Báo cáo Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị tự động đo lường và kiểm tra thông minh phục vụ cho các dây chuyền sản xuất tự động hoá - Phạm Thượng Cát

1 BKH & CN Viện CNTT VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.13 “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐO LƯỜNG VÀ KIỂM TRA THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG HOÁ” Chủ nhiệm đề tài: PGS.TSKH. Phạm Thượng Cát Hà Nội, 12-2004 Bản quyền 2004 thuộc Viện Công nghệ thông tin 2 VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.13 “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐO LƯỜNG VÀ KIỂM TRA THÔNG MINH PHỤC VỤ CHO CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG HOÁ” Chủ nhiệm đề tài: PGS.TSKH. Phạm Thượng Cát Hà Nội, 12-2004 Bản quyền 2004 thuộc Viện Công nghệ thông tin 3 Danh sách những người thực hiện chính A Chủ nhiệm đề tài PGS.TSKH. Phạm Thượng Cát Viện Công nghệ Thông tin B Cán bộ tham gia nghiên cứu 2 KS. Phan Minh Tân Viện Công nghệ Thông tin 3 ThS. Trần Việt Phong Viện Công nghệ thông tin 4 ThS. Phạm Ngọc Minh Viện Công nghệ Thông tin 5 6 KS. Chu Ngọc Liêm KS. Nguyễn Xuân Hoàng Viện Công nghệ Thông tin Viện Công nghệ Thông tin 7 ThS. Vũ Sĩ Thắng Viện Công nghệ Thông tin 8 KS. Bùi Thị Thanh Quyên Viện Công nghệ thông tin 9 NCS. Bùi Trọng Tuyên Viện Vật lý 10 NCS. Nguyễn Trần Hiệp Học Viện KTQS 4 BÀI TÓM TẮT Đề tài KC03.13 “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị tự động đo lường và kiểm tra thông minh phục vụ cho các dây chuyền sản xuất Tự động hóa” nhằm mục đích thiết kế và chế tạo các thiết bị đo lường và kiểm tra thông minh thay cho nhập ngoại. Đề tài nghiên cứu các phương pháp khoa học và phát triển các công nghệ nền tạo ra các sản phẩm đo và điều khiển mới mang thương hiệu Việt Nam phục vụ cho các dây chuyền sản xuất. Ngoài ra mục tiêu của đề tài còn nhằm vào việc quảng bá các công nghệ mới cho cộng đồng tự động hóa Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu của đề tài bao gồm các khâu khảo sát, nghiên cứu nguyên lý và đề xuất các phương pháp xử lý, nghiên cứu các công nghệ nền, thiết kế và chế tạo sản phẩm, thử nghiệm tiêu chuẩn sản phẩm, và triển khai ứng dụng thử nghiệm sản phẩm vào thực tiễn. Thiết kế sản phẩm bao gồm thiết kế hệ thống phần cứng, hệ thống phần mềm, kết cấu cơ khí và quy trình chế tạo sản phẩm mẫu. Trong bước này sử dụng các chương trình CAD để thiết kế. Nghiên cứu làm chủ các công nghệ nền như công nghệ tạo chip PSoC, công nghệ PC/104, mạng nhúng và lập trình thời gian thực, áp dụng vào chế tạo thử nghiệm các sản phẩm mẫu. Các sản phẩm mẫu được thử nghiệm hiệu chỉnh trong phòng thí nghiệm và được mang đi thử nghiệm và đánh giá chất lượng tại Cơ quan kiểm chuẩn Nhà nước. Các kết quả nghiên cứu được thường xuyên thảo luận ở các seminar và công bố ở các hội nghị khoa học trong và ngoài nước. Một số sản phẩm được áp dụng vào thực tiễn qua các hợp đồng kinh tế. Các kết quả chính đề tài đã đạt được bao gồm: • Công bố trên 20 công trình nghiên cứu tại các hội nghị quốc gia và quốc tế. • Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các sản phẩm mới bao gồm: - Thiết bị đo điều khiển xa qua mạng Ethernet EDDK - Thiết bị giao diện với người vận hành ETS qua mạng Ethernet - Chương trình EMON đo lường thu thập dữ liệu và kiểm tra xa trên cơ sở mạng Ethernet - Đầu đo mực nước liên tục từ xa WLM - Thiết bị xử lý thu thập tín hiệu mực nước 5 - Hệ thống nhận dạng ổn định bệ bám đối tượng sử dụng cảm biến ảnh VICON - Máy đo công suất vạn năng - Hệ thống đo quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp - Đào tạo 2 NCS và 2 Thạc sỹ và nhiều sinh viên làm đồ án tốt nghiệp Đề tài đã hoàn thành các sản phẩm theo đúng các yêu cầu của Hợp đồng ký kết với Ban chủ nhiệm chương trình TĐH KC-03 và Bộ Khoa học và Công nghệ. Các điểm nổi bật của đề tài có thể tóm tắt như sau: - Tập thể nghiên cứu của đề tài đã duy trì được truyền thống luôn đi tắt, đón đầu và đưa công nghệ nền mới trong lĩnh vực đo lường và điều khiển vào Việt Nam: giai đoạn 1991-1995: Công nghệ PLC; giai đoạn 1996-2000; Công nghệ PC/104 và hiện nay 2001-2004; Công nghệ tạo chip PSoC. Sản phẩm đo nhiệt độ, dộ ẩm sử dụng công nghệ PSoC trong hệ thống đo quan trắc môi trường của đề tài đã đoạt giải thưởng lớn “Grand Prize” trong cuộc thi quốc tế về thiết kế chip cho các thiết bị đo lường và điều khiển. Đây là kết quả chứng tỏ khả năng nghiên cứu và phát triển các sản phẩm công nghệ cao của các cán bộ tham gia đề tài không thua kém các đồng nghiệp trên thế giới. - Trong các sản phẩm của đề tài đều chứa đựng các ý tưởng và giải pháp mới được kết hợp với công nghệ cao tao ra các sản phẩm có hàm lượng chất xám giá trị gia tăng của mình. - Trong quá trình triển khai, đề tài đã không ngừng quảng bá các giải pháp và công nghệ áp dụng của mình qua các seminar, hội nghị quốc gia, quốc tế, tạp chí tạo nên một địa chỉ tin cậy cho các đồng nghiệp tiếp cận các thông tin và công nghệ mới. 6 MỤC LỤC - Trang nhan đề 1 - Danh sách các cán bộ tham gia đề tài 2 - Bài tóm tắt 4 - Mục lục PHẦN CHÍNH BÁO CÁO 6 1. Lời mở đầu 9 2. Nội dung chính của báo cáo 13 2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước và trong nước 13 2.2. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 17 2.3. Những nội dung đã thực hiện 20 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết 20 2.3.2. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các sản phẩm mới 25 2.3.2.1. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đo liên tục, thu thập xử lý mức nước từ xa bằng phương pháp số 26 a. Đầu đo mức nước 26 b. Thiết bị thu thập tín hiệu mực nước từ xa 32 c. Chương trình kết nối PC Water 1.0 34 2.3.2.2. Hệ thống thiết bị đo và điều khiển xa qua mạng Ethernet 36 a. Thiết bị đo và điều khiển xa EDDK 39 b. Thiết bị giao diện với người vận hành ETS 41 c. Chương trình EMON 43 2.3.2.3. Hệ thống VICON 49 a. Mô tả lý thuyết hệ thống VICON 49 b. Phần mềm nhận dạng và xử lý ảnh trong hệ thống VICON 55 2.3.2.4. Nghiên cứu phát triển và chế tạo máy đo công suất vạn năng 60 a. Mô tả hoạt động máy đo công suất vạn năng PMM100 60 b. Phần mềm nhúng của thiết bị PMM1000 65 7 c. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị PMM100 68 2.3.2.5. Hệ thống đo quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp 70 a. Máy tính chủ với chương trình EVIEW 71 b. Thiết bị đầu cuối RTU c. Hệ điều hành và phần mềm RTU 73 75 2.4. Tổng kết hoá và đánh giá kết quả thu được 76 3. Kết luận và kiến nghị 77 4. Lời cảm ơn 78 5. Tài liệu tham khảo 79 8 PHẦN CHÍNH BÁO CÁO 9 1. LỜI MỞ ĐẦU Đề tài KC.03.13 “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các thiết bị tự động đo lường và kiểm tra thông minh phục vụ cho các dây chuyền sản xuất Tự động hóa” thuộc chương trình cấp Nhà nước “Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ” KC.03 do PGS.TSKH. Phạm Thượng Cát là chủ nhiệm đề tài và Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam làm cơ quan chủ trì. Đề tài được thực hiện trong vòng 36 tháng, từ tháng 10/2001 đến tháng 10/2004. Mục tiêu của đề tài nhằm: - Thiết kế và chế tạo các thiết bị đo lường và kiểm tra thông minh thay thế nhập ngoại - Nghiên cứu phát triển các phương pháp, thuật toán xử lý và cấu trúc hệ thống của các thiết bị, hệ thống đo lường thông minh - Phát triển đội ngũ khoa học công nghệ, tăng cường nội lực về lĩnh vực thiết kế, chế tạo và ứng dụng các thiết bị, hệ thống đo lường và kiểm tra thông minh Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm: - Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đo liên tục, thu thập xử lý mức nước từ xa bằng phương pháp số Mục tiêu của nội dung này nhằm phát triển được thiết bị đo có chức năng không kém thiết bị nhập ngoại nhưng với giá thành rẻ hơn. Thiết bị bao gồm đầu đo mực nước kèm bộ truyền dữ liệu, hiển thị và có khả năng kết nối PC. Nội dung mới của sản phẩm này ở chỗ đưa ra được cấu trúc đầu đo mực nước mới đảm bảo độ chính xác, có phần xử lý và truyền dữ liệu đo dạng số nhúng trong đầu đo. Phần xử lý hiển thị sử dụng công nghệ tạo chip chuyên dụng với các thuật toán lọc số cứng mềm kết hợp các thuật xử lý suy diễn đảm bảo số liệu đo chính xác trong điều kiện nhiễu hiện trường. Với công nghệ tạo chip PSoC đề tài đã thiết kế và tạo ra các chip chuyên dụng cho cả đầu đo và thiết bị xử lý, hiển thị. - Hệ thống đo và kiểm tra các dây chuyền sản xuất qua mạng Ethernet Mục tiêu của nội dung này nhằm thiết kế và chế tạo được hệ thống mạng nhúng đo kiểm tra và điều khiển dây chuyền sản xuất sử dụng công nghệ mạng Ethernet. Hệ thống bao gồm thiết bị đo xa đa kênh EDDK có khả năng xử lý 10 mạnh; thiết bị giao diện với người vận hành ETS và chương trình kiểm soát trên máy chủ EMON. Tính mới của hệ thống là tạo được các thiết bị nhúng đo và điều khiển đa kênh kết nối qua mạng Ethernet và giao thức TCP/IP có khả năng tính toán các thuật xử lý phức tạp, có độ bền chắc hoạt động trong môi trường công nghiệp với kích thước gọn nhẹ tốn ít năng lượng và giá thành rẻ hơn nhập ngoại. Hệ thống phần mềm nhúng và phần mềm giao diện với người vận hành cho phép người sử dụng thích ứng với các ứng dụng riêng của mình một cách dễ dàng. - Nghiên cứu phát triển cảm biến ảnh cho các hệ thống đo và điều khiển. Mục tiêu của nghiên cứu này là sử dụng cảm biến ảnh, camera tạo nên thị giác cho các thiết bị đo và điều khiển. Sản phẩm thử nghiệm là hệ thống Visual servoing VICON sử dụng camera để điều khiển bệ bám mục tiêu di động. Nội dung mới ở đây bao gồm tích hợp được bệ điều khiển camera bám mục tiêu hai hướng góc tà và phương vị (Pan-Tilt) có các thuật toán xử lý ảnh số nhanh, phương pháp định vị vật di động trong không gian từ dữ liệu ảnh, phương pháp điều khiển bám trên cơ sở phản hồi hình ảnh. - Nghiên cứu chế tạo máy đo công suất vạn năng. Mục tiêu của nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra máy đo công xuất vạn năng đo được các thông số U, I, P, Q, f, kWh sử dụng công nghệ cao thay thế nhập ngoại. Kết quả đạt được đã cho ra một mẫu mới với công nghệ chip đo năng lượng chuyên dụng của hãng Analog Device kết hợp với chip xử lý hiển thị được đề tài nghiên cứu phát triển theo công nghệ PSoC có giá thành rất cạnh tranh chỉ bằng 50% thiết bị nhập ngoại. - Nghiên cứu chế tạo hệ thống quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp. Vấn đề cảnh báo và bảo vệ môi trường là vấn đề bức xúc đang được nhà nước rất quan tâm. Mục tiêu của nội dung này nhằm thiết kế hệ thống đo và thu thập các thông số ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm không khí và độ ồn trong xí nghiệp công nghiệp. Các giá trị đo ở các điểm đo xa được truyền về máy tính xử lý trung tâm và được tính toán xử lý, cảnh báo lưu trữ bằng chương trình phần mềm chạy trên môi trường Windows 11 Danh mục các sản phẩm khoa học công nghệ cần đạt của đề tài KC.03.13 TT Tên sản phẩm Số lượng Chỉ tiêu Kinh tế - kỹ thuật Ghi Chú 1 Các công trình, bài báo về phương pháp luận thuộc lĩnh vực đo thông minh 10 Đưa ra được các phương pháp, thuật toán xử lý, nguyên lý có tính cải tiến, sáng tạo về mặt học thuật. Các công trình được nhận đăng tại các tạp chí, hội nghị khoa học trong và ngoài nước 2 Họ thiết bị đo điều khiển xa qua mạng 2 y Analog Input ±10V/4-20mA, 12bit: 8 kênh Ethernet EĐĐK y Analog Output 12 bit: 2 kênh y Digital I/O TTL: 24 kênh y Tiền khuyếch đại khả trình y Bộ nhớ DOC y Có phối ghép đầu đo PT100, mV y Phần mềm: Dễ mở rộng 3 Thiết bị giao diện với người vận hành ETS qua mạng Ethernet 1 y Đạt tiêu chuẩn công nghiệp y Màn hình touchscreen y Bộ nhớ flash y Kết nối qua Ethernet 4 Chương trình EMON đo lường, thu thập dữ liệu và kiểm tra xa trên cơ sở mạng Ethernet 1 - Kết nối với các thiết bị đo điều khiển xa EĐĐK qua mạng tốc độ cao Ethernet - Có các chức năng đo, thu thập, phân tích xử lý, lưu trữ dữ liệu từ xa - Có khả năng thay đổi, nâng cấp 12 các chương trình của các EĐĐK qua mạng - Có giao diện thân thiện với người vận hành - Dễ dàng phát triển các ứng dụng cho đo kiểm tra các dây truyền sản xuất 5 Đầu đo mực nước liên tục từ xa 1 • Đầu đo - Dải đo: 0-3m - Độ chính xác: ±1% • Truyền dữ liệu số 6 Thiết bị xử lí thu thập tín hiệu mực nước 1 • Hệ xử lý có chức năng - Nhận dữ liệu số từ xa - Đo và hiển thị - Thuật xử lý đo kiểm tra có suy diễn - Tự động chuẩn định 7 Hệ thống nhận dạng, ổn định bệ bám đối tượng 1 y Tốc độ bám: 20độ/s y Giới hạn quay phương vị: ±70o sử dụng cảm biến ảnh y Giới hạn quay góc tà: ±30o (Visual Control) y Độ phân giải góc: 0,1o