Tiểu luận mạng truyền thông công nghiệp

Thông tin nguồn I= 0001111111001111101000 Thông tin gửi đi D= 000111110110011111001000 Thông tin nhận:+ D= 000111110110011111001000, thì thông tin nguồn I sẽ được phục hồi bằng cách bỏ đi bit 0 đứng sau 5 bit 1.+ D= 001111110110011111001000, qua mẫu bit đặc biệt bên nhận sẽ phát hiện ra lỗi. Ưu điểm của phương pháp nhồi bit Nhồi bit (bit stuffing) là một trong các phương pháp bảo toàn dữ liệu, được sử dụng với mục đích chính là tạo một dãy bit thuận lợi cho việc đóng gói dữ liệu và mã hóa bit. Các bức điện thường dùng một dãy bit đặc biệt làm cờ hiệu khởi đầu và kết thúc, do vậy đòi hỏi phần còn lại không được phép xuất hiện mẫu bit này. Ngoài ra, trong quá trình mã hóa bit người ta cũng cố gắng triệt tiêu dòng một chiều bằng cách loại bỏ các chuỗi dài bit 1 liên tục.Vì vậy, người ta tìm cách nhồi thêm bit 0 vào dãy 5 bit 1 nguyên bản để tránh xuất hiện một chuỗi bit 1 liên tục cũng như tránh trùng lặp với một số mẫu bit đặc biệt. Đồng thời cách làm này chính là tạo điều kiện cho bên nhận dễ phát hiện lỗi hơn

Câu 6: Tại sao nhồi bit 0 vào 5 bit 1

* Phương pháp nhồi bit

- Thông tin nguồn I= 0001111111001111101000

- Thông tin gửi đi D= 000111110110011111001000

- Thông tin nhận:

+ D'= 000111110110011111001000, thì thông tin nguồn I sẽ được phục hồi bằng cách bỏ đi bit 0 đứng sau 5 bit 1

+ D'= 001111110110011111001000, qua mẫu bit đặc biệt bên nhận sẽ phát hiện

ra lỗi

* Ưu điểm của phương pháp nhồi bit

- Nhồi bit (bit stuffing) là một trong các phương pháp bảo toàn dữ liệu, được sử dụng với mục đích chính là tạo một dãy bit thuận lợi cho việc đóng gói dữ liệu và

mã hóa bit

- Các bức điện thường dùng một dãy bit đặc biệt làm cờ hiệu khởi đầu và kết thúc,

do vậy đòi hỏi phần còn lại không được phép xuất hiện mẫu bit này

- Ngoài ra, trong quá trình mã hóa bit người ta cũng cố gắng triệt tiêu dòng một chiều bằng cách loại bỏ các chuỗi dài bit 1 liên tục

Vì vậy, người ta tìm cách nhồi thêm bit 0 vào dãy 5 bit 1 nguyên bản để tránh xuất hiện một chuỗi bit 1 liên tục cũng như tránh trùng lặp với một số mẫu bit đặc biệt Đồng thời cách làm này chính là tạo điều kiện cho bên nhận dễ phát hiện lỗi hơn

Câu 5: Lấy ví dụ về phương pháp parity 1 chiều và phân tích ưu nhược của phương pháp này.

Một trong phương pháp bảo toàn dữ liệu là kiểm tra chẵn lẽ 1 chiều nằm trong phương phương pháp kiểm tra chẵn lẽ

- Đây là phương pháp thông dụng nhất để dò tìm các lỗi trong truyền không đồng

bộ và đồng bộ hướng ký tự

- Với phương pháp này, máy phát sẽ thêm vào mỗi ký tự truyền đi một bit kiểm tra parity- được tính toán khi truyền

- Khi tiếp nhận thông tin, máy thu sẽ thực hiện các thao tác tính toán tương tự trên các ký tự thu được và so sánh kết quả với bit parity thu được Nếu chúng bằng nhau thì không có lỗi xảy ra, nếu không bằng nhau thì có lỗi xảy ra

* Ví dụ: Ta cần truyền một xâu: TTTH-TDH-K26

- Trạm gửi sẽ gửi đi từ "TTTH-TDH-K26" bằng mã ASCII thì 12 kí tự trên được mã hóa như sau:

