Điều khiển cơ cấu từ xa sử dụng sự trợ giúp của máy tính

Một hệ thống BMS cơ bản có thể kết nối để điều khiển và giám sát các hệ thống của tòa nhà như: • Hệ thống điều hòa, thông khí 1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC Tìm hiểu về v

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài nghiên cứu đến một mảng vấn đề của nội dung đã có từ trước theo một hướng

riêng biệt Tôi cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, nội dung và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

quản trị toà nhà

DANH MỤC CÁC BẢNG

10 Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp 29

11 Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay 29

25 Thanh ghi trạng thái 45

29 Tín hiệu tương đương của UART và RS232 66

30 Truyền 8 bit theo phương pháp song song và nối tiếp 67

35 Môi trường thiết kế giao diện của luận văn 83

37 Các bước vào cửa sổ đặc tính của đối tượng 85

44 Giao diện chính của chương trình điều khiển 89

47 Giao diện khối điều khiển ánh sáng các phòng 92

48 Giao diện khối hiển thị trạng thái các phòng 97

49 Giao diện khối hiển thị trạng thái mở các phòng 97

50 Giao diện khối hiển thị trạng thái tắt các phòng 98

52 Sơ đồ kết nổi cổng COM 100

56 Sơ đồ đấu nối chân của 74HC 595 và Atmega16 104

MỞ ĐẦU

Ngày nay, thời đại công nghệ thông tin và tự động hóa phát triển cao việc ứng dụng các thành quả của công nghệ thông tin và tự động hóa vào phục vụ cuộc sống

và công việc giúp con người càng trở nên cần thiết Một trong các mảng ứng dụng

đó là việc ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa vào việc điều khiển, giám sát tòa nhà hay người ta còn gọi là nhà thông minh Tuy nhiên nội dung điều khiển tòa nhà rất rộng lớn, có liên quan tới nhiều nội dung khác của tự động hóa Để phù hợp với thời gian và kiến thức của luận văn thạc sĩ, em chọn nghiên cứu một mảng

nhỏ của điều khiển giám sát đó là điều khiển cơ cấu từ xa sử dụng sự trợ giúp

của máy tính Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu việc điều khiển cơ cấu từ xa bằng

máy tính Nghiên cứu việc thiết lập giao diện mô phỏng trên máy tính, từ giao diện này điều truyền tín hiệu điều khiển các cơ cấu, nghiên cứu vi điều khiển, phục vụ công việc nhận tín hiệu điều khiển từ máy tính và xuất tín hiệu điều khiển tới mạch điều khiển Nghiên cứu các thiết bị đóng ngắt điện sử dụng cho việc điều khiển các

cơ cấu chấp hành Để thực hiện đề tài, tiến hành nghiên cứu phần mềm lập trình Visual Studio 2012, vi điều khiển AVR, và trình dịch cho vi điều khiển này phục

vụ công việc lập trình điều khiển Ngoài những kiến thức về lập trình, đề tài cũng yêu cầu những kiến thức về tự động hóa và điều khiển logic

Để hoàn thành đề tài, em xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Phan Bùi Khôi đã có

những hướng dẫn và chỉ bảo tận tình giúp em thực hiện và hoàn thành đề tài đạt kết quả

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUẢN TRỊ TÒA NHÀ 10

1.1 SƠ LƯỢC LIÊN QUAN 10

1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC 10

1.3 NỘI DUNG CHÍNH LUẬN VĂN 24

1.3.1 TÊN LUẬN VĂN 25

1.3.2 MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 25

1.3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUẢN TRỊ TÒA NHÀ 26

2.1 GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26

2.1.1 Truyền tín hiệu nối tiếp 26

2.1.2 Lập trình hướng đối tượng 33

a Giới thiệu C # 33

b Môi trường lập trình 35

c Biến hằng và toán tử 38

2.1.3 Vi điều khiển AVR 39

2.1.3.1 Tổ chức của AVR 39

2.1.3.2 Stack 43

2.1.3.3 Thanh ghi trạng thái - SREG (STATUS REGISTRY) 45

2.1.3.4 Macro và chương trình con 46

2.1.3.5 Ngắt trên AVR 47

2.1.3.6 Tổng quan các bộ Timer/Counter trên chip Atmega 54

2.1.3.7 Truyền thông nối tiếp không đồng bộ 66

2.1.3.8 Truyền thông nối tiếp không đồng bộ với AVR (UART) 69

CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TÒA NHÀ 81

3.1 NỘI DUNG CỤ THỂ 81

3.2 CẤU TRÚC HỆ THỐNG 81

3.2.1 Phần mềm giao diện trên máy tính 81

3.2.2 Nhận tín hiệu và điều khiển – vi điều khiển 98

3.2.3 Chương trình cho vi điều khiển 104

3.2.4 Mạch động lực 107

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110

PHỤ LỤC 111

CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUẢN TRỊ TÒA NHÀ

1.1 SƠ LƯỢC LIÊN QUAN

Hệ thống quản trị toà nhà - BMS (Building Management System) là một hệ thống điều khiển

và giám sát kỹ thuật Hệ thống quản trị toà nhà BMS mang tính tổng thể cao trong điều khiển và giám sát các hệ thống kỹ thuật của tòa nhà

Hệ thống BMS thực hiện tốt nhất các nhiệm vụ điều khiển vận hành hệ thống là môi trường thu nhận, quản lý toàn bộ các thong số kỹ thuật của thiết bị của các hệ thống kết nối tới Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận hành các thiết bị chấp hành của từng hệ thống kỹ thuật khác nhau hoạt động theo yêu cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cũng như các yếu tố an toàn, an ninh

Một hệ thống BMS cơ bản có thể kết nối để điều khiển và giám sát các hệ thống của tòa nhà như:

• Hệ thống điều hòa, thông khí


1.2 CÁC NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ NGOÀI NƯỚC

Tìm hiểu về việc ứng dụng hệ thống BMS trong và ngoài nước

BMS là một hệ thống an toàn và tính ổn định cao BMS bao gồm phần mềm điều khiển là phần mềm chuyên dụng trong việc điều khiển, quản lý các toà nhà cao tầng, phần mềm này

có các ứng dụng sau:

Thu nhận thông tin:

• Thu nhận các thông số về môi trường, các thông tin về trạng thái hoạt động của các thiết bị, các thông tin về hoạt động của các hệ thống, sự phối hợp vận hành của các hệ thống được kết nối đến BMS.


• Lưu giữ, xử lý các thông tin và có thể xử dụng các thông tin này lâu dài theo yêu cầu quản

lý, sửa chữa, cải tạo tòa nhà.


Giám sát:

• Phần mềm điều khiển BMS cung cấp màn hình đồ hoạ quản lý các tín hiệu cảnh báo, báo động kỹ thuật Mọi thông tin báo lỗi hệ thống, báo lỗi thiết bị của các hệ thống được kết nối tới BMS sẽ được thể hiện trên màn hình báo lỗi này.


• Phần mềm điều khiển BMS hỗ trợ cảnh báo báo động bằng tiếng còi bíp, đèn báo đây là cách nhắc nhở người vận hành khi người vận hành không quan sát màn hình điều khiển

Quản lý hệ thống:

Chức năng này giúp người vận hành hệ thống quản trị tòa nhà có thể mở rộng hệ thống khi

có yêu cầu như: khai báo thêm thiết bị, số lượng điểm điều khiển một cách dễ dàng.