VICON y Hệ xử lý: Pentium y Kết nối mạng: Ethernet y Hệ thống phần mềm: Dễ mở rộng 8 Máy đo công xuất vạn năng 1 0,25% U(V) 0,25% I(A) 0,5% P(W) 0,5% cos ϕ 0,1% f 13 9 Hệ thống đo quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp 1 y Đo ô nhiễm nước, không khí, độ ồn cấp chính xác 2,5% y Truyền dữ liệu từ xa ở 4 điểm đo y Hệ thống xử lý trung tâm dùng PC y Hệ chương trình xử lý, cảnh báo, lưu trữ, in ấn dữ liệu môi trường chạy trên Windows Kinh phí thực hiện đề tài Tổng kinh phí ngân sách Nhà nước cấp cho đề tài là 2.100 triệu đồng Trong đó: 1. Thuê khoán chuyên môn: 720 triệu đồng 2. Nguyên vật liệu, năng lượng: 698 triệu đồng 3. Thiết bị máy móc: 444 triệu đồng 4. Xây dựng, sửa chữa nhỏ: 35 triệu đồng 5. Chi khác: 203 triệu đồng 2. NỘI DUNG CHÍNH CỦA BÁO CÁO 2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước và trong nước Ngoài nước: Với sự phát triển của công nghệ thông tin (IT) các thiết bị đo lường và kiểm tra phục vụ cho các dây truyền tự đông hoá sản xuất ngày càng thông minh hơn. Sự phát triển của các thế hệ đo đi lên từ thế hệ đo cơ khí, đo điện, đo điện tử vi mạch rời, đo sử dụng các vi xử lý cấp thấp đến thế hệ các thiết bị đo, đầu đo thông minh có các vi xử lý cấp cao, máy tính nhúng với các thuật đo xử lý hiện đại, có khả năng tự suy diễn, nhớ và kết nối mạng tốc độ cao. Các thiết bị hệ thống đo kiểm tra thông minh này bảo đảm kết quả đo chính xác, khử được nhiễu và khả năng phân tích xử lý tổng hợp số liệu phong phú, có nhiều chức năng mà các thế hệ thiết bị trước không tự động xử lý được. 14 Các phương pháp xử lý đang được thế giới chú ý trong các hệ thống đo kiểm tra thông minh bao gồm: - Các phương pháp xử lý có suy diễn - Mạng nơron trong đo lường và tính toán - Hệ mờ và các thuật gen trong các hệ thống đo lường thông minh - Các phương pháp học - Các phương pháp ra quyết định trong đo lường Các nghiên cứu này được triển khai mạnh ở các trường đại học và Viện nghiên cứu trên thế giới. Việc xử lý thông tin đa cảm biến kết hợp với các nghiên cứu về trí khôn nhân tạo đang mở ra một thế hệ máy đo, đầu đo thông minh có khả năng kết nối mạng và trao đổi thông tin với nhau như những thực thể thông minh. Các phương pháp xử lý thông minh cho các thiết bị hệ thống đo luờng còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết về phương pháp luận, về công nghệ, về tốc độ xử lý cho các ứng dụng cụ thể. Với nghiên cứu sâu về lĩnh vực này ta có thể cho ra đời các thiết bị, hệ thống đo có phần giá trị gia tăng, phần xử lý thông minh của mình. Các công nghệ được áp dụng trong các thiết bị đo kiểm tra thông minh, các đầu đo thông minh hiện nay bao gồm: - Kỹ thuật vi xử lý (microprocessor, monochip...) - Công nghệ xử lý tín hiệu số DSP - PC và PC công nghiệp (IPC, Compact PCI, VXI, PC/104+...) - Công nghệ tạo chip chuyên dụng FPGA, ASIC, PSoC - Phần mềm nhúng - Công nghệ đo kiểm tra xa qua mạng tốc độ cao. - Công nghệ đa phương tiện (xử lý hình ảnh và tiếng nói) cho máy đo - Các giao diện với người sử dụng. Các hãng lớn trên thế giới phát triển các thiết bị, hệ thống đo lường thông minh cho tự động hoá dây chuyền sản xuất phải kể đến là National Instruments (Mỹ), Texas Instruments (Mỹ), Honeywell (Mỹ), Yokogawa (Nhật)... Đa số các đầu đo, thiết bị có tính thông minh (smart sensors, smart instruments) hiện hành sử dụng một số chip vi xử lý và phần mềm đơn giản để thiết bị có một số chức năng tự chỉnh định và suy diễn. Các hệ thống đo truyền xa thường lấy chuẩn 15 truyền tương tự 4-20mA, 0-10V hoặc truyền số theo chuẩn nối tiếp RS232/485 hay fieldbus. Các phương pháp truyền này có tốc độ chậm và độ chống nhiễu, ổn định chưa cao. Các hệ thống đo lường sử dụng công nghệ máy tính công nghiệp chuẩn VME, PXI thì có giá thành cao. Để có thể tạo ra các thiết bị có tính cạnh tranh cả về chất lượng lẫn giá thành, ta phải ứng dụng các công nghệ mới, thành tựu của công nghệ thông tin như công nghệ tạo chip chuyên dụng, công nghệ lập trình thời gian thực, công nghệ xử lý tín hiệu số vào các nghiên cứu phát triển của mình. Có như vậy thiết bị mới có chất lượng cao, giá cạnh tranh do các phần cứng (hardware) đạt các tiêu chuẩn quốc tế và phần mềm của thiết bị (thiết kế, phương pháp xử lý, chương trình...) của trí tuệ Việt Nam. Trong nước: Các cơ sở trong nước có nghiên cứu, chế tạo thiết bị hệ thống đo phục vụ cho một số ứng dụng cụ thể như cột đo xăng, cân ô tô, đo áp suất, nhiệt độ,... ở mức công nghệ mạch rời rạc sử dụng uP với các chương trình chỉ thị, hiện báo hoặc sử dụng máy PC, IPC với các card thu thập dữ liệu cắm vào máy PC theo chuẩn ISA, PCI. Các nghiên cứu chế tạo thiết bị và hệ thống đo thông minh cho các quá trình sản xuất tự động hoá mới chỉ ở dạng tự phát lẻ tẻ ở một số đơn vị nghiên cứu và đào tạo. Tại Viện Công nghệ Thông tin đã có nhiều nghiên cứu về các hệ thống đo xa qua mạng GPIB IEEE-488 kết nối nhiều thiết bị đo thành mạng và xử lý điều khiển các máy đo từ một máy PC. Công nghệ này đã được chuyển giao cho Viện Vật lý, Viện Vật liệu và các cơ sở này tiếp tục áp dụng cho nhiều nơi khác. Một số chương trình đo điều khiển xa như PROCON, PROCONWIN, DDK 300 đã được phát triển và áp dụng cho hệ thống đo xa các tham số nhiệt độ của các phòng thí nghiệm của Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng, Bộ Quốc phòng. Các nghiên cứu về xử lý tín hiệu số DSP, mạng nơron, hệ xử lý mờ, thuật gen và các phương pháp xử lý nhận dạng ảnh cho đo lường và điều khiển đã và đang được quan tâm. Đặc biệt công nghệ xử lý nhúng PC/104 đã được Viện áp dụng phát triển các thiết bị với phần trí não có khả năng xử lý mạnh cho nhiều ứng dụng đo lường và điều khiển trong các khí tài quân sự và tạo ra các thiết bị đo điều khiển thông minh. Các nghiên cứu ứng dụng công nghệ của National Instruments, DSP của Taxas Instruments, xử lý ảnh cho đo và điều khiển trên LABVIEW đang được quan tâm. 16 Tại Bộ môn Đo lường và Tin học công nghiệp Đại học Bách khoa Hà Nội đã tiến hành nhiều nghiên cứu về các phương pháp đo hiện đại, đo trên nguyên lý hàm tương quan và tập trung phát triển các thiết bị hệ thống đo cho ngành điện và quan trắc môi trường ở các nhà máy độc hại. Các phát triển ứng dụng Labview cho xây dựng các chương trình đo ảo trên máy PC phục vụ cho đào tạo