"T"(84) = 101 0100

"H"(72) = 100 1000

"D"(68) = 100 0100

"K"(75) = 100 1011

"2"(50) = 011 0010

"6"(54) = 011 0110

"-"(45) = 010 1101

- Chuỗi bit thưc tế được gửi đi như sau:

101 01001 101 01001 101 01001 100 10000 010 11010 101 01001 100

01000 100 10000 010 11010 100 10110 011 00101 011 01100

- Giả thiết dữ liệu nhận được là:

101 01001 101 01001 101 01001 100 10000 010 11010 101 01001 100

01000 100 10000 010 11010 100 10110 011 00101 011 01100

Bên nhận sẽ đếm số bit 1 trong các byte dữ liệu là 4, 4, 4, 2, 4, 4, 2, 2, 4, 4, 4, tất cả đều là số chẵn, do đó dữ liệu được chấp nhận, tự động loại bỏ bit cuối của các byte, thu được dữ liệu nguồn:

101 0100 101 0100 101 0100 100 1000 010 1101 101 0100 100 0100 100

1000 010 1101 100 1011 011 0010 011 0110

* Ưu điểm của phương pháp chẵn lẻ

- Ưu điểm:

+ Đơn giản

+ Dễ thực hiện

+ Hiệu quả

- Nhược điểm:

+ Khi xảy ra lỗi 1 hoặc 3 bit trong 1 byte thì phát hiện ra, nhưng 2 bit thì không phát hiện ra, do đó số bit lỗi chắc chắn phát hiện được ở đây chỉ là 1, vậy khoảng cách Hamming của phương pháp chẵn lẻ một chiều luôn là 2 HD=2 thể hiện khả năng phát hiện lỗi thấp, vì vậy phương pháp này ít được dùng độc lập mà phải kết hợp ới các phương pháp khác

Câu 1: Tìm hiểu về tín hiệu Morse

* Morse:

Là phương pháp truyền tin bằng âm thanh phổ biến trên toàn thế giới từ năm

1844 do ông Samuel Morse phát minh Tín hiệu Morse gồm 2 âm thanh “tích” và

“te”, “tích” thì có âm thanh dài, “te” thì có âm thanh ngắn Những tín hiệu này được xếp lại với nhau tạo thành các mẫu tự tượng trưng cho các chữ trong bộ mẫu

tự Anphabet

* Phương tiện để phát tín hiệu Morse:

Có nhiều phương tiện dùng để phát tín hiệu Morse Ví dụ: Còi, kèn, tù và, khói, lửa, cờ…Tóm lại, dùng bằng phương tiện nào cũng được miễn sao thể hiện được tín hiệu dài và ngắn của hệ thống Morse

* Cách viết và ghi nhận lại tín hiệu Morse:

Có thể dùng bất cứ ký hiệu nào để viết và ghi nhận lại âm thanh “tích”, “te” của Morse, nghĩa là thể hiện được 1 âm dài và một âm ngắn

Ví dụ: Tiếng “te” = – ; hoặc =  ; hoặc = 

Tiếng “tích” = ; hoặc =  ; hoặc = 

Bảng Morse theo mẫu tự anphabet và số:

A -

B -

C - -

D -

E

F -

G - -

H

I

J - - -

K - -

L -

M

-N -

O - - -

P - -

Q - - -

R -

S

T -

U -

V -

W - -

X - -

Y - - -

Z - -

CH - - - -

0 - - -

1 - - - -

2 - - -

3 - -

4 -

5

6 -

7 - -

8 - - -

9 - - - -

* Tín hiệu thường dùng trong sinh hoạt tập thể (bảng dấu chuyển):

a Cho người phát tin:

b Cho người nhận tin:

NỘI DUNG TÍN HIỆU NỘI DUNG TÍN HIỆU

lại

VL

Xin nhắc lại toàn

Những nội dung

đã nhận không có

nghĩa

OS

Xin nhắc lại mỗi

dấu

c Dấu chấm câu:

- Gạch đầu dòng : THT - Dấu hỏi : IMI

- Gạch phân số : DN - Mở, đóng ngoặc đơn : KK

* Những yêu cầu đối với người truyền và nhận tin bằng Morse:

a Đối với người phát tin:

Người phát tin có thể truyền tín hiệu Morse bằng các âm thanh của các

phương tiện khác nhau (Ví dụ: còi, kèn, trống, tùvà…)

- Nếu sử dụng còi để truyền tin thì phải thổi rõ ràng, đúng nhịp độ, trường độ Thổi hơi dài “âm tè”, thổi hơi ngắn “âm tích” Mỗi cụm âm của từ phải thổi dứt khoát

- Thuộc bảng tín hiệu Morse và bảng dấu chuyển

- Nên chọn nơi đầu gió và chọn vị trí thích hợp nhất để phát tin

- Trước khi phát tin chính thức, cần sử dụng đúng trình tự bảng chuyển dấu (phát tín hiệu chú ý “ T”; AAA hoặc NW; CT (có tin truyền) sau đó đợi bên nhận tin phát tín hiệu K , lúc đó mới bắt đầu phát tín hiệu đi

- Hết bản tin phải phát tín hiệu AR để báo cho người nhận biết

b Đối với người nhận tin:

- Thuộc bảng tín hiệu Morse và bảng chuyển dấu

- Chọn vị trí thích hợp để nghe rõ nhất

- Phải để định tin cho chính xác (giữa hai cụm âm từ nên phẩy hoặc gạch sổ xuống)

- Nên ghi rõ bằng chữ, tránh viết bằng âm hiệu

- Trong lúc nhận tin cần tập trung, không lập lại tín hiệu Morse

Câu 2: Tìm hiểu về mạng sử dụng đường truyền 4-20mA?

Chúng ta có các tiêu chuẩn phổ biến nhất trên thế giới là 0-5V, 0-10V,1-5V, 2-10V, 1-5mA, 0-20mA, 4-20mA và 10-50mA Bốn loại đầu tiên là tín hiệu điện áp DC

mà sử dụng khá rõ ràng Loại 0-5V là đặc biệt phổ biến cho các ứng dụng với các loại vi xử lý như 5V là nguồn cấp cho các thiết bị này Tuy nhiên nó có nhược điểm

là không phân biệt được trạng thái ở 0V hay mất tín hiệu Một loại tín hiệu khác là 1-5Vthì chúng ta có thể phân biệt được trạng thái mất tín hiệu với trạng thái nhỏ nhất Lợi thế của tín hiệu áp là sự đơn giản, dễ hiểu Tín hiệu sử dụng 2 dây, một là cực dương, một là cực âm Nhược điểm chủ yếu của các tín hiệu áp là mất độ chính xác gây ra bởi trở kháng đầu vào của thiết bị đo và nhiễu điện từ do dây cáp đặt gần

đó và thiết bị phát sóng Để khắc phục vấn đề của 2 loại tín hiệu trên người ta sử dụng tín hiệu dòng 4-20mA Đối với tín hiệu dòng điện có thể truyền được đi xa, không bị phụ thuộc vào trở kháng đường dây Một ưu điểm khác của tín hiệu dòng

là loại trừ được tạp âm Ngoài ra khi sử dụng tín hiệu này, ta có thể biết đâu là lúc

có sự cố mất tín hiệu (0mA)

Giao thức truyền thông HART đang ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như là giao thức truyền thông chuẩn cho các thiết bị số sử dụng tín hiệu tương tự dạng dòng 4-20mA Trên thị trường hiện nay xuất hiện ngày càng nhiều các thiết bị chuyển đổi đo lường sử dụng giao thức này Mà nguyên nhân chính là tính năng cho phép giao thiếp truyền thông hai chiều giữa người sử dụng

và các thiết bị cảm biến sẽ góp phẩn cải thiện đáng kể hệ thống quản lý thông tin về quá trình công nghệ trong nhà máy Đồng thời giảm chi phí lắp đặt, chạy thử, vận hành và bảo dưỡng thiết bị, qua đó tăng tính cạnh tranh cho các nhà sản xuất sử dụng các thiết bị này Trong rất nhiều năm trước đây, tín hiệu chuẩn dùng cho các thiết bị đo lường trong các nhà máy tự động hóa là tín hiệu tương tự dạng dòng điện 4-20mA Trong đó 4mA tương ứng với giới hạn đo dưới của thiết bị, và 20mA tương ứng với giới hạn đo trên của thiết bị Giả sử đối với một thiết bị cảm biến đo