Tích hợp các hệ thống tới hệ thống BMS mang lại nhiều tiện ích trong điều khiển cũng như giám sát các hệ thống kỹ thuật của toà nhà Điều này cho phép người vận hành, ban quản lý toà nhà tiết kiệm được chi phí vận hành cũng như nâng cao khả năng quản lý tới tất cả các

hệ thống

Các thông tin kỹ thuật về BMS

Trong chuẩn chung, giao tiếp giữa BMS với những hệ thống con trong tòa nhà được chia làm hai loại giao diện mức cao và giao diện mức thấp

Cấu trúc BMS/BAS

Hình 1 Cấu trúc BMS/BAS

A Building Management Level : trung tâm điều khiển, mức quản lý bao gồm các hệ thống

máy chủ dữ liệu, trạm làm việc được cài đặt các phần mềm quản lý bảo dưỡng, máy in và máy tính dành cho việc lập trình và cấu hình hệ thống

B Building Control Level : kết nối từ trung tâm điều khiển tới mức điều khiển các ứng

dụng trong tòa nhà thông qua cáp điều khiển BAS với giao diện BACnet TCP/IP, bao gồm các bộ DDC (Digital Direct Controller - điều khiển số trực tiếp), các giao diện tới các hệ thống phụ trợ như : điều hòa không khí, báo cháy, chữa cháy, hệ thống điện…

C Application Control Level : mức điều khiển các ứng dụng bao gồm các thiết bị như cảm

biến (sensor), bộ chấp hành (actuator), các bộ field controller để giao tiếp trục tiếp với các khu vực có các ứng dụng cần điều khiển

Mạng điều khiển cấp cao, điều khiển – giám sát

Những chuẩn giao tiếp mức cao trong BMS là OPC, BACNet, MODBUS, LNS, P2, Active X và MetaSys và BMS sẽ điều khiển những dịch vụ thông qua hệ thống con và bộ điều khiển có nghiã là BMS sẽ đưa ra các yêu cầu thích hợp hoặc những chỉ thị tới những hệ thống con thông minh hoặc khởi động những thao tác cần thiết

Nếu nhà cung cấp bộ điều khiển chỉ cung cấp giao thức không theo chuẩn TCP/IP thì những nhà tích hợp hệ thống BMS sẽ vẫn phát triển được giao diện để kết nối tới hệ thống Mạng thông tin liên lạc của BMS chia làm 3 cấp (hoặc 02 cấp) tùy vào từng nhà cung cấp:

- Mạng trục backbone : thường là mạng Ethernet TCP/IP hoặc Bacnet/IP 10100/1000Mb nối các bộ điều khiển tòa nhà ( Builiding controllers) với nhau và nối với các Server của hệ thống ( thường có 2 server chạy nóng và dự phòng)

- Mạng điều khiển tầng: là mạng dây chạy trực tiếp trong từng tầng, thường là mạng RS485, chuẩn truyền thông thường là LON, Bacnet MS/TP, N2, P2, mạng này do bộ điều khiển tầng quản lý và liên kết các bộ điều khiển nhỏ hơn đặt tại từng thiết bị cụ thể trong tầng của tòa nhà

Hình 2 Mạng Ethernet TCP/IP hoặc Bacnet/IP

Thường các hệ BMS đơn giản chỉ có 02 phân lớp mạng như vậy Các hệ thống lớn và yêu cầu tích hợp cao thường có thêm phân lớp mạng thứ 3 nằm trên 2 lớp trên : ALN ( Application Level network) Phân lớp này thường là lớp mạng interconnect giữa rất nhiều hệ thống khác nhau trong tòa nhà, cùng chia sẻ thông tin và quản lý, nó sẽ có 1 hệ thống trung tâm để thu thập và phân phối thông tin cho các Client trong hệ thống mạng

Cấp điều khiển khu vực – cấp trường

Đối với những dịch vụ mà không có hệ thống con thông minh thì những dịch vụ này sẽ được điều khiển trực tiếp thông qua bộ mã hoá của BMS hoặc trực tiếp tới bộ điều khiển BMS sẽ giao tiếp sử dụng kết nối vật lý RS232/RS485 và những giao thức truyền thông thích hợp bởi những nhà cung cấp DDC/PLC

Có rất nhiều bộ điều khiển trên thị trường, chúng có thể sử dụng cho giao diện cấp trường slave phù hợp với từng hệ thống cụ thể Dưới đây đưa ra một số loại bộ điều khiển chung BMS hợp với những hệ thống sau đây :

• Hệ thống cung cấp và phân phối điện (Máy cắt, Tủ hạ thế, tủ phân phối đầu tầng và máy phát điện dự phòng…) thường là chuẩn Modbus

• Điều hòa trung tâm

• Chiếu sáng công cộng (Public Lighting)

• Điều khiển truy nhập (Access control)

• Hệ thống Camera an ninh

• Hệ thống PCCC

• Thang máy (lift, elevator)

• Hệ thống cấp – thoát nước / xử lý nước thải sinh hoạt

• Các bộ FCU (FCU - Fan Coil Unit), VAV (VAV – Variable Air Volume)

Cấp điều khiển hệ thống

Các bộ điều khiển hệ thống có khả năng lớn hơn so với các bộ điều khiển ở cấp khu vực

về số lượng các điểm vào ra (I/O), các vòng điều chỉnh và cả các chương trình điều khiển Các bộ điều khiển hệ thống được tích hợp sẵn các chức năng quản lý, lưu trữ và thường được sử dụng cho các ứng dụng lớn hơn như hệ thống điều hòa trung tâm, hệ thống điện + máy phát trung tâm

Các bộ điều khiển này trực tiếp giao tiếp với thiết bị điều khiển thông qua các cảm biến và

cơ cấu chấp hành hoặc gián tiếp thông qua việc kết nối với các bộ điều khiển cấp khu vực

An toàn hệ thống:

• Giới hạn quyền truy cập và vận hành đối với từng cá nhân

• Xâm nhập hệ thống: Cho phép những người có quyền được truy cập và lấy dữ liệu hệ thống thông qua máy tính cá nhân hoặc các thiết bị lưu trữ khác

• Định dạng dữ liệu: Lắp ghép các điểm dữ liệu rời rạc vào trong các nhóm định dạng

có quy tắc phục vụ cho việc in ấn và hiển thị

• Tùy biến các chương trình: Người sử dụng có thể tự thiết kế, lập trình các chương trình riêng tùy theo yêu cầu sử dụng của mình

• Giao diện: Xây dựng giao diện dựa trên ứng dụng của khách hàng, có sử dụng các công cụ vẽ đồ thị và bảng biểu

• Lập báo cáo: Có khả năng lập báo cáo tự động, định kỳ hoặc theo yêu cầu về các cảnh báo và các sự kiện, hoạt động vận hành Đồng thời cung cấp các khả năng tóm tắt báo cáo

• Quản lý việc bảo trì bảo dưỡng: Tự động lập kế hoạch và tạo ra các thứ tự công việc cho các thiết bị cần bảo trì dựa trên lịch sử thời gian làm việc hoặc kế hoặch theo niên lịch

• Tích hợp hệ thống: Cung cấp giao diện và điều khiển chung cho các hệ thống con (HVAC, báo cháy, an toàn, giám sát truy nhập, ) và cung cấp khả năng tổng hợp thông tin từ các hệ thống con để từ đó đưa ra các mệnh lệnh có tính toàn cục trong hệ thống

• Quản lý năng lượng và tài nguyên: thu thập, lưu trữ và xử lý dữ liệu lịch sử như năng lượng sử dụng, chi phí vận hành và các cảnh báo và tạo ra các báo cáo để cung cấp các công cụ cho quá trình quản lý và việc sử dụng thiết bị lâu dài

Tích hợp hệ thống điều hoà trung tâm

Hệ thống điều hòa trung tâm là một trong những hệ thống quan trọng nhất của tòa nhà, ảnh hưởng tới toàn bộ tòa nhà, đảm bảo nhiệt độ độ ẩm và độ thông thoáng cho tất cả các

Hệ thống này bao gồm các mạch điện cũng như các mạch điều khiển, các sensor cảm biến nhiệt độ, độ ẩm để đảm bảo cho hệ thống làm việc một cách hiệu quả