đang được triển khai. Tại Viện Điện tử Tin học và Tự động hóa thuộc Bộ Công nghiệp trong nhiều năm đã phát triển các hệ thống đo và điều khiển sử dụng uP, PLC cho các ứng dụng công nghiệp như xây dựng, xi măng, than, điện ... Các phương pháp đo xa trong các môi trường độc hại nguy hiểm cũng được Viện đặc biệt chú ý. Công nghệ đo của National Instruments được Học viện kỹ thuật quân sự phát triển ứng dụng cho một số địa chỉ trong Bộ Quốc phòng. Tại đây các nghiên cứu áp dụng LABVIEW cho xử lý tín hiệu đo lường và điều khiển phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo cũng đang được triển khai. Tại Viện Tên lửa thuộc Trung tâm KHKT & CN Quân sự có nhiều nghiên cứu về thiết kế và chế tạo con quay vi cơ phục vụ cho các ứng dụng điều khiển các phương tiện di động. Các nghiên cứu này đang có sự hợp tác với các cơ sở hợp tác truyền thống ở Liên Bang Nga. Nhu cầu và vai trò của đo lường trong nền kinh tế quốc dân là rất lớn. Đáng tiếc là nước ta chưa có ngành công nghiệp sản xuất các thiết bị đo lường nên thị trường to lớn này đã bị các hãng nước ngoài chiếm lĩnh. Một số nhà máy có sản xuất các thiết bị đo như cân các loại, đồng hồ đo điện còn ở mức thô sơ công nghệ cơ khí hoặc điện tử đơn giản. Các đầu đo và các hệ thống đo được một số cơ sở triển khai dưới dạng các yêu cầu chuyên dụng nên thường phát triển dơn chiếc và áp dụng thử nghiệm ở một số điểm. Việc nghiên cứu phát triển các thiết bị đo thông minh trong nước có tầm quan trọng đặc biệt. Do sự phát triển của công nghệ thông tin, các thiết bị đo nước ngoài luôn đổi mới và giá thành đắt, ta khó làm chủ và bị lệ thuộc nước ngoài. Phát triển các thiết bị đo thông minh sẽ hỗ trợ cho ngành công nghiệp đo lường và góp phần thúc đẩy sự hình thành của nền kinh tế tri thức ở Việt nam. 17 2.2. Lựa chọn đối tượng nghiên cứu a. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đo liên tục thu thập xử lý mực nước từ xa bằng phương pháp số. Nội dung cần nghiên cứu Hiện nay cả nước ta đang triển khai các dự án cấp nước và công trình thủy lợi nhằm kiên cố hóa kênh mương và hiện đại hóa các trạm bơm nhằm phục vụ chương trình phát triển nông nghiệp, nông thôn của nhà nước. Các công trình này cần các đầu đo, thiết bị đo mực nước từ xa nhằm phục vụ quy trình vận hành trạm bơm bảo đảm đủ nước tưới tiêu cho vùng diện tích canh tác rộng mà vẫn bảo đảm tiết kiệm điện, không lãng phí nước. Thiết bị đo mực nước có chỉ báo từ xa, có khả năng kết nối với PC, có bộ nhớ lưu trữ dữ liệu đo giá tới vài ngàn đôla Mỹ. Mục tiêu của nghiên cứu này nhằm phát triển được thiết bị đo mức nước có chức năng không kém hơn thiết bị nhập ngoại nhưng với giá thành rẻ hơn đáp ứng nhu cầu trong nước, tiết kiệm ngoại tệ cho nước nhà. Thiết bị bao gồm: - Đầu đo mực nước kèm theo bộ truyền dữ liệu. - Thiết bị thu nhận xử lý, tính toán, lưu trữ dữ liệu, hiển thị có khả năng kết nối máy PC và hệ thống SCADA giám sát toàn cục. Nội dung mới ở thiết bị này bao gồm: - Đưa ra đầu đo mực nước mới ổn định, bảo đảm độ chính xác, tạo ra chip mới cho xử lý và truyền dữ liệu đo dạng số. - Phần thiết bị thu nhận tín hiệu xử lý chỉ thị sử dụng công nghệ PC nhúng PC104 xử lý những thuật toán lọc và suy diễn đảm bảo số liệu đo chính xác trong điều kiện nhiễu hiện trường. Thiết bị có khả năng lưu trữ thông tin lớn và khả năng phối ghép với các thiết bị khác qua chuẩn RS232. - Đa số các thiết bị hiện hành sử dụng tín hiệu tương tự 0-10V hay 4-20mA để truyền dữ liệu. ở thiết bị của đề tài từ nguyên lý đo, truyền và xử lý hoàn toàn bằng kỹ thuật số với phần mềm có các thuật lọc, xử lý đặc thù. 18 b. Hệ thống đo lường và kiểm tra thông minh các dây chuyền sản xuất tự động hóa Các dây chuyền sản xuất có nhu cầu tất yếu về đo lường và kiểm tra các thông số và trạng thái của hệ thống. Các dây chuyền sản xuất có độ tự đông hoá cao càng cần đến các thiết bị và hệ thống đo kiểm tra thông minh, được kết nối mạng có khả năng xử lý nhiều số liệu đo từ nhiều cảm biến ở nhiều vị trí khác nhau. Các thiết bị đo kiểm tra xa hiện hành thường sử dụng chuẩn truyền nối tiếp RS422/485 với tốc độ thấp. Sự phát triển của công nghệ thông tin đã đưa mạng Ethernet lên đến 10- 100MB/s trở thành chuẩn thông dụng trong các mạng LAN, WAN trong các ứng dụng tự động hóa văn phòng. Đề tài áp dụng công nghệ mạng Ethernet để xây dựng hệ thống đo kiểm tra đa kênh phục vụ cho đo và điều khiển các quá trình công nghệ. Hệ thống này bao gồm: - Thiết bị đo xa đa kênh EĐĐK có khả năng nối ghép với các đầu đo công nghiệp, khả năng xử lý tín hiệu mạnh và phần mềm xử lý tính toán có thể thay đổi, nạp lại từ xa qua mạng Ethernet tốc độ 10-100MHz. - Thiết bị giao diện với người vận hành ETS qua mạng Ethernet. - Chương trình giao diện kiểm soát trên máy chủ EMON có khả năng hội thoại và nhận dữ liệu của nhiều thiết bị đo xa đa kênh EĐĐK cũng qua mạng Ethernet. Chương trình có giao diện thân thiện với người sử dụng cho phép phát triển các ứng dụng toàn cục cũng như thay đổi chương trình xử lý cho từng thiết bị EĐĐK Thiết bị EĐĐK có khả năng kết nối với các đầu đo Pt100, mV hoặc qua các chuẩn 4-20mA, 0-10V và cổng nối RS232/485. CPU có dung lượng bộ nhớ RAM, FLASH RAM lớn và có khả năng kết nối mạng. Các EĐĐK có khả năng trao đổi thông tin với nhau và với máy tính PC trên mạng. EĐĐK được chế tạo trên công nghệ PC/104 phần mềm EMON được phát triển chạy trên máy PC có đủ các chức năng thu thập xử lý dữ liệu của các EĐĐK từ xa. Ngoài ra, nó có thể thay đổi, nạp lại các chương trình xử lý tại chỗ của các EĐĐK. Khả năng ứng dụng của hệ thống có thể từ các dây chuyển sản xuất tự động hoá đến các ứng dụng cho an ninh quốc phòng. Chương trình giao diện EMON cho phép người sử dụng phát triển các ứng dụng riêng của mình một cách dễ dàng. 19 Tính mới của hệ thống: - Đây là mạng đo và điều khiển nhúng trên nền Ethernet và TCP/IP đầu tiên được thiết kế và chế tạo bằng các chuyên gia Việt Nam. - Thiết bị đo điều khiển xa EĐĐK có khả năng tính toán các thuật xử lý phức tạp, có độ bền hoạt động trong môi trường công nghiệp và kích thước gọn nhẹ, tiêu ít năng lượng hơn, rẻ tiền hơn so với các thiết bị đo lường thu thập dữ liệu từ xa nhập ngoại hiện hành. - Hệ thống phần mềm phong phú chức năng và bằng tiếng việt phù hợp cho các ứng