áp suất có giải đo từ 0-100 Psi, khi tín hiệu ra là 4mA sẽ có nghĩa là áp suất đặt vào

thiết bị là bằng 0, còn khi tín hiệu dòng ra là 20mA thì có nghĩa là áp suất đặt vào

bộ phận cảm biến của thiết bị chuyển đổi đo lường là bằng 100 psi, và tương tự, một dòng điện 12mA ở đầu ra thiết bị là tương ứng với áp suất 50Psi ở đầu vào Do

có tính chống nhiễu cao và không bị biến đổi khi truyền trên một khoảng cách dài

so với tín hiệu đo lường dạng áp: 0-5VDC, 0-10 VDC, nên tín hiệu dòng 4-20mA

đã được chấp nhận và sử dụng rộng rãi trong công nghiệp Giao thức HART cho phép giữ lại tính ưu việt của tín hiệu dòng 4-20mA, đồng thời cho phép khả năng giao tiếp tín hiệu số hai chiều mà không làm ảnh hưởng đến các tính năng đo lường của tín hiệu 4-20mA Khác với các công nghệ truyền tín hiệu số khác, thiết bị sử dụng giao thức HART vẫn có thể được sử dụng tương thích với các hệ thống sử dụng tín hiệu 4-20mA truyền thống, và do đó cung cấp cho người sử dụng một giải pháp duy nhất để giải quyết vấn đề tương thích giữa hệ thống cũ và công nghệ mới

Vì những lý do đó, HART đang được biết đến và sự nâng cấp số hóa việc truyền thông sử dụng tín hiệu 4-20mA

Việc ra đời và ứng dụng giao thức HART là công nghệ rất quan trọng cho cả các nhà sản xuất và người sử dụng, và là bước tiến dài trong cuộc cách mạng trong đổi mới công nghệ điều khiển quá trình, thông qua việc nâng cao khả năng của các thiết bị đo lường và điều khiển Nó giúp cho các thiết bị trở nên “thông minh” hơn Đồng thời mang lại cho tín hiệu 4-20mA một vai trò mới Ngoài việc tiếp tục cho phép thiết bị thực hiện chức năng đo lường với tín hiệu dòng 4-20mA, HART cho phép thiết bị có khả năng giao tiếp và xử lý các thông tin liên quan tới biến đo lường, thông số thiết bị, cấu hình thiết bị, căn chỉnh và tự động dò tìm và báo lỗi

Từ đó cung cấp cho hệ thống điều khiển trung tâm thêm các thông tin và công cụ

để quản lý hệ thống Hiện nay đã có một số lượng lớn các thiết bị của các nhà sản xuất thiết bị danh tiếng sử dụng công nghệ này và chắc chắn con số đó sẽ ngày một nhiều hơn Vì ngoài các tính năng ưu việt của công nghệ mới, HART cho phép người ta giữ lại và tiếp tục giao tiếp được với các thiết bị hiện hữu trong hệ thống Ngoài ra, các thiết bị sử dụng HART cũng đã chứng minh được tính ưu việt trong thực tế qua sự tiện lợi, đơn giản trong lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng, góp phần cải thiện đáng kề hiệu quả của hệ thống và tạo điều kiện tuân thủ theo các tiêu chuẩn quốc tế như: ISO 9000, OSHA, EPA, DOT Đồng thời góp phần vào giảm chi phí giá thành và nâng cao năng suất lao động Hiện nay có khoảng 4 triệu thiết bị đã và đang được lắp đặt trên thê giới