Hình 4 Mô tả điều khiển hệ thống điều hòa

Thông thường các nhà cung cấp điều hòa sẽ ưu tiên chọn các bộ điều khiển từ những nhà cung cấp mà có thể tích hợp vào hệ thống một cách dễ dàng, tiện lợi Dễ dàng bảo trì bảo dưỡng trong trường hợp cần thiết

Thiết bị BMS cần phải có tính năng logic bên trong để có thể điều khiển các Chiller, AHU, FCU, VRF bật hoặc tắt theo từng vùng riêng biệt

Việc điều khiển độ nóng, thông gió và các dịch vụ điều hoà khác thông thường đều thông

Hệ thống BMS sẽ điều khiển và/hoặc giám sát các thiết bị sau :

• Các máy lạnh trung tâm

• Các bộ điều chuyển không khí

• Chỉnh lượng không khí

• Quạt khí thải/ khí tươi

• Nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời

• Các mức quá nhiệt của hệ thống

• Mức quá tải của hệ thống

• Giám sát các trạng thái hoạt động

• Thời gian hoạt động của tất cả hệ thống hoặc cục bộ

• Tính toán hoạt động với hiệu suất cao nhất

Tích hợp vào hệ thống chiếu sáng

Hiện có tương đối nhiều các tiêu chuẩn điều khiển chiếu sáng được áp dụng trên thế giới

vì chiếu sáng được coi như một bộ phận quan trọng cấu thành nên một công trình, đóng góp quan trọng trong kiến trúc nội thất của tòa nhà Hơn nữa, hệ thống chiếu sáng cũng là một trong những thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong tòa nhà, do đó, sử dụng ánh sáng một cách hiệu quả và tiết kiệm cũng là một trong những trọng tâm cuả việc thiết kế tòa nhà Các tiêu chuẩn điều khiển chiếu sáng thông dụng ở trên thế giới bao gồm : KNX/EIB ( châu Âu), Lutron (Mỹ), LON, DALI, C-bus ( Clipsal – Úc)

Hầu hết các hệ điều khiển chiếu sáng kể trên đều có các giao diện với BMS ở mức cao (OPC server) hay mức thấp (DO – Digital Output, DI – Digital Input hay dry relay – tiếp điểm khô)

Hệ thống điều khiển chiếu sáng thường được phân theo các vùng điều khiển BMS sẽ lên lịch trình và điều khiển ánh sáng theo mức vùng trong tòa nhà Đầu vào của hệ thống này sẽ bao gồm:

• Yêu cầu của người dùng cần có ánh sáng ngay khi xuất hiện tại khu vực

• Yêu cầu của người dùng cần lên lịch trình cho việc chiếu sáng

• Hệ thống cho phép bật tắt hoặc đặt cấu hình để điều khiển cho các đèn/dãy đèn cố định từ máy tính điều khiển trung tâm hay hệ thống các phím điều khiển khu vực

Hệ thống BMS sẽ bao gồm các chức năng điều khiển mức vùng như sau

• Ánh sáng có thể được bật lên hoặc tắt đi ở một vùng xác định

• Giám sát trạng thái cuả các bộ chuyển mạch điều khiển, khẳng định các lệnh đưa ra

• Giám sát trạng thái hiện tại cuả các đèn bao gồm độ sáng đèn (dimming control)

• Bỏ qua hệ thống điều khiển của phòng và đặt sẵn chế độ hoạt động cho các đèn

• Có khả năng đặt lại cấu hình cho hệ thống điều khiển chiếu sáng để thay đổi bộ chuyển mạch chính hoặc bộ chuyển mạch phụ cho các vùng chiếu sáng mà đang được chuyển mạch bởi các công tắc trong phòng

• Giám sát tất cả các modul điều khiển của hệ thống điều khiển chiếu sáng Hệ thống

sẽ cung cấp việc hiển thị đồ họa toàn phần cho phần ngoại thất, và cho mỗi tầng sẽ hiển thị trạng thái của các vùng chiếu sáng, các mạch điện, các bộ phát hiện chuyển động, các bộ cảm biến mức độ sáng

Tích hợp vào hệ thống báo cháy và chống cháy

Hệ thống báo cháy cũng là hệ thống thông minh với các phần điều khiển của riêng nó Hệ thống này sẽ giao tiếp với hệ thống BMS thông qua một cổng giao tiếp thông minh Cổng giao tiếp này là dạng giao diện RS232 hay RS485 và nhà tích hợp hệ thống BMS sẽ viết tiếp thủ tục (protocol) giao tiếp riêng tiêu chuẩn Thủ tục này có thể là mức thấp với điều kiện những chi tiết về định dạng gói thông tin phải được cung cấp cho nhà tích hợp BMS

Thông qua cổng giao tiếp (gateway), các dòng thông tin sau cần được cung cấp:

• Trạng thái của tất cả các bộ bơm phục vụ cứu hoả

• Mức nước trong các bể chứa nước cứu hoả

• Giám sát áp lực nước trong các bình chứa chính của hệ thống cứu hỏa

• Trạng thái của bảng điều khiển

Hệ thống BMS sẽ cung cấp sơ đồ bố trí và sơ đồ chức năng hoạt động của các dịch vụ cứu hoả Sơ đồ sẽ được mô phỏng động để chỉ ra trạng thái của các thiết bị và sự vận hành của

hệ thống

Hình 5 Mô tả điều khiển hệ thống báo cháy

Tích hợp vào các hệ thống phân phối điện

Hầu hết các thiết bị bảo vệ máy điện (Circuit Breaker) sử dụng bộ bảo vệ điện tử

(electronci trip) đều có khả năng liên kết ở các mức độ khác nhau Nhà cung cấp hệ thống điện có khả năng cung cấp bộ điều khiển với thủ tục giao diện hoặc cổng giao diện cần thiết (thường là Modbus) để giao tiếp với hệ thống BMS

Cổng giao tiếp sẽ cung cấp giao diện RS232 hoặc RS485 và nhà tích hợp hệ thống BMS sẽ biến chúng thành các thủ tục giao tiếp riêng chuẩn

Hình 6 Bảng điều khiển của hệ thống điện

Bảng điều khiển của hệ thống điện có thể có các điểm kiểm tra để có thể đo được điện áp, dòng, tần số, công suất và năng lượng của hệ thống điện Nhà cung cấp thiết bị điện thông thường sẽ lựa chọn các bộ điều khiển mà có thể nối với các điểm kiểm tra trên bảng điều khiển bằng module DI (Digital Input), và nối với các bộ biến đổi bằng chuẩn điểm đầu vào loại AI (Analogue Input) Thông qua giao diện này, hệ thống BMS sẽ giám sát các thông tin

và trạng thái của hệ thống điện từ trạm biến áp đến tủ phân phối Hệ thống BMS có thể giám sát và điều khiển được như sau:

• Công suất tiêu thụ

• Nhu cầu tối đa/tối thiểu

• Giám sát trạng thái của các mạch điện

• Giám sát và điều khiển trạng thái của các máy cắt/ áptômát

• Điện áp, dòng và tần số điện nguồn

• Giám sát trạng thái của tất cả các tủ điện, điện áp và dòng của điện cung cấp

Hệ thống BMS sẽ cung cấp việc hiển thị đồ hoạ của hệ thống điện, hiển thị hạ tầng kết nối

và các mạch điện Màn hình đồ hoạ sẽ hiển thị sơ đồ nguyên lý đấu điện và chỉ ra tên và số của các mạch, các cầu chì/CB cùng với các lượng điện tiêu thụ, các giá trị đọc được của điện

áp và dòng điện

Trạng thái của tất cả các điểm giám sát thiết bị điện cũng được hiển thị Bộ hiển thị xu hướng sẽ có khả năng điều chính theo nhu cầu để hiển thị xu hướng tiêu thụ điện cho một thiết bị đo hoặc một nhóm các thiết bị đo dựa trên ngày tháng được chỉ định bởi người dùng

