reset tất cá các thiết bị, sau đỏ là xưng trả lời của các thiết bị (xung presenee) Tiếp theo bộ điều khiến đưa ra enh Match Rom, theo sau do la 64 Bit Rom Code dịnh danh cúa thiết bị mả bộ diễu khiển muốn giao tiếp Sau đó là lệnh chức năng Khi này chỉ có thiết bị có Rom Code được gọi

mới trả lời

Row nate

34

Hình 2.4 giản đồ xung của quá trình kết nối, gửi lệnh gọi thiết bị bằng Rom Code

của bộ điều khiển giao tiếp 1-day

Bộ điều khiển: gửi xung reset,

lệnh, mã ROM tới các thiết bị và

thiết bị được gọi, trả lời lại

‘bang xung (Presence) Va

bắt đâu truyền dữ liệu (nêu

lệnh điều kiểu yêu cầu)

thiết bị 1 thiết bị 2 thiết bị N thiết bị được gọi

(theo ROM CODE)

Hình 2.5 Sơ đồ khối miêu tả hoạt động của hệ thiết bị sử dụng giao tiếp 1-day

Đánh giá giao tiếp 1-đây và cảm biến nhiệt độ DS1SB20:

Giao tiếp 1-day là một trong những giao tiếp có cấu hình đơn giản nhất,

chỉ can 1 dây bus dữ liệu (và dat), Co kha năng truyền xa và kết nỗi rất nhiều

thiết bị chỉ với một đường dây Có chỉ phí thấp, đô tin cậy cao Giao tiếp 1-dây

rất phù hợp với việc kết nổi nhiều thiết bị, với khoảng cách khả lớn Tuy nhiên

giao tiép 1-day cỏ nhược điểm là tốc độ truyền dữ liệu thấp (nhỏ hơn 200kbps),

chỉ phủ hợp với công việc đỏi hỏi tốc độ chậm Các công việc đo đạc thu thập số

liệu như đo thông số môi trường rất phủ hợp với giao tiếp 1-dây

Cảm biến nhiệt độ DSI§B20 là một trong những cảm biến nhiệt độ môi

trường phổ biên nhất hiện nay Nó mang những tru điểm như nhỏ gọn, độ chính

xác cao, được chuân hỏa sẵn, sử dụng giao tiếp 1-dây rất đơn giản trong việc lắp

đặt, bão dưỡng, đễ đảng kết nói lắp đặt nhiêu cảm biến ở nhiều vị trí độ chỉnh

35

xác, dộ phân gidi, độ tin cây hoàn toàn đáp ứng dược công việc đo nhiệt độ của

môi trường Tuy nhiên cám biển nảy có thể không đáp ứng được các yêu cầu

trong việc đo nhiệt độ ngoài nhiệt độ môi trường, yêu cầu đo được nhiệt độ cao

hen 125°C va can dap img nhanh

2.3 Độ âm Lương đối và cảm biến đo nhiệt độ tương đối

2.3.1 Độ ẩm Lương dối

Độ ẩm tương đối là dại lượng đặc trưng cho lượng Hơi nước trong không

khí, được xác định bằng tỷ số giữa áp suất hỗn hợp khí và hơi nước hiện tại với

áp suất hơi nước bão hỏa cũng có nghấa là tý số giữa khối lượng nước lrong nội thể tích so với khối lượng nước trên củng thể tích dỏ khi hơi nước bão hỏa Đơn

vị của độ ẩm tương đổi là 94, Khác với độ âm tuyệt đối (khỏi lượng nước tồn tại trong hỗn hợp đang khí ương một thể tích nhất đăh) độ ấm tương đối đánh giá được khả năng còn co thể nhận thêm dộ âm, hoặc bóc hơi, khả năng dạt dến ngưng tụ hơi nước Dộ ẩm tương đổi của môi trường ảnh hưởng tới khả năng bắc

hơi hoặc bị làm 4m của vật, sinh vật đặt trong môi trường đỏ Do đó việc đo độ

ẩm tương đối lá rất quan trọng để đánh giả môi trường, bảo quản vật tư, trang thiết bị, ảnh hướng lớn tới con người cũng nh sự phát triển của sinh vật

2.3.2 Cảm biển đo độ ẩm tương đối

Tế đo được độ ấm tương đổi ta có thẻ sử dụng biển tử với điện đụng hoặc

điện trở thay đổi phụ thuộc vào độ âm không khi Sau đó sử dụng các phương

pháp khác dễ xác định giá trị diện dung hoặc điện trở đó Trong hệ thống này, biến tử dược dùng là loại diện dung HS1100L12] dược sân xuất bởi Humircl

36

Hinh 2.6 cam biến độ âm tương đôi HS1100

Biển tử nay đã được nhà sản xuất đưa ra hàm phụ thuộc của giá trị điện

dung vào độ âm tương đối của không khí [29]

C=Œ,* 1,25.10778/7) ~1,36.102/8H/? +2,19.102/8H +0.90

Trong đó:

€ là điện dung của biên tử ở độ âm hiện tại

RH % 1a độ âm không khí hiện tại

€C¿ là điện dung của ứng với đô âm tương đối là 55%

Và biểu đỏ phụ thuộc điện dung vào độ âm tương đổi của cảm biến cho bởi nhà

sản xuất

37

%

hơi 1.7Biều đồ sự phụ thuộc diện dung của biến tử vào độ âm tương dối

'Từ biểu đồ ta thấy sự phụ thuộc điện dụng của biển tử vào

âm tương đối từ 0% tới 100% là gắn tuyển tính Và trong thực nghiệm la có thế coi là tuyến tỉnh

Dé do duce dé ẩm tương đổi R11 trong công thức trên thì cân biết được C

Tuy nhiên điện dụng C là đại lượng diện khó do trực tiếp, do đó ta sử đụng mạch

điện dao động có tần số phụ thuộc vào điện đưng C nảy, Mạch điện có chức năng,

nay ta sir dung IC LM55S

Thing IC LMS55 mac theo ché 46 phat da hai én dinh:

38

Hình 2.S Sơ đồ nguyên lý đo độ ẩm sử dụng HS1100 và LMS55

Khi đỏ ta cỏ sự phụ thuộc của tằn số lối ra vào giả trị độ âm như sau:

Ÿ=—TD —

C R,+2R, In 2 Trong đó:

E là tân số lỗi ra

€ là điện dung của biến tử ứng với độ âm tương ứng,

Từ công thức trên ta có đỏ thị sự phụ thuộc của độ âm vào tân số (hình 2.10) Từ đô thị ta thấy dạng đỏ thị gản là một đường thẳng, độ âm là một hàm

gần tuyển tính theo tân sỏ

39

Trong hệ thống nhúng ta có thể đêm được tân số của xung do mạch phát ra Và

do đó ta có thể tính được giá trị độ âm tương đối tương img

RH% của môi Tiến tr HSH0L cam biến theo độ tần số (chủ Igy) pln

Tình 2.9 Sơ đô khôi miều tà hoạt động cia hé do độ ấm tương đối

Trong luận văn hệ rạch thực hiện với R2 470k R4 68k từ dalashcol của nha

sản xuat ta cd:

ST” Spieas "0a RPO

1 RH? +2197 RH +0.90)(68000 +2 * 476000)

HS1100 là cảm biển độ âm khá nhỏ gọn hoạt đông trên cơ sở biển đổi điện

dung theo độ âm tương đối Nó có giá thấp và khá phỏ biển trên thị trường vả cỏ

đô nhạy, đô chính xác khá cao, đáp ứng được các công việc đo đỏ âm tương đồi

của môi trường thông thường (phỏng, kho) Tuy nhiên do phải đo giản tiếp điện

dung qua việc dem tin số của mạch đao động nên việc chuân hóa, vả đánh giá

pham chất của hệ cỏn gặp nhiều khó khăn Độ chính xác bị ảnh hưởng bởi phẩm

chất của mạch dao đồng, chưa có bủ nhiệt và chưa có cơ câu chồng ngưng tụ hơi

nước quả bão hòa trên cảm biên (có thể làm sai, hỏng cảm biển),

41