Vậy, thế nào là giao thức HART? HART – Highway Addressable Remote

Transducer – Tạm dịch là thiết bị chuyển đổi từ xa tốc độ cao theo địa chỉ Giao thức HART sử dụng tiêu chuẩn Bell 202 Frequency Shift Keying (FSK) để thực hiện việc số hóa tín hiệu dựa trên nền tín hiệu 4-20mA Điều này cho phép khả năng giao tiếp hai chiều để truyền tải/tiếp nhận thêm được các thông tin đến/từ thiết

bị cảm biến thông minh Giao tiếp HART sử dụng tốc độ truyền thông 1200bps nên không làm ảnh hưởng đến tín hiệu 4-20mA được truyền trên cùng một đường dây

và cho phép hai hay nhiều hơn các liệu số được trao đổi giữa hệ thống điều

khiển/hiển thị trung tâm với thiết bị cảm biến Vì tín hiệu số FSK là liên tục về pha

và không gây nhiễu cho tín hiệu 4-20mA HART là giao thức truyền thống dạng chủ/tớ (Master/Slaver), có nghĩa là thiết bị tại hiện trường (slaver) chỉ có thể giao tiếp với Master HART có thể được sử dụng trong các chế độ truyền thông khác nhau để truyền tải thông tin từ/tới các cảm biến thông minh và hệ thống điều khiển/ giám sát trung tâm HART cung cấp tới hai Master (sơ cấp và thứ cấp) Điều đó cho phép Master thứ cấp như thiết bị giao tiếp căn chỉnh bên ngoài có thể được sử dụng để giám sát/cấu hình lại Slaver-thiết bị cảm biến mà không làm ảnh hưởng tới Master sơ cấp - Hệ thống điều khiển/giám sát trung tâm Ứng dụng thường gặp nhất của HART là chế độ giao tiếp Master/slaver đồng thời với việc truyền tải tín hiệu 4-20 mA Giao thức HART cho phép tất cả những giao tiếp tín hiệu số với thiết bị hiện trường như điểm-tới-điểm hoặc mắc nối tiếp – multidrop Dù cũng có thể nâng cấp lên một tốc độ truyền thông cao hơn, nhưng thông thường thì chế độ truyền thông điểm-tới-điểm được áp dụng rộng rãi hơn HART Command Set được

tổ chức thành 3 nhóm và cung cấp khả năng truy cập đọc/viết các thông tin từ/vào các thiết bị cảm biến: Universal Command phải được thực hiện bởi các thiết bị dùng HART và cung cấp khả năng giao tiếp giữa các thiết bị của các hãng khác nhau sử dụng công nghệ này Universal Command cung cấp khả năng truy cập các thông tin chung hữu dụng cho vận hành thiết bị như: tên nhà sản xuất, tên thiết bị,

số hiệu, mô tả, dải đo, biến đo Commond Practice Command cung cấp các chức năng có thể thực hiện bởi một số thiết bị nhưng không phải là tất cả Device

Specific Command cung cấp các lệnh đặc biệt cho mỗi thiết bị cụ thể Sự tích hợp của HART là rất chặt chẽ vì trạng thái thông tin được gộp trong mỗi bản tin và việc kiểm tra lõi truyền thông được thực hiện tại mỗi giao tiếp Mỗi bản tin có thể

truyền tải được thông tin liên quan tới 4 biến quá trình và mỗi thiết bị có thể xử lý được 256 biến quá trình Device Description Language (DDL) – ngôn ngữ mô tả thiết bị, một cải tiến của công nghệ HART trong thời gian gần đây đã làm tăng thêm tính linh hoạt trong ứng dụng của thiết bị DDL cung cấp cho thiết bị (slaver) khả năng cho phép cập nhật mô tả thiết bị đó với tất cả các thông tin đặc tính liên quan và do đó có thể giao tiếp với bất kỳ Master nào có sử dụng cùng ngôn ngữ Điều này giúp cho các thiết bị căn chỉnh cầm tay (hand-held) có thể giao tiếp với rất nhiều các thiết bị của các hãng khác nhau, cứ miễn là có sử dụng cùng ngôn ngữ DDL Các lợi ích HART mang lại? Sự đơn giản của giao thức HART đã tạo điều kiện thuận lợi cho cả nhà sản xuất và người sử dụng trong việc có được các kinh nghiệm và lợi ích của khả năng giao tiếp hai chiều của các thiết bị cảm biến thông minh sử dụng công nghệ này Khả năng xử lý nhanh và nhiều dữ liệu, hiệu quả với khả năng truyền xa, tự dò tìm và báo lỗi thiết bị, giảm chi phi giá thành, khả năng lắp mạng nối tiếp, linh hoạt trong việc thay đổi cấu hình và thông số cài đặt, xử lý tín hiệu số chính xác là những ưu việt có được ở các thiết bị sử dụng công nghệ HART Ngoài ra sự tương thích với tín hiệu 4-20 mA sẽ khiến cho các nhà đầu tư