Tích hợp với máy phát điện

Các bộ điều khiển của BMS sẽ cho phép hệ thống BMS giám sát và điều khiển máy phát

và hệ thống nhiên liệu và cung cấp các thông tin sau:

• Trạng thái của từng máy phát

• Giám sát tình trạng và mức độ chất lượng của hệ thống phát điện

• Giám sát các cảnh báo của các khối của máy phát điện

• Giám sát thời gian hoạt động của tất cả các máy phát

• Giám sát các mức nhiên liệu trong tất cả các bình chứa

• Giám sát nguồn cung cấp năng lượng và các cảnh báo về rò rỉ

Màn hình đồ hoạ mô phỏng động chỉ ra các hoạt động và trạng thái của các máy phát sẽ được cung cấp Màn hình sẽ chỉ ra quá trình hoạt động cũng như là bố trí về mặt vật lý của các máy phát, hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống lưu trữ nhiên liệu Sơ đồ cung cấp điện bằng máy phát đến các phòng

Tích hợp vào hệ thống thang máy

Hệ thống thang máy thường đi kèm với một phần mềm trên máy PC để giám sát và điều khiển Hệ thống cũng có thể cung cấp một cơ chế giao tiếp để cho các nhà tích hợp BMS để truy nhập và lấy thông tin

Một giao tiếp mức cao cũng có thể được cung cấp cho hệ thống điều khiển thang máy và thang trung tâm (tùy nhà sản xuất) Thông qua giao diện này, hệ thống BMS sẽ có thể giám sát và điều khiển các thông tin liên quan đến thang máy và cũng giao tiếp với hệ thống thông báo, hệ thống nhắn tin, và màn hình hiển thị của thang máy Các nhà cung cấp thang máy thường cung cấp các giao thức như OPC, BACNet, MODBUS, LNS, P2 hoặc đơn giản hơn

là TCP/IP Mỗi một hệ thống thang máy sẽ cung cấp các chức năng sau để có thể dùng BMS điều khiển chúng (thông qua cổng giao tiếp của BMS):

• Tất cả các điểm kiểm tra trạng thái của thang máy và các điểm cảnh báo sẽ được giám sát

• Vị trí của mỗi thang máy

• Trạng thái hoạt động của thang máy

• Các thông báo bằng hình ảnh đang hiển thị hoặc được lên lịch trình hiển thị cũng sẽ xem được bằng hệ thống BMS

• Các bản thông báo bằng hình ảnh cho mỗi hay cả một nhóm thang sẽ thể thiết lập và được đưa vào ngay lập tức hoặc lên lịch để đưa vào hiển thị

• Hiển thị tầng nghỉ của thang máy

• Hướng đi của thang máy

• Giám sát được trạng thái dừng khẩn cấp của thang máy

• Giám sát trạng thái của các cảnh báo của thang máy : Các cảnh báo chung của hệ thống thang máy sẽ không cần phải đưa ra Hệ thống BMS sẽ nhận các thông tin cảnh báo và trạng thái chi tiết của hệ thống Hệ thống BMS sẽ cung cấp màn hình đồ hoạ mô phỏng động để chỉ ra các chuyển động và trạng thái của tất cả thang máy

Tích hợp vào hệ thống cung cấp nước và xử lý nước thải

Các nhà cung cấp hệ thống cung cấp nước cần có các thiết bị và các bộ điều khiển cần thiết để có thể tích hợp vào BMS Các giao thức sử dụng cho kết nối này có thể là các giao thức cấp thấp nhưng phải phù hợp để có thể tích hợp vào BMS Khi được tích hợp vào BMS,

có thể thực hiện được các công việc sau

• Theo dõi tình trạng của các bơm nước

• Bật tắt các máy bơm

• Theo dõi mức nước trong các bể chứa

• Giám sát mức nước trong các hố ga thu nước, tự động khởi động bơm chống lụt

Hệ thống BMS sẽ đưa ra sơ đồ bố trí và sơ đồ chức năng của hệ thống ống nước và hệ thống dịch vụ vệ sinh Màn hình đồ hoạ sẽ được mô phỏng động để chỉ ra trạng thái của các thiết bị và tình trạng hoạt động của hệ thống

Tích hợp vào hệ thống Access control (kiểm soát vào/ra)

Hiện nay, trên thế giới, có khá nhiều các giải pháp quản lý an ninh khác nhau, từ các giải pháp đơn giản trực tiếp như hệ thống cửa mã số, CCTV, hàng rào hồng ngoại, xung điện, các sensor cảm ứng kính vỡ tuy nhiên, phổ biến nhất vẫn là hệ thống kiểm soát vào ra (Access control).

Có 2 lựa chọn cho khách hàng được các nhà sản xuất đưa ra là hệ thống on-line và hệ thống off-line Hệ thống off-line là hệ thống được nạp tất cả các chức năng tại bộ phận đầu đọc (reader) và chỉ xử lý các mệnh lệnh và thông tin điều khiển một cách cục bộ tại vị trí reader.

Hệ thống on-line access control là hệ thống được kết nối với nhau thông qua mạng có dây hoặc không dây, được quản lý và điều khiển thông qua một trung tâm điều khiển, hay còn gọi là A/C workstation.

Hệ thống BMS chỉ có thể giao tiếp được với hệ thống Access control online.Thường thì nhà cung cấp hệ thống sẽ cung cấp các các thủ tục giao tiếp mở như OPC, BACNet,

MODBUS, LNS, P2, ActiveX, MetaSys hoặc TCP/ IP để kết nối vào BMS Thông qua đó, BMS sẽ thực hiện các tác vụ sau :

• Giám sát trạng thái các điểm cảnh báo ví dụ như các cố gắng mở cửa, lỗi bộ đọc v.v

• Giám sát các cảnh báo của bộ điều khiển an ninh (CAU) ví dụ như pin yếu, hỏng hóc v.v

• Các cảnh báo có thể sẽ kích hoạt hoặc báo cáo đến một trạm đầu cuối xác định để có các hành động cần thiết

• Giám sát phần cứng hệ thống an ninh để đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt

• Các hoạt động của thẻ ra vào sẽ được giám sát và báo cáo

• Kết hợp hoạt động của hệ Access control với các hệ thống khác như CCTV, hàng rào hồng ngoại, thang máy, ánh sáng

Tích hợp vào hệ thống CCTV ( camera an ninh)

Hiện nay, ngoại trừ phần quang học cuả ống kính camera, phần xử lý tín hiệu hình ảnh thu được từ camera được chia ra thành hai loại :

- Loại thứ nhất : đưa tín hiệu hình ảnh thu được về một bộ thu tín hiệu trung tâm và xử

lý Bộ xử lý trung tâm này gọi là DVR Digital Video Recorder, các camera cho loại này gọi

là camera analogue, chỉ có chức năng thu và phát tín hiệu hình ảnh thông qua dây cáp đồng trục về DVR

- Loại thứ hai : việc xử lý tín hiệu hình ảnh được thực hiện độc lập trên từng camera và lúc này bộ điều khiển trung tâm ( NVR Network Video Recorder) chỉ đóng vai trò là bộ trung chuyển tín và phân luồng tín hiệucuả từng camera tới các nơi cần thiết Loại này được gọi là camera IP Đường truyền tín hiệu ( và đôi khi là cả đường cấp nguồn) là dây cat5 hoặc cat6.