dụng ở Việt Nam. c. Nghiên cứu phát triển công nghệ cảm biến ảnh (vision sensor) cho các hệ thống đo và điều khiển Nội dung cần nghiên cứu: - Nghiên cứu công nghệ cảm biến ảnh (vision sensor) và các phương pháp phối ghép cho các ứng dụng đo và điều khiển - Thiết kế và chế tạo hệ thống visual servoing điều khiển bám mục tiêu di động sử dụng cảm biến ảnh (VICON). - Phát triển các thuật toán xử lý ảnh số, phản hồi hình ảnh. - Xây dựng thuật toán điều khiển bệ Pan-tilt. Nội dung mới bao gồm: - Thiết bị được áp dụng các thuật toán được nhóm nghiên cứu phát triển như nhận dạng và xử lý ảnh số nhanh, phương pháp định vị vật di động trong không gian từ dữ liệu ảnh, phương pháp điều khiển, bám trên cơ sở phản hồi hình ảnh (visual servoving) d. Nghiên cứu chế tạo máy đo công suất vạn năng sử dụng thuật toán tương quan trên cơ sở kỹ thuật vi xử lý. Máy đo công suất vạn năng có khả năng đo dòng điện, đo điện áp, đo osc ϕ , đo tần số, đo công suất hiệu dụng và đo công suất phản kháng. Sử dụng các chip chuyên dụng, với thuật toán xử lý số, máy đo công suất vạn năng sẽ cho biết kết quả đo chính xác trong môi trường nhiễu và có giá thành rẻ hơn các máy đo công suất vạn năng hiện hành. 20 e. Nghiên cứu chế tạo hệ thống quan trắc môi trường trong xí nghiệp công nghiệp Vấn đề cảnh báo và bảo vệ môi trường là vấn đề bức xúc được Nhà nước ta và thế giới quan tâm. Các xí nghiệp công nghiệp, nhất là các nhà máy hoá chất, nhà máy sản xuất phân hoá học là các cơ sở gây ô nhiễm môi trường lớn và cần có hệ thống tự động đo cảnh báo môi trường nước, môi trường khí và tiếng ồn. Đề tài sẽ thiết kế chế tạo hệ thống đo độ pH ô nhiễm trong nước thải, đo các thông số môi trường không khí và độ ồn tại các địa điểm khác nhau ở xí nghiệp công nghiệp. Các giá trị đo ở các điểm đo xa được truyền về máy tính xử lý trung tâm và được tính toán, xử lý, cảnh báo, lưu trữ bằng chương trình phần mềm chạy trên Windows. 2.3. Những nội dung đã thực hiện 2.3.1. Nghiên cứu lý thuyết Đề tài KC.03.13 là đề tài tạo ra các thiết bị đo kiểm tra mới mang thương hiệu Việt Nam. Tuy nhiên mỗi một thiết bị có nguyên lý hoạt động và nền tảng lý luận của nó. Đặc biệt các phương pháp xử lý tạo nên độ thông minh của sản phẩm. Đề tài đã tiến hành các nghiên cứu cơ bản làm cơ sở cho thiết kế và chế tạo các sản phẩm. Các kết quả nghiên cứu lý luận này đã được thảo luận ở nhiều seminar và công bố ở các tạp chí, hội nghị khoa học trong nước và quốc tế. Tổng số có hơn 20 công trình đã công bố được liệt kê trong danh sách kèm theo. Danh mục các công trình khoa học đăng trong các hội nghị khoa học trong và ngoài nước 2003-2004 8th International Conference on Mechatronics Technology ICMT2004, November 8-12/2004, Hanoi, Vietnam 1 Bui Trong Tuyen, Pham Thuong Cat An ANN-based method to control Hand-eye robot for tracking of moving objects 8th International Conference on Mechatronics Technology ICMT2004, November 8-12/2004, Hanoi, Vietnam 21 2 Nguyen Tran Hiep, Pham Thuong Cat A. GA Optimized Neuro Controller for Robot Manipulater 8th International Conference on Mechatronics Technology ICMT2004, November 8-12/2004, Hanoi, Vietnam Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II,TPHCM- 14/5/2004 1 Phạm Thượng Cát, Phạm Ngọc Minh Thiết kế bộ điều khiển bằng mạng nơron truyền thẳng theo mô hình mẫu là một khâu giao động bậc 2 Kỷ yếu Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II,TPHCM- 14/5/2004, Trang 74- 79 2 Phan Minh Tân, Phạm Thượng Cát, Vũ Sĩ Thắng Nghiên cứu thiết kế và chế tạo CHIP cho đầu đo mức nước Kỷ yếu Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II,TPHCM- 14/5/2004, Trang 141- 146 3 Phan Minh Tân, Nguyễn Xuân Hoàng, Bùi Thị Thanh Quyên, Phạm Thượng Cát Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương THDP-1 sử dụng công nghệ PSoC Kỷ yếu Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II,TPHCM- 14/5/2004, Trang 151- 158 4 Phạm Thượng Cát, Phan Minh Tân, Vũ Sĩ Thắng Công nghệ PSoC và chế tạo đọc thẻ tiếp cận Kỷ yếu Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II,TPHCM- 14/5/2004, Trang 159- 166 5 Phạm Thượng Cát, Phan Minh Tân, Nguyễn Xuân Hoàng, Chu Ngọc Liêm Nghiên cứu thiết kế và chế tạo máy đo công suất vạn năng PMM100 Kỷ yếu Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II,TPHCM- 14/5/2004, Trang 173- 181 6 Phạm Thượng Cát,Trần Việt Phong Nghiên cứu phát triển hệ Robot-Camera tự động tìm kiếm và bám đối tượng di 22 động VICON Kỷ yếu Hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ II,TPHCM- 14/5/2004, Trang 210- 215 7 Phạm Thượng Cát, Trần Việt Phong Xây dựng hệ điều khiển cho bệ Pan-Tilt-Camera bám mục tiêu di động Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội gghị Khoa học năm 2003, Trung tâm Khoahọc Kỹ thuật và Công nghệ Quân sự. Trang 34-40 Danh mục các công trình khoa học đăng trong các hội nghị khoa học trong và ngoài nước 2001-2002 I. Proceedings of the 7th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV2002) 2-5 December 2002, Marina Mandarin, Singapore 1 Bui Trong Tuyen, Pham Thuong Cat, Neural Network Based Visual Control Proceedings of the 7th International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision (ICARCV2002), PP 39-44 II Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về tự động hoá (VICA5) 24-26/10/2002 1 Vũ Sĩ Thắng, Phan Minh Tân, Phạm Thượng Cát Nghiên cứu phát triển hệ thống đo và xử lý mực nước từ xa với độ chính xác cao thay thế nhập ngoại Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 374-379 2 Bùi Trọng Tuyên, Phạm Thượng Cát, Về một phương pháp mới trong điều khiển hệ thống camera sử dụng mạng nơron Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 443-449 3 Phạm Thương Cát, Nghiên cứu phát triển và ứng dụng Công nghệ thông tin trong Tự động hóa ở hoàn cảnh Việt nam 23 Tuyển tập Thông báo Khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 31-36 4 Phạm Ngọc Minh, Phan Minh Tân, Thiết kế và phát triển chương trình giao diện EMON cho hệ thống đo và điều khiển mạng Ethernet Tuyển tập Thông báo Khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 162-167 5 Phan Minh Tân, Vũ Sĩ Thắng, Phạm Ngọc Minh, Phạm Thượng Cát, Nghiên cứu phát triển hệ thống đo và điều khiển nhúng trên cơ sở mạng Ethernet và thủ tục TCP/IP Tuyển tập Thông báo Khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 265-270 6 Bùi Thi Thanh Quyên, Phạm Thượng Cát, Khảo sát tính ổn định của hệ thống điều khiển lắc và cân bằng rôbốt nhào lộn Acrobot Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 42-47 7 Phan Minh Tân, Vũ Sĩ Thắng, Phạm Ngọc Minh, Phạm Thượng Cát, Trần Việt Phong, Bùi Thi Thanh Quyên, Nghiên cứu phát triển thiết bị MPĐT mô phỏng thời gian thực các đối tượng điều khiển Tuyển tập Thông báo Khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 259-264 8 Trần Việt Phong, Phạm Thượng Cát , Về một phương pháp mới trong điều khiển tối ưu xe tự hành Tuyển tập các báo cáo khoa học, Hội nghị toàn quốc lần thứ 5 về Tự động hoá-VICA5, 24-26/10/2002, Trang 295-299 III Hội nghị toàn quốc lần thứ nhất về Cơ điện tử (20/9/2002) 1 Phạm Thương Cát, Xu hướng phát triển Cơ điện tử và một vài suy nghĩ về nghiên cứu phát triển cơ điện tử ở Việt Nam Tuyển tập các báo cáo khoa học, hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ nhất- Khu công nghệ Cao Hoà lạc, ngày 20/9/2002, Trang 293-298 24 2 Chu Ngọc Liêm, Phạm Thượng Cát, Khảo sát hệ phương trình động lực học và điều khiển rôbốt đi 3 bậc tự do Tuyển tập các báo cáo khoa học, hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ nhất- Khu công nghệ Cao Hoà lạc, ngày 20/9/2002, Trang 41-48 3 Trần Việt Phong, Bùi Thi Thanh Quyên, Phan Minh Tân, Vũ Sĩ Thắng, Phạm Ngọc Minh, Phạm Thượng Cát, Phát triển phần mềm cho thiết bị mô phỏng thời gian thực các đối tượng Cơ điện tử phục vụ cho nghiên cứu và đào tạo Tuyển tập các báo cáo khoa học, hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ nhất- Khu công nghệ Cao Hoà lạc, ngày 20/9/2002, Trang 57-63 4 Vũ Sĩ Thắng, Phạm Ngọc Minh, Phan Minh Tân, Phạm Thượng Cát, Phát triển hệ thống nhận dạng và định vị mẫu cho hệ thống phân loại sản phẩm dùng rôbốt Tuyển tập các báo cáo khoa học, hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ nhất- Khu công nghệ Cao Hoà lạc, ngày 20/9/2002, Trang 136-145. 5 Bùi Trọng Tuyên, Phạm Thượng Cát, Về một phương pháp điều khiển hệ Camera-Rôbốt bám mục tiêu Tuyển tập các báo cáo khoa học, hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ nhất- Khu công nghệ Cao Hoà lạc, ngày 20/9/2002, Trang 213-221 6 Nguyễn Xuân Hoàng, Phạm Thượng Cát, Khảo sát và mô phỏng hệ thống điều khiển rôbốt nhào lộn ba bậc tự do Tuyển tập các báo cáo khoa học, hội nghị Cơ điện tử toàn quốc lần thứ nhất- Khu công nghệ Cao Hoà lạc, ngày 20/9/2002, Trang 127-135 IV Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Công nghệ thông tin (24- 25/12/2001) 1 Phạm Thượng cát, ứng dụng công nghệ thông tin trong lĩnh vực Tự động hóa Báo cáo khoa học Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Công nghệ thông tin, pp 11-17 25 2 Bùi Trọng Tuyên, Phạm Thượng Cát, Xác định vị trí đối tượng thuộc không gian ba chiều (3D) bằng ảnh (2D) nhận được từ Camera trong điều khiển rôbốt. Báo cáo khoa học Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Công nghệ thông tin, pp 534-544 3 Phạm Ngọc Minh, Vũ Sĩ Thắng, Phan Minh Tân, Phạm Thượng Cát, Phát triển hệ thống điều khiển rôbốt có thị giác máy Báo cáo khoa học Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Công nghệ thông tin, pp 632-639 4 Vũ Sĩ Thắng, Phan Minh Tân, Phạm Ngọc Minh, Phạm Thượng Cát, Nhận dạng và định vị ảnh qua Camera ứng dụng cho đo lường và điều khiển Báo cáo khoa học Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Công nghệ thông tin, pp 644-649 5 Phan Minh Tân, Một số sản phẩm phần mềm trong nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Tự động hoá Báo cáo khoa học Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Công nghệ thông tin, pp 864-872 6 Trần Việt Phong, Phạm Thượng cát, Điều khiển tối ưu cho hệ móc xích trong trường hợp kỳ dị và chính tắc Báo cáo khoa học Hội nghị kỷ niệm 25 năm thành lập Viện Công nghệ thông tin, pp 898-907 V Hội nghị Khoa học kỹ thuật đo lường việt nam lần thứ 3 (25-26/10/2001) 1 Vũ Sĩ Thắng, Phan Minh Tân, Phạm Ngọc Minh, Phạm Thượng Cát, Nhận dạng và định vị ảnh qua camera ứng dụng cho đo lường và điều khiển Tuyển tập báo cáo khoa học Hội nghị Khoa học kỹ thuật đo lường việt nam lần thứ 3, pp 385-391 2.3.2. Nghiên cứu thiết kế và chế tạo các sản phẩm mới 26 2.3.2.1 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống đo liên tục, thu thập xử lý mức nước từ xa bằng phương pháp số a. Đầu đo mực nước Qua 3 năm tìm tòi nghiên cứu đề tài đã trải qua nhiều giai đoạn thăng trầm, tiến hành nhiều thử nghiệm, nhiều mẫu mã để cuối cùng đạt được kết quả đặt ra ban đầu. Hệ thống đo mực nước từ xa gồm 2 khối (xem hình 1): Khối đầu đo và truyền dữ liệu đo về và khối nhận dữ liệu thu thập xử lý lưu trữ và hiển thị. Cả hai khối đều được nghiên cứu thiết kế và chế tạo mới 100%. Hình 1. Hệ thống đo mực nước từ xa 1. Hệ thống thu thập xử lý dữ liệu (PC104 & DiskOnChip) 2. Bộ chuyển đổi RS232-RS485 3. Mạch hiển thị dữ liệu đo 4. Đầu đo mức nước 1-3 m 5. Phần mềm đo và thu thập dữ liệu 6. Kết nối máy chủ thông qua RS232 a.1. Khối đầu đo Với yêu cầu của đề tài phải chế tạo mới hệ thống đo liên tục bằng phương pháp tụ chúng tôi đã tìm tòi nghiên cứu các sản phẩm hiện có trên thế giới qua mạng Internet. Nguyên lý chung của đo mực nước bằng phương pháp tụ là sử dụng tính chất hằng số điện môi của nước lớn gấp khoảng 80 lần so với của không khí, có nghĩa là khi mực nước dâng cao thì giá trị tụ điện của phần ngập nước của đầu đo sẽ bị thay đổi với hệ số khoảng 80 lần. Dựa vào tính chất này nhiều cấu trúc đầu đo và bộ chỉ thị đã được các hãng rao bán đều có giá thành rất HÖ thèng thu thËp xö lý d÷ liÖu 1 2 HiÖn thÞ sè liÖu 3 5 CÊp nguån vµ c¸p truyÒn RS-485 1200 m Bé chuyÓn ®æi RS232- RS485 4 27 đắt và các bí quyết công nghệ chế tạo đầu đo đều bí mật. Để truyền dữ liệu từ xa đa số đều dùng truyền theo chuẩn tương tự 0-10V hoặc 4-20mA. Một số đầu đo cho ra chuẩn truyền số RS232 để có thể phối ghép với máy tính thu thập dữ liệu với khoảng cách <15m. Giai đoạn đầu (2001-2002) là giai đoạn đề tài thử nghiệm với mẫu thiết đầu tiên với cấu trúc đầu đo có có chất liệu cách điện bằng ống nhựa mềm và mạch truyền dữ liệu dạng xung dòng. Phương pháp này cho kết quả không ổn định do nhiễu và