dễ dàng hơn trong việc nâng cấp hệ thống mà vẫn bảo vệ được các khoản đầu tư

trước đó vào hệ thống hiện hữu và vẫn có được sự ưu việt của công nghệ truyền thông số Ưu điểm của giao tiếp sử dụng công nghệ HART đã được chứng minh qua thực tế sử dụng ở chi phí cho việc lắp đặt, chạy thử, vận hành và bảo dưỡng Các thiết bị sử dụng công nghệ HART hiện đang được sử dụng rỗng rãi ở trong các ứng dụng khác nhau Từ xử lý hóa chất/dầu khí, hệ thống phân phối khí, dầu và các trạm điều khiển giám sát từ xa Tính ưu việt đã thể hiển ở việc thu thập dữ liệu, điều khiển giám sát và bảo dưỡng

Câu 3: Điều chế tần số và điều chế biên độ là gì? Làm sao để phân biệt được việc nhấc ống nghe điện thoại bàn hay chưa?

* Điều chế tín hiệu:

- Điều chế tần số:

Thay đổi tần số sóng mang theo tín hiệu cần truyền, trong khi biên độ của sóng mang cao tần không thay đổi

- Điều chế biên độ:

Điều chế biên độ của sóng mang theo tín hiệu cần truyền mà tần số sóng mang vẫn giữ nguyên

* Phân biệt ống nghe điện thoại bàn đã nhấc hay chưa

Đường dây điện thoại gồm 2 dây Tip và Ring, đường Ring luôn có điện áp là -48V đối với Tip(Tip được nối đất) do nguồn tổng đài cung cấp

Khi nhấc ống nghe lên, đóng tiếp điểm chuyển mạch tạo nên một dòng điện 20mA

DC chạy trong vòng thuê bao, hiệu điện thế DC rơi trên đường dây giữa Ring và Tip giảm, đó là tín hiệu báo Tổng đài biết có sự thay đổi trạng thái nhấc máy hay

gác máy để xử lý.

Câu 4: Để đo chiều cao một xô nước người ta sử dụng cảm biến áp suất 0-0.1bar, 4-20mA Hãy sử dụng các tính toán cần thiết để đo chiều cao xô nước Cho phép

sử dụng đồng hồ vạn năng ( đo tín hiệu đầu ra của cảm biến), giả sử đồng hồ báo 15mA.

Bài giải:

* Đổi đơn vị áp suất từ bar sang Pa:

4

0.1 ar 10b  Pa

Tín hiệu dòng4-20mA (min và max) ứng với output là 0- 10 4Pa

Ta suy ra ứng với giá trị min 4mA ở đầu ra của đồng hồ vạn năng ta có 0 Pa ở cảm biến áp suất, và giá trị max 20mA ứng với 10 4Pa

* Xây dựng mối quan hệ dòng và áp:

Từ 2 điểm min và max ta dựng đường tuyến tính mối quan hệ giữa áp suất và dòng điện:

y=ax+b trong đó y là áp suất, x là dòng điện và a, b là các tham số

x=0.004, y=0

x=0.02, y=10 4

Thay vào ta tìm được

7

4

10 16 10 4

a b





ta có mới quan hệ giữa áp và dòng như sau:

y x

* Tính áp tương ứng khi đồng hồ chỉ dòng I=15mA

Khi đồng hồ chỉ x=15mA=0.015A thì áp suất tương ứng là:

4

* Mối quan hệ giữa chiều cao và áp suất:

p dh

trong đó, p là áp suất, h là chiều cao cột nước và d là trọng lượng riêng của nước

d được tính bằng khối lượng riêng nhân với gia tốc trọng trường g 10 /m s2,