Mặc dù vẫn còn những tranh luận xung quanh chất lượng hình ảnh và tốc độ đường truyền giữa camera IP và camera analogue, hiện nay, các hệ thống CCTV lớn trên thế giới đều sử dụng công nghệ camera IP do tính linh hoạt và khả trình độc lập của nó

Có rất nhiều các nhà phát triển phần mềm trên thế giới phát triển các phần mềm quản lý

và xử lý dữ liệu cho camera IP

Video digital trên mạng IP có rất nhiều lợi thế khi so sánh với hệ thống giám sát CCTV analog truyền thống Với việc công nghệ IT ngày càng phát triển, các ứng dụng như nhận

dạng khuôn mặt, vật thể được đưa vào phần mềm quản lý đưa chức năng cuả hệ IP camera lên hẳn một mức độ mới !!!

Những ích lợi này dành cho cả người sử dụng lẫn đội ngũ triển khai Đối với người sử dụng, họ có thể truy nhập , quản lý hệ thống, kiểm soát từ các vị trí địa lý xa xôi cũng như xác lập các tùy biến để hệ thống hoạt động.

Đối với đội ngũ triển khai, phần cứng theo chuẩn IT và cơ sở hạ tầng TCP/IP cho phép quá trình lắp đặt diễn ra đồng bộ và khoa học.

Bước phát triển tiếp theo của công nghệ video số chính là việc sử dụng NVR NVR khác với DVR ở chỗ nó sử dụng phần mềm với thiết bị chuẩn IT và nguồn video số thành hệ thống video có thể quản lý cho những yêu cầu về an ninh và giám sát.

Ví dụ : việc thêm không giới hạn các server cho phép quản lý rất nhiều các camera cần thiết DVR là cấu trúc mở , điều này cho phép các video Motion JPEG, MPEG2, MPEG4 (độ phân giaỉ cao HD hoặc full HD) có thể được xem trực tiếp, ghi, sao và lưu lại.

Công nghệ IP camera với phần mềm tích hợp trên DVR cho phép theo dõi những chuyển động bên ngoài, giám sát mục tiêu khả năng phân tích hình ảnh không quy định trước Có thể truy cập hệ thống DVR bằng bất cứ máy tính nào có các browser như Microsoft IE, Modzilla Firefox hay Google Chrome Phần mềm điều khiển DVR còn có thể kết hợp với nhiều phần mềm ứng dụng quản lý doanh nghiệp khác.

Tích hợp với hệ thống thông tin công cộng (âm thanh/hình ảnh) Public Media System

& Public Anouncement System (PA)

Ngày nay, việc sử dụng hệ thống thông tin công cộng bằng hình ảnh và âm thanh trở nên rất phổ biến trong các công trình công cộng hoặc phức hợp như khách sạn, siêu thị, công sở, bệnh viện, trường học

Các thông tin nóng hổi về thị trường và các vấn đề cần quan tâm cuả các cư dân và những người làm việc, đi lại tại các công trình đó có thể được phát tới tất cả các vị trí tại công trình trong cùng một thời điểm Công nghệ sử dụng cho các hệ thống này ngày nay đã được IP hóa và trở nên rất thuận lợi khi có thể sử dụng chung hạ tầng mạng LAN của công trình Với hạ tầng kỹ thuật như trên, BMS có thể kết nối với các hệ thống thông tin công cộng (âm thanh/hình ảnh) và thông qua chúng, đưa tới các thông điệp phù hợp cho các hoàn cảnh Việc kết nối các hệ thống thông tin công cộng với hệ thống an ninh thông qua đầu não là BMS còn đem lại các hiệu quả tích cực, nâng cao khả năng an ninh cuả công trình.

Giao diện và phần mềm BMS:

Phần mềm BMS và giao diện phần mềm bao gồm nhưng không giới hạn các tính năng sau:

• Quản lý các cảnh báo cuả các hệ thống được kết nối vào BMS

• Giao diện người dùng đồ hoạ

• Đặt lịch vận hành

• Lưu trữ lịch sử dữ liệu, phân tích dữ liệu

• Thiết lập an ninh hệ thống : mật khẩu truy cập/ ứng dụng, vận hành, điều khiển, giám sát hệ thống

• Quản lý các cơ sở vật chất như lượng tiêu thụ năng lượng điện, gas, nước

• Quản lý bộ phận Help-Desk / bảo trì

• Các tiện ích văn phòng khác

Phần mềm BMS - Building Management System là hệ thống ứng dụng có thể quản lý được các Cao ốc văn phòng cho thuê, các dịch vụ liên quan như căn hộ cho thuê, khách sạn, siêu thị…

Các chức năng liên quan bộ phận tiếp tân (Reception) và Customer Services

• Tạo các booking cho khách, quản lý được booking ngắn hạn và dài hạn, quản lý thông tin khách đặt và khách ở, khách thuê

• Quản lý tình trạng đặt thuê phòng (chắc chắn hay chưa chắc chắn…), có report (Availability Chart) để bộ phận tiếp tân biết được phòng còn trống hay không để quyết định cho 1 booking mới

• Hổ trợ Báo cáo mặt bằng phòng (Room Plan) để có được kế hoạch phân bố phòng hợp lý, đáp ứng được hiệu suất cho thuê cao nhất

• Đáp ứng đầy đủ các nghiệp vụ tác nghiệp liên quan đến bộ phân tiếp tân như: phân phòng, Check In, Check Out, Due Out (gia hạn hoặc trả sớm)

• Quản lý các yêu cầu từ khách hàng

• Hỗ trợ các báo cáo cho mục đích liên quan đến nghiệp vụ như: báo cáo khách sắp đến, báo cáo khách đang ở, báo cáo khách sắp đi, báo cáo ngày sinh nhật của khách, các lể kỹ niệm nếu có (thành lập công ty v.v )

• Phân loại khách theo : cá nhân, doanh nghiệp, khách hàng thân thuộc.v.v…

Các chức năng liên quan đến bộ phận quản lý buồng (House keeping)

• Quản lý đầy đủ các trạng thái phòng liên quan đến bộ phận buồng như: sạch, dơ… trong trường hợp Tòa nhà có cung cấp các dịch vụ liên quan đến dịch vụ dọn phòng, dọn office…

• Có lược đồ tổng quan về phòng hổ trợ cho việc lên kế hoạch dọn phòng

• Quản lý được tài sản, thiết bị, vật tư có trong phòng, căn hộ Cập nhật quá trình sửa chữa, thay thế thiết bị trong phòng, có báo cáo tổng hợp quá trình sủa chữa thiết bị.

Các chức năng liên quan bộ phận Kinh doanh

• Đưa ra các chính sách giá thuê cho phòng, căn hộ dài hạn và ngắn hạn, theo mùa cao

và thấp điểm

• Quản lý hợp đồng đối với khách thuê

• Quản lý hợp đồng với chủ nhà (tức phòng, căn hộ đã bán cho khách, khách nhờ chủ đầu tư cho thuê lại, gồm các thông tin như tỉ lệ ăn chia hoa hồng…)

• Hỗ trợ báo cáo hiệu suất sử dụng phòng, căn hộ có trong tòa nhà

• Thống kê lượng khách hàng theo các tiêu chí marketing

• Cho phép định hợp đồng linh hoạt với các điều kiện về giá điện nước, các dịch vụ đính kèm hoặc tách riêng… phục vụ cho việc thống kê doanh thu hiệu quả.

Quản lý các dịch vụ có trong tòa nhà

• Quản lý được tất cả các dịch vụ được sử dụng trong tòa nhà như: nhà hàng, Gym& Spa, giặt là, điện, nước, điện thoại, TV cáp, Internet…

• Chức năng Post Transaction theo dõi được quá trình sử dụng dịch vụ của khách

• Chức năng tách, gộp bill tương ứng với từng dịch vụ có trong tòa nhà

• Quản lý được chỉ số điện nước sử dụng trong từng phòng hoặc của cả tòa nhà

• Báo cáo tổng hợp, so sánh chỉ số đồng hồ điện nước giữa các tháng.