khoảng cách truyền không vượt quá 300m. Mặt khác việc chọn vật liệu cách điện trong nước gặp nhiều khó khăn do hằng số điện dung của ống nhựa mềm ảnh hưởng đến kết quả đo và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ của nước. Đề tài đã tiến hành thử với nhiều vật liệu cách điện với nhiều giải nhiệt độ từ 0oC đến 80oC và rút ra một số quy luật hiệu chỉnh để đảm bảo độ chính xác của phép đo. Để đảm bảo độ tin cậy của phép đo và truyền số liệu đi xa hơn chúng tôi nhận thấy phải áp dụng công nghệ cao vào sản phẩm làm cho đầu đo trở thành thông minh hơn. Các kết quả thu được giai đoạn 2001-2002 là cơ sở cho thiết kế mới sử dụng công nghệ tạo chip chuyên dung PSoC. Công nghệ PSoC là công nghệ tạo chip chuyên dụng của hãng Cypress Mỹ cho các thiết bị đo và điều khiển thông minh được thế giới công nhận là công nghệ mới của năm 2001. Đề tài đã liên hệ trực tiếp với hãng Cypress và nhận được sự hỗ trợ về chuyên gia và tài liệu, chúng tôi đã nhanh chóng tiếp cận và làm chủ công nghệ PSoC và đã tạo ra được chip đo mực nước chuyên dụng WLS. Giai đoạn 2003-2004 là giai đoạn thử nghiệm nhiều mẫu thiết kế cho các loại đầu đo 1m, 2m và 3m sử dụng chip WLS. Các thuật toán xử lý, lọc số, loại nhiễu và tính toán bù nhiệt độ chuyển đổi kèm theo các giao thức truyền dữ liệu kết nối mạng RS485 được tích hợp trong chip WLS tạo thành đầu đo mực nước thông minh mới. Đầu đo không những đo mực nước mà còn đo nhiệt độ của nước và không khí để hiệu chỉnh giá trị đo bảo đảm hoạt động ổn định trong mùa hè cũng như mùa đông. Cấu trúc cơ khí của đầu đo cũng được thử nghiệm với nhiều mẫu mã khác nhau để chọn ra được một kết cấu tối ưu, dễ chế tạo và sử dụng các vật liệu phổ thông tạo nên giá thành thấp. 28 a2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của đầu đo Đầu đo hoạt động theo nguyên lý điện dung, của 2 ống inox lồng nhau ở giữa có lớp cách điện có độ dài trung bình từ 1m - 3m. §iÖn dung cña ®Çu ®o ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau: (xem h×nh 2) (1) L - ®é dµi cña ®Çu ®o; l - ®é dµi cña ®Çu ®o ngËp trong n−íc R, r - b¸n kÝnh èng ngoµi vµ b¸n kÝnh èng trong cña ®Çu ®o; oε - h»ng sè ®iÖn m«i; NÕu ®Æt: (2) ®iÖn dung cña ®Çu ®o sÏ lµ: Nh− chóng ta ®· biÕt, khi ®Çu ®o ®−îc nhóng vµo trong n−íc, h»ng sè ®iÖn m«i cña n−íc sÏ gÊp sÊp sØ 80 lÇn so víi kh«ng khÝ. Khi ta nhóng ®Çu ®o vµo n−íc víi ®é dµi l , ®iÖn dung sÏ ®−îc tÝnh nh− sau: (3) 21 ,CC - ®iÖn dung cña ®Çu ®o, phÇn ngËp trong n−íc vµ phÇn ë ngoµi kh«ng khÝ Tæng ®iÖn dung cña ®Çu ®o sÏ tÝnh nh− sau: lKLKlKCCC ooo ⋅−⋅+⋅⋅=+= 8021 (4) lKCC oo ⋅⋅+= 79 (5) Dựa vào tính chất điện dung này, chúng tôi đã thiết kế đầu đo mực nước. Trong quá trình tìm hiểu, thiết kế và chế tạo đầu đo, chúng tôi cũng phải xem xét đến các vấn )ln( 2 r R LC oo πε= L LKC oo ⋅= )ln( 2 r R K oo πε= lK r R l C o o ⋅⋅== 80 )ln( 802 1 πε lKLKlL r R C oo o −=−= )( )ln( 2 2 πε H×nh 2. C¸c th«ng sè cña ®Çu ®o 29 đề như độ bền, độ nhạy và tính chính xác của đầu đo, ngoài ra phải chọn vật liệu cũng như đường kính của ống, vật liệu bọc, v.v Đầu đo của đề tài được thiết kế và làm bằng Inox, đảm bảo độ bền tốt khi ngâm nước trong một thời gian dài, lõi được bọc bằng một vật liệu cách điện tốt đảm bảo không bị dò khi ngâm trong nước lâu. Phụ thuộc vào nhu cầu và của từng vị trí đo, mà có thể chế tạo ra các loại đầu đo dài ngắn khác nhau. Hiện tại chúng tôi có những loại đầu đo dài 1m, 2m và 3m. a3. Cấu trúc cơ khí đầu đo mực nước Cấu trúc cơ khí của đầu đo mực nước được mô tả trong hình 3: Thiết kế chi tiết đầu đo: Hình 3: Cấu trúc cơ khí của Đầu đo 8 8 – Dây kéo ra ngòai 1 - N¾p ®Çu ®o 2 - Lç b¾t ®Êt GND 3 - M¹ch in & Linh kiÖn 4 - C¸p tÝn hiÖu lâi bªn trong 5 - §æ keo Epoxy 6 - MiÕng FIT ®Ó ®Þnh vÞ 7 - Lç th«ng h¬i Lâi ngoµi Φ = 38 mm Lâi trong Φ = 18 mm 30 a4. Sơ đồ mạch xử lý tín hiệu gắn liền với đầu đo Sơ đồ mạch xử lý được gắn liền với đầu đo và có nhiệm vụ đo, tính toán, xử lý, lọc tín hiệu và truyền số liệu về thiết bị thu thập và xử lý dữ liệu. Mạch xử lý này này có phần mềm nhúng để tính toán và xử lý tín hiệu. Tất cả các quá trình đo đạc được số hoá toàn bộ, bảo đảm dữ liệu truyền về không bị tác động nhiều bởi nhiễu. Đề tài đã tạo ra một chip chuyên dụng WLS có các chức năng xử lý phối hợp cứng mềm tối ưu cho đầu đo. Các chức năng chính của chip được mô tả trong hình 4. Mạch điện của đầu đo được mô tả trong hình 5. Sơ đồ chức năng của đầu đo: Hình 4: Các chức năng chính của chip PSoC 0.5, COUNTER16-1 E CLK COUNTER8-3 CLK 8,uS COUNTER8-1 CLK UART-1 CLK Rx Tx Rx MAX485 T A B COUNTER8-2 CLK E COUNTER8- 4 CLK E 8,uS H H 5 5 5 CPU FLASH RAM I2C DS1624 Chip WLS ®Ç u ®o 31 Sơ đồ nguyên lý mạch của đầu đo: Hình 5: Mạch điện của đầu đo mức nước + + + 5V 9-12V 0.1 7805 10m F 10m F G N D + 5V + 5V Sensor 12 8 67 5 14 313 32,7 12pF 25pF 15 34 2 24 5 5 26 3 4 8726 1 28 25 6 6 4 4 16 1 12 8 8 7 2 17 1 + 5V U se w ith PL L M ode only AB 150 M A X 485 PSoC D s1624 L m 75 32 Mô tả chức năng Đầu đo mực nước được chế tạo trên nguyên lý điện dung ( kí hiệu C -| |- ). Tụ C cùng 1 điện trở R đưa vào mạch 555 tạo ra 1 tần số ( gọi là tần số nước ). Tần số này đưa vào Counter8-2 và Counter8-4 để giảm xuống giới hạn mà Counter16-1 với tần số 8,uS có thể đo được độ rộng của mức 1 của tần số nước. Khi có sườn xuống của tần số nước, 1 ngắt cứng tạo ra và chương trình Ngắt đọc số xung mà Counter16-1 đếm được trong khoảng mức 1 của tần số nước. UART-1 truyền theo chuẩn RS485 - qua chip MAX485 với thiết bị đo mực nước từ xa WLM. Tốc độ truyền là 9600Baud. Counter8-1 tạo đồng hồ cho UART-1 để truyền 9600Baud. Counter8-3 tạo đồng hồ 500m giây và 12 giây. Cứ 500m giây chương trình kiểm tra xem có lệnh gửi số liệu không, nếu có thì gửi số liệu của đầu đo cho với thiết bị đo mực nước từ xa WLM. 12 giây thì đo nhiệt độ nước ( LM75 ), và nhiệt độ không khí ở khoang điện tử (DS1624 ). Các số liệu cắt mẫu được xử lý qua các thuật lọc số, tính tóan và biến đổi được CPU thực hiện theo chương trình nạp trong Flash. Số liệu đầu đo gửi về cho thiết bị đo mực nước từ xa WLM gồm: + 2 byte: Byte cao, byte thấp số xung của mực nước đo được + 2 byte: Byte cao, byte thấp nhiệt độ của nước + 2 byte: Byte cao, byte thấp nhiệt độ của không khí. b. Thiết bị xử lý thu thập tín hiệu mực nước từ xa Thiết bị xử lý thu thập tín hiệu mực nước từ xa được thiết kế để nhận số liệu từ đầu đo mực nước và thực hiện các chức năng xử lý, hiển thị, lưu trữ và truyền số liệu cho PC hoặc hệ thống SCADA. Ngoài ra nó còn có chức năng tự chuẩn định cho đầu đo khi lắp đặt tại hiện trường. Thiết bị đã được thiết kế và chế tạo theo công nghệ PC/104 với công nghệ Disk on Module có khả năng thu thập dữ liệu từ đầu đo qua mạng RS485 cách ly Sơ đồ khối thiết bị thu thập tín hiệu 33 Đầu đo được nối với thiết bị thu thập xử lý tín hiệu qua bốn sợi dây, khoảng cách cực đại ~ 1200 m, truyền số liệu theo chuẩn RS485. Hai dây sẽ có nhiệm vụ cấp nguồn nuôi cho mạch phối ghép được gắn ở đầu đo, hai dây còn lại sẽ truyền số liệu. Sơ đồ khối chức năng thiết bị thu thập xử lý tín hiệu đo mực nước được mô tả trong hình 6. Hình 6. Sơ đồ khối thiết bị thu thập xử lý tín hiệu đo mức nước Các phím chức năng và đặt các chế độ đo Hình 7. Sơ đồ đấu nối dây thiết bị thu thập xử lý dữ liệu đo Hệ thống đo mực nước từ xa đã được chế tạo bao gồm + Đầu đo WLS (sensor): ba loại đầu đo, loại 1m, 2m và 3m. 90-240 VAC HiÓn thÞ 7 Segment Digital I/O C¸c phÝm chøc n¨ng Bé chuyÓn ®æi RS232-RS485 CPU 386 4 Mb RAM Realtek 8 Mb FLASH Nguån nu«i Ethernet RS232 ®Õn ®Çu ®o Nguån nu«i 220V/50 Hz Chèt b¾t d©y ®Êt cho thiÕt bÞ C«ng t¾c nguån HiÓn thÞ sè liÖu ®o RS232 Chèt cÊp nguån vµ truyÒn sè liÖu RS485 34 + Thiết bị thu thập xử lý tín hiệu đo mực nước từ xa WLM có chức năng: * Nhận dữ liệu số từ xa. * Đo và hiển thị. * Thuật xử lý kiểm tra có suy diễn. * Tự động chuẩn định. * Lưu số liệu vào flash. * Nối với máy chủ PC qua RS232. Chỉ tiêu kỹ thuật thiết bị đã đạt được: Giải đo: 0-3m Độ chính xác: ± 3mm Khoảng cách đo: max 1200m Nguồn nuôi: 220V/50Hz Đầu vào tín hiệu và cấp nguồn nuôi cho đầu đo: 12VDC, 0.5A Cổng nối tiếp: RS-485, RS232 Kích thước: 270mm x 320mm Cân nặng: 2,2 kg Nhiệt độ hoạt động: 1 – 700C Độ ẩm tương đối: 95% Để tiến hành các thí nghiệm và thử nghiệm các phương pháp tự chuẩn định của toàn bộ hệ thống đề tài đã tạo ra các công cụ chuẩn định nhỏ gọn thay vì xây dựng các bể chuẩn định tốn kém và không hiệu quả. Do vậy các hiệu chuẩn, chỉnh định của đầu đo và thiết bị đo có thể thực hiện bất cứ lúc nào và có thể theo dõi hệ thống hoạt động 24/24, 7/7 ngày. Các thử nghiệm đã được thực hiện qua cả các mùa trong năm. Ngoài ra đề tài đã lắp đặt hệ thống để đo thử nghiệm mực nước bể chứa tại Viện Công nghệ thông tin và theo dõi hệ thống hoạt động liên tục trong vòng 3 tháng. Thiết bị hoạt động cho kết quả tin cậy và không bị ảnh hưởng của nhiễu và môi trường mưa nắng. c. Chương trình kết nối PC Water 1.0 Các số liệu lưu trữ ở thiết bị thu thập WLM có thể được truyền về PC hoặc gắn kết vào hệ thống SCADA qua chương trình phối ghép Water1.0. Chương trình Water1.0 chạy trên PC cho phép lấy số liệu đo từ WLM, sửa đổi, nâng cấp thuật xử lý mới cho WLM qua chức năng upload/download chương trình .exe cho thiết bị WLM. Ngoài ra 35 Water1.0 còn cho phép đồng bộ thời gian cho thiết bị WLM và các chức năng hiển thị in ấn các tập dữ liệu đo mực nước. Các chi tiết kỹ thuật và thiết kế hệ thống được mô tả trong 2 tài liệu: • WLS Đầu đo mực nước liên tục từ xa • WLM Thiết bị xử lý thu thập tín hiệu mực nước Các số liệu kiểm định hệ thống đo mực nước từ xa do Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng - Bộ Quốc Phòng đánh giá và cấp các giấy chứng nhận chất lượng số 2004-04, 2004-05, 2004-6 đáp ứng các chỉ tiêu đặt ra. 36 2.3.2.2 Hệ thống thiết bị đo và điều khiển xa qua mạng Ethernet HÖ thèng bao gåm: - ThiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn xa ®a kªnh E§§K cã kh¶ n¨ng nèi ghÐp trùc tiÕp víi c¸c ®Çu ®o c«ng nghiÖp nh− Pt100, mV hoÆc qua c¸c chuÈn 4-20mA, 0-10V, kh¶ n¨ng xö lý tÝn hiÖu m¹nh vµ phÇn mÒm xö lý tÝnh to¸n cã thÓ thay ®æi, n¹p l¹i tõ xa qua m¹ng Ethernet tèc ®é 10-100MHz. - ThiÕt bÞ E§§K ®−îc chÕ t¹o trªn c«ng nghÖ nhóng PC/104, cã dung l−îng bé nhí RAM, bé nhí FLASH lín vµ cã kh¶ n¨ng kÕt nèi m¹ng Ethernet víi giao thøc TCP/IP. - E§§K sö dông hÖ ®iÒu hµnh DOS6.2, cã ch−¬ng tr×nh t¹o m«i tr−êng vµ c¸c chøc n¨ng TCP/IP trªn DOS vµ th− viÖn c¸c thuËt ®iÒu khiÓn. - Ch−¬ng tr×nh giao diÖn kiÓm so¸t trªn m¸y chñ EMON cã kh¶ n¨ng héi tho¹i vµ nhËn d÷ liÖu cña nhiÒu thiÕt bÞ ®o xa ®a kªnh E§§K còng qua m¹ng Ethernet. Ch−¬ng tr×nh cã giao diÖn th©n thiÖn víi ng−êi sö dông cho phÐp ph¸t triÓn c¸c øng dông toµn côc còng nh− thay ®æi ch−¬ng tr×nh xö lý cho tõng thiÕt bÞ E§§K. M¹ng Ethernet 10-100 Mb/s Hình 8: Hệ thống đo và điều khiển xa qua mạng Ethernet - PhÇn mÒm EMON ®−îc ph¸t triÓn ch¹y trªn m¸y PC cã ®ñ c¸c chøc n¨ng thu thËp xö lý d÷ liÖu cña c¸c E§§K tõ xa. Ngoµi ra, nã cã thÓ thay ®æi, n¹p l¹i c¸c ch−¬ng tr×nh xö lý t¹i chç cña c¸c E§§K. - C¸c m¸y tÝnh EMON cµi hÖ ®iÒu hµnh Win98 trë lªn sö dông giao thøc TCP/IP. Ngµy nay c¸c nhµ s¶n xuÊt ®· cho ra ®êi Ethernet tèc ®é cao (Fast Ethernet) sö dông d©y EĐĐK # 32 EMON # 1 . . EMON # 4 ‚ x ‚ ‚ ‚ §Çu ®o ‚ x ‚ ‚ ‚ §Çu ®o ‚ x ‚ ‚ ‚ §Çu ®o . . . 37 xo¾n ®«i Cat5, tèc ®é truyÒn cã thÓ lªn tíi 100Mbps. §Ó cã thÓ chÊp nhËn c¶ ®−êng truyÒn 10 lÉn 100Mbps, c¸c nhµ s¶n xuÊt ®· cho ra Ethernet 2 tèc ®é (Dual-speed Ethernet) hay 10/100 Ethernet, ¸p dông cho card m¹ng còng nh− cho Hub. MÆc dï thiÕt bÞ 10/100 h¬i ®¾t h¬n, nh−ng nã ngµy cµng trë nªn rÊt phæ biÕn. C¸c thiÕt bÞ hai tèc ®é rÊt h÷u dông trong qu¸ tr×nh chuyÓn tiÕp tõ kÜ thuËt 10Mbps sang kÜ thuËt 100Mbps. LÊy vÝ dô mét m¸y tÝnh cã c¸c giao tiÕp 10/100, khi ®−îc nèi víi 1 Hub 10 Mbps, c¶ 2 sÏ truyÒn/ nhËn d÷ liÖu ë tèc ®é 10Mbps. Khi ®−îc nèi víi 1 Hub 100 Mbps, c¶ hai sÏ nhËn ra tèc ®é míi vµ truyÒn/nhËn víi tèc ®é 100Mbps. Tèc ®é truyÒn tù ®éng ®−îc x¸c ®Þnh mµ kh«ng cÇn ph¶i cÊu h×nh l¹i phÇn mÒm còng nh− phÇn cøng. Sö dông c¸c −u ®iÓm trªn cña m¹ng Ethernet, chóng t«i x©y dùng cÊu h×nh phÇn cøng cña “HÖ thèng ®o vµ ®iÒu khiÓn nhóng trªn c¬ së m¹ng Ethernet” nh− hình 9 sau: Hình 9: Kết nối EDDK vào mạng §Ó th«ng tin liªn l¹c gi÷a c¸c m¸y trªn m¹ng Ethernet ®−îc tin cËy, nhanh, m¹nh, mÒm dÎo, dÔ ph¸t triÓn vµ cã kh¶ n¨ng kÕt nèi vµo m¹ng Internet, th× viÖc lùa chän hÖ ®iÒu HUB E§§K1 ‚ x ‚ ‚ ‚ ®Çu ®o C¸p d©y xo¾n ®«i E§§K2 ‚ x ‚ ‚ ‚ ®Çu ®o E§§Kn ‚ x ‚ ‚ ‚ ®Çu ®o Sö dông 1 HUB