Các chức năng liên quan đến kế toán

• Chức năng Close Day để post tiền thuê phòng hằng ngày đối với khách thuê ngắn hạn

• Chức năng Close Bills để post tiền phòng và các dịch vụ sử dụng trong tháng tích hợp xuống hệ thống kế toán

• In các Yêu câù thanh toán - Payment Request cho khách thuê để thu tiền các dịch vụ khách sử dụng trong tháng

• Hệ thống kế toán được tích hợp cho phép lập và in các phiếu thu, phiếu chi, hỗ trợ các báo cáo thu chi tiền mặt cuối ngày để lập sổ quỹ

• Báo cáo doanh thu, công nợ chi tiết đến từng dịch vụ

• Tùy theo nhu cầu có thể tích hợp với module kế toán việt nam đầy đủ chức năng theo chế độ kế toán hiện hành của Việt Nam.

• Hỗ trợ điều khiển hoạt động tại làn ra, bao gồm các chức năng chính sau: giao tiếp với các thiết bị tại làn ra và phòng soát vé, chức năng soát vé, hiển thị thông tin cảnh báo

• Ngoài ra hệ thống còn có chức năng cấp thẻ sử dụng cho nhân viên hoặc khách trong tòa nhà, xử lý các tình huống như mất vé, lập các báo cáo định kì để quản lý.

Tích hợp hệ thống kết nối tổng đài điện thoại

• Tùy theo tổng đài sử dụng hệ thống hỗ trợ nhập thông tin từ kết xuất của chương trình kết nối tổng đài hoặc tích hợp module kết nối lấy số liệu từ tổng đài điện thoại

• Theo dõi và in list cuộc gọi đi đến cuả từng phòng/tenant

1.3 NỘI DUNG CHÍNH LUẬN VĂN

Từ việc ứng dụng vào điều khiển hệ thống BMS Để thực hiện cả một công việc điều khiển giám sát tòa nhà, trong phạm vi luận văn này không thực hiện được do khối lượng công việc lớn và kiến thức nhiều Để thực hiện luận văn này em xin lấy 1 phần nhỏ của công việc trên

để thực hiện Đó là điều khiển giám sát các cơ cấu chấp hành từ xa như đóng mở cửa, cấp điện ánh sáng, điện động lực cho từng phòng và từng khu vực có kiểm soát

Thực hiện điều khiển qua giao diện đồ hoạ Có thể thông qua giao diện đồ hoạ để kích hoạt điều khiển thiết bị tại các điểm “intelligent point” trên đồ hoạ On – Off – Disable Thực hiện vận hành điều khiển tự động

Trên máy tính sẽ sử dụng chương trình Visual Studio lập trình hướng đối tượng, lập trình mô phỏng giả lập sơ đồ các phòng như thực tế đồng thời có viết code cho chương trình điều khiển trên sơ đồ này Kết nối RS 232 tới mạch vi xử lý, viết code cho vi xử lý nhận tín hiệu

từ máy tính xuất ra điều khiển tủ điện theo tín hiệu điều khiển của máy tính Trong đề tài này

chỉ chú trọng nghiên cứu điều khiển các cơ cấu chấp hành Như động cơ, thiết bị khí nén, van từ…

Kết thúc luận văn thực hiện được các mục tiêu sau:

+ Nghiên cứu lập trình hướng đối tượng Visual Studio, viết chương trình trên máy tính + Nghiên cứu vi xử lý nhận chương trình và điều khiển được các cơ cấu chấp hành + Làm mô hình thực tế tiến hành các cơ cấu chấp hành

1.3.1 TÊN LUẬN VĂN

Điều khiển cơ cấu từ xa sử dụng sự trợ giúp của máy tính

1.3.2 MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU

Vì lý do kinh tế và điều kiện khách quan, nên đề tài chỉ dừng lại ở một phần nhỏ của vấn đề được đề cập ở trên Đó là điều khiển các cơ cấu chấp hành từ xa Đây là một phần quan trọng của việc điều khiển giám sát

Đề tài thực hiện nhằm đạt được các mục đích sau:

Thiết lập 1 hệ thống điều khiển từ xa trên màn hình máy tính thông qua kết nối RS

232 tới vi xử lý bằng sóng không dây để điều khiển tủ động lực

+ Đóng mở các cửa phòng (điều khiển các cơ cấu chấp hành từ xa như xi lanh khí nén, động cơ, van từ….)

+ Cấp điện ánh sáng cho từng phòng (thực hiện nhiệm vụ đóng cắt các thiết bị điện công suất nhỏ)

+ Cấp điện động lực cho các phòng (Đóng cắt các thiết bị điện công suất lớn)

1.3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Tiến hành nghiên cứu việc truyền nhận dữ liệu từ máy tính đến vi xử lý bằng phương thức truyền nhận RS 232 qua sóng không dây

Các vấn đề cần giải quyết:

+ Nghiên cứu truyền nhận nối tiếp.,

+ Nghiên cứu các cơ cấu chấp hành điện contactor, van điện từ … để thực hiện mạch động lực

+ Thiết kế mạch

+ Viết code truyền nhận, điều khiển cho vi xử lý

+ Viết code truyền nhận bằng Visual Studio

+ Thiết kế tủ động lực

+ Làm tủ động lực của hệ thống

+ Tiến hành ghép nối và cho hoạt động

CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ QUẢN TRỊ TÒA NHÀ

2.1 GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.1 Truyền tín hiệu nối tiếp

Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations)

Chuẩn RS-232 quy dịnh mức logic 1 ứng với diện áp từ -3V dến -25V (mark), mức logic 0 ứng với diện áp từ 3V dến 25V (space) và có khả nang cung cấp dòng từ 10 mA dến 20 mA.Ngoài ra, tất cả các ngõ ra dều có dặc tính chống chập mạch

Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc dộ dến 20.000 bps nhung nếu cáp

truyền dủ ngắn có thể lên dến 115.200 bps

a Cấu trúc cổng nối tiếp

Cổng nối tiếp được sử dụng để truyền dữ liệu hai chiều giữa máy tính và ngoại vi, có

các ưu điểm sau:

- Khoảng cách truyền xa hơn truyền song song

- Số dây kết nối ít

- Có thể truyền không dây dùng hồng ngoại

- Có thể ghép nối với vi điều khiển hay PLC (Programmable Logic Device)

- Cho phép nối mạng

- Có thể tháo lắp thiết bị trong lúc máy tính đang làm việc

- Có thể cung cấp nguồn cho các mạch điện đơn giản

Các thiết bị ghép nối chia thành 2 loại: DTE (Data Terminal Equipment) và DCE

(Data Communication Equipment) DCE là các thiết bị trung gian như MODEM còn DTE là các thiết bị tiếp nhận hay truyền dữ liệu như máy tính, PLC, vi điều khiển, … Việc trao đổi tín hiệu thông thường qua 2 chân RxD (nhận) và TxD (truyền) Các tín hiệu còn lại có chức năng hỗ trợ để thiết lập và điều khiển quá trình truyền, được gọi là các tín hiệu bắt tay

(handshake) Ưu điểm của quá trình truyền dùng tín hiệu bắt tay là có thể kiểm soát đường truyền

Tín hiệu truyền theo chuẩn RS-232 của EIA (Electronics Industry Associations)

Chuẩn RS-232 quy định mức logic 1 ứng với điện áp từ -3V đến -25V (mark), mức logic 0 ứng với điện áp từ 3V đến 25V (space) và có khả năng cung cấp dòng từ 10 mA đến 20 mA Ngoài ra, tất cả các ngõ ra đều có đặc tính chống chập mạch Chuẩn RS-232 cho phép truyền tín hiệu với tốc độ đến 20.000 bps nhưng nếu cáp truyền đủ ngắn có thể lên đến 115.200 bps Các phương thức nối giữa DTE và DCE:

- Đơn công (simplex connection): dữ liệu chỉ được truyền theo 1 hướng

- Bán song công ( half-duplex): dữ liệu truyền theo 2 hướng, nhưng mỗi thời điểm

chỉ được truyền theo 1 hướng

- Song công (full-duplex): số liệu được truyền đồng thời theo 2 hướng

Định dạng của khung truyền dữ liệu theo chuẩn RS-232 như sau:

Hình 7 Định dạng của khung truyền dữ liệu

Khi không truyền dữ liệu, đường truyền sẽ ở trạng thái mark (điện áp -10V) Khi bắt

đầu truyền, DTE sẽ đưa ra xung Start (space: 10V) và sau đó lần lượt truyền từ D0 đến D7

và Parity, cuối cùng là xung Stop (mark: -10V) để khôi phục trạng thái đường truyền Dạng tín hiệu truyền mô tả như sau (truyền ký tự A):

Hình 8 Tín hiệu truyền của ký tự „A‟

Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232 như sau:

Bảng 1.1 Các đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS-232

Các tốc độ truyền dữ liệu thông dụng trong cổng nối tiếp là: 1200 bps, 4800 bps,

9600 bps và 19200 bps

Hình 9 – Sơ đồ chân cổng nối tiếp

Cổng COM có hai dạng: đầu nối DB25 (25 chân) và đầu nối DB9 (9 chân) mô tả nhƣ hình 4.2 Ý nghĩa của các chân mô tả nhƣ sau:

Bảng 1.2 Bảng mô tả các chân của cổng COM

b Truyền thông giữa hai nút

Các sơ đồ khi kết nối dùng cổng nối tiếp:

Hình 10– Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp

Khi thực hiện kết nối như trên, quá trình truyền phải bảo đảm tốc độ ở đầu phát và

thu giống nhau Khi có dữ liệu đến DTE, dữ liệu này sẽ được đưa vào bộ đệm và tạo ngắt Ngoài ra, khi thực hiện kết nối giữa hai DTE, ta còn dùng sơ đồ sau:

Hình 11 – Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay

Khi DTE1 cần truyền dữ liệu thì cho DTR tích cực � tác động lên DSR của DTE2

cho biết sẵn sàng nhận dữ liệu và cho biết đã nhận được sóng mang của MODEM (ảo) Sau

đó, DTE1 tích cực chân RTS để tác động đến chân CTS của DTE2 cho biết DTE1 có thể nhận dữ liệu Khi thực hiện kết nối giữa DTE và DCE, do tốc độ truyền khác nhau nên phải thực hiện điều khiển lưu lượng Quá trinh điều khiển này có thể thực hiện bằng phần mềm hay phần cứng Quá trình điều khiển bằng phần mềm thực hiện bằng hai ký tự Xon và Xoff

Ký tự Xon được DCE gởi đi khi rảnh (có thể nhận dữ liệu) Nếu DCE bận thì sẽ gởi ký tự Xoff Quá trình điều khiển bằng phần cứng dùng hai chân RTS và CTS Nếu DTE muốn truyền dữ liệu thì sẽ gởi RTS để yêu cầu truyền, DCE nếu có khả năng nhận dữ liệu (đang rảnh) thì gởi lại CTS

c Truy xuất trực tiếp thông qua cổng

Các cổng nối tiếp trong máy tính được đánh số là COM1, COM2, COM3, COM4 với

các địa chỉ như sau:

Giao tiếp nối tiếp trong máy tính sử dụng vi mạch UART với các thanh ghi cho trong bảng sau:

Bảng 1.3 Các thanh ghi của UART

d IIR (Interrupt Identification):

IIR xác định mức ưu tiên và nguồn gốc của yêu cầu ngắt mà UART đang chờ phục

vụ Khi cần xử lý ngắt, CPU thực hiện đọc các bit tương ứng để xác định nguồn gốc của ngắt Định dạng của IIR như sau:

e IER (Interrupt Enable Register):

f MCR (Modem Control Register):

g MSR (Modem Status Register):

h LSR (Line Status Register):

FIE: FIFO Error – sai trong FIFO

TSRE: Transmitter Shift Register Empty – thanh ghi dịch rỗng (=1 khi đã phát 1 ký

tự và bị xoá khi có 1 ký tự chuyển đến từ THR

THRE: Transmitter Holding Register Empty (=1 khi có 1 ký tự đã chuyển từ THR –

TSR và bị xoá khi CPU đƣa ký tự tới THR)

BI: Break Interrupt (=1 khicó sự gián đoạn khi truyền, nghĩa là tồn tại mức logic 0

trong khoảng thời gian dài hơn khoảng thời gian truyền 1 byte và bị xoá khi CPU đọc LSR) FE: Frame Error (=1 khi có lỗi khung truyền và bị xoá khi CPU đọc LSR)

PE: Parity Error (=1 khi có lỗi parity và bị xoá khi CPU đọc LSR)

OE: Overrun Error (=1 khi có lỗi thu đè, nghĩa là CPU không đọc kịp dữ liệu làm cho quá trình ghi chồng lên RBR xảy ra và bị xoá khi CPU đọc LSR)

RxDR: Receiver Data Ready (=1 khi đã nhận 1 ký tự và đƣa vào RBR và bị xoá khi

CPU đọc RBR)

i LCR (Line Control Register):

DLAB (Divisor Latch Access Bit) = 0: truy xuất RBR, THR, IER, = 1 cho phép đặt

bộ chia tần trong UART để cho phép đạt tốc độ truyền mong muốn

UART dùng dao động thạch anh với tần số 1.8432 MHz đưa qua bộ chia 16 thành tần

số 115,200 Hz Khi đó, tuỳ theo giá trị trong BRDL và BRDH, ta sẽ có tốc độ mong muốn

Ví dụ như đường truyền có tốc độ truyền 2,400 bps có giá trị chia 115,200 / 2,400 = 48d = 0030h � BRDL = 30h, BRDH = 00h

Một số giá trị thông dụng xác định tốc độ truyền cho như sau:

j PS (Parity Select):

PS2 PS1 PS0 Mô tả

STB (Stop Bit) = 0: 1 bit stop, =1: 1.5 bit stop (khi dùng 5 bit dữ liệu) hay 2 bit stop

(khi dùng 6, 7, 8 bit dữ liệu)

WLS (Word Length Select):

WLS1 WLS0 Độ dài dữ liệu

2.1.2 Lập trình hướng đối tượng

Tư tưởng chính của lập trình hướng đối tượng là xây dựng một chương trình dựa trên sự phối hợp hoạt động của các đối tượng Một đối tượng bao gồm hai thành phần chính là thông tin lưu trữ và các thao tác xử lý

Trong thế giới thực, đối tượng là thực thể tồn tại như con người, xe, máy tính, … Trong ngôn ngữ lập trình, đối tượng có thể là màn hình, điều khiển, …

Lập trình hướng đối tượng là kỹ thuật lập trình nhằm vào sự tương tác giữa các đối tượng Mỗi đối tượng có những thuộc tính (thông tin lưu trữ), những phương thức xác định các chức năng của đối tượng Bên cạnh đó, đối tượng cũng có khả năng phát sinh các sự kiện khi thay đổi thông tin, thực hiện một chức năng hay khi đối tượng khác tác động vào Tất cả những thuộc tính, phương thức và sự kiện tạo nên cấu trúc của đối tượng Có 4 ý niệm trong lập trình hướng đối tượng :

tượng Những tính chất đó hiện diện trong một ngôn ngữ lập trình hiện đại Hơn nữa ngôn ngữ C# được xây dựng trên nền tảng hai ngôn ngữ mạnh nhất là C++ và Java

Tóm lại, C# có các đặc trưng sau đây:

- C# là ngôn ngữ đơn giản

- C# là ngôn ngữ hiện đại

- C# là ngôn ngữ hướng đối tượng

- C# là ngôn ngữ mạnh mẽ và mềm dẻo

- C# là ngôn ngữ hướng module

- C# sẽ trở nên phổ biến

1 C# là ngôn ngữ đơn giản

- C# loại bỏ được một vài phức tạp và rối rắm cả các ngôn ngữ C++ và Java

- C# khá giống C/C++ về diện mạo, cú pháp, toán tử

- Các chức năng của C# được lấy trực tiếp từ ngôn ngữ C/C++ nhưng lại được cải tiến

để làm cho ngôn ngữ đơn giản hơn

2 C# là ngôn ngữ hiện đại

C# có được những đặc tính của ngôn ngữ hiện đại như:

- C# là ngôn ngữ sử dụng giới hạn những từ khóa phần lớn các từ kháo dùng để mô tả thông tin, nhưng không không gì thế mà C# kém phần mạnh mẽ Chúng ta có thể tìm thấy rằng ngôn ngữ này có thể được sử dụng để làm bất cứ nhiệm vụ nào

b Môi trường lập trình

Bước 1: Khởi động Microsoft Visual Studio 2012

Start/All Programs/ Microsoft Visual Studio 2012/ Visual Studio 2012

Hình 12 Giao diện khởi động Visual Studio

Bước 2: Vào File/ New/ Project

Hình 13.Cửa sổ đặt tên Project

Bước 3: chọn

Vào môi trường thiết kế và lập trình

Hình 14.Môi trường thiết kế trong Visual Studio

Cửa sổ ToolBox trong Visual Studio, là cửa sổ chứa tất cả các control dùng để lập trình Để

vào đƣợc cửa sổ này ta vào View/ToolBox

Hình 15 Thanh công cụ Toolbox

Cửa sổ Solution Explorer Đây là cửa sổ quản lý các Form và các item trong Project

Hình 16 Thanh công cụ Solution Explorer

Cửa sổ Properties Để mở cửa sổ này Chúng ta click chuột phải vào đối tượng và chọn Properties Hoặc bằng cách View/other windows/ Properties manager để chúng ta hiện ra cửa sổ này và từ đó thay đổi các thuộc tính của đối tượng

Hình 17 Cửa sổ Properties

Cửa sổ quản lý và thay đổi tất cả các thuộc tính của đối tượng trong Project

Đây là cửa sổ thiết kế của Visual Studio Trong môi trường thiết kế chúng ta sử dụng các công cụ trong ToolBox để thiết kế giao diện điều khiển, lập trình theo ý muốn của người lập trình

Hình 18 Môi trường thiết kế

Sau khi thiết kế được giao diện theo ý muốn, sau đó tiến hành viết Code điều khiển cho chương trình Từ môi trường thiết kết, chúng ta nhấn F7 để sang môi trường soạn thảo code, hoặc Click chuột phải vào Form sau đó chọn View code Ta sẽ vào được môi trường soạn thảo code như dưới đây:

Hình 19 Môi trường lập trình

c Biến hằng và toán tử

1 Biến

a) khái niệm

- Biến là một vùng lưu trữ ứng với một kiểu dữ liệu

- Biến có thể được gán giá trị và cũng có thể thay đổi giá trị trong khi thực hiện các lệnh của chương trình

b) Khai báo biến: sau khi khai báo biến phải gán giá trị cho biến

<Kiểu _Dữ_Liệu> <tên_biến> [= <giá trị>]

f) Toán tử logic: !, &&, ||

g) Toán tử 3 ngôi: (Điều_kiện) ? (Biểu_thức_1) : (Biểu_thức_2);

2.1.3 Vi điều khiển AVR

2.1.3.1 Tổ chức của AVR

AVR có cấu trúc Harvard, trong đó đường truyền cho bộ nhớ dữ liệu (data memory bus)

và đường truyền cho bộ nhớ chương trình (program memory bus) được tách riêng Data memory bus chỉ có 8 bit và được kết nối với hầu hết các thiết bị ngoại vi, với register file Trong khi đó program memory bus có độ rộng 16 bits và chỉ phục vụ cho instruction

registers Hình 1 mô tả cấu trúc bộ nhớ của AVR

Bộ nhớ chương trình (Program memory): Là bộ nhớ Flash lập trình được, trong các chip AVR cũ (như AT90S1200 hay AT90S2313…) bộ nhớ chương trình chỉ gồm 1 phần là Application Flash Section nhưng trong các chip AVR mới chúng ta có thêm phần Boot Flash setion Boot section sẽ được khảo sát trong các phần sau, trong bài này khi nói về bộ nhớ chương trình, chúng ta tự hiểu là Application section Thực chất, application section bao gồm 2 phần: phần chứa các instruction (mã lệnh cho hoạt động của chip) và phần chứa các vector ngắt (interrupt vectors) Các vector ngắt nằm ở phần đầu của application section (từ địa chỉ 0x0000) và dài đến bao nhiêu tùy thuộc vào loại chip Phần chứa instruction nằm liền sau đó, chương trình viết cho chip phải được load vào phần này Xem lại phần đầu của ví dụ trong

Vì chức năng chính của bộ nhớ chương trình là chứa instruction, chúng ta không có nhiều cơ hội tác động lên bộ nhớ này khi lập trình cho chip, vì thế đối với người lập trình AVR, bộ nhớ này “không quá quan trọng” Tất cả các thanh ghi quan trọng cần khảo sát nằm trong bộ nhớ dữ liệu của chip

Hình 20.Tổ chức bộ nhớ của AVR

Bộ nhớ dữ liệu (data memory): Đây là phần chứa các thanh ghi quan trọng nhất của chip, việc lập trình cho chip phần lớn là truy cập bộ nhớ này Bộ nhớ dữ liệu trên các chip AVR có độ lớn khác nhau tùy theo mỗi chip, tuy nhiên về cơ bản phần bộ nhớ này được chia thành 5 phần:

Phần 1: là phần đầu tiên trong bộ nhớ dữ liệu, như mô tả trong hình 1, phần này bao

gồm 32 thanh ghi có tên gọi là register file (RF), hay General Purpose Rgegister – GPR, hoặc đơn giản là các Thanh ghi Tất cả các thanh ghi này đều là các thanh ghi 8 bits như trong hình 2

Hình 21 Thanh ghi 8 bits

Tất cả các chip trong họ AVR đều bao gồm 32 thanh ghi Register File có địa chỉ tuyệt đối

từ 0x0000 đến 0x001F Mỗi thanh ghi có thể chứa giá trị dương từ 0 đến 255 hoặc các giá trị

có dấu từ -128 đến 127 hoặc mã ASCII của một ký tự nào đó…Các thanh ghi này được đặt tên theo thứ tự là R0 đến R31 Chúng được chia thành 2 phần, phần 1 bao gồm các thanh ghi

từ R0 đến R15 và phần 2 là các thanh ghi R16 đến R31 Các thanh ghi này có các đặc điểm sau:

 Được truy cập trực tiếp trong các instruction

 Các toán tử, phép toán thực hiện trên các thanh ghi này chỉ cần 1 chu kỳ xung clock

 Register File được kết nối trực tiếp với bộ xử lí trung tâm – CPU của chip

 Chúng là nguồn chứa các số hạng trong các phép toán và cũng là đích chứa kết quả trả lại của phép toán

Để minh họa, hãy xét ví dụ thực hiện phép cộng 2 thanh ghi bằng instruction ADD như sau:

Thanh ghi R0 là thanh ghi duy nhất được sử dụng trong instruction LPM (Load Program Memory) Các thanh ghi R26, R27, R28, R29, R30 và R31 ngoài chức năng thông thường còn được sử dụng như các con trỏ (Pointer register) trong một số instruction truy xuất gián tiếp Chúng ta sẽ khảo sát vấn đề con trỏ sau này Hình dưới mô tả các chức năng phụ của các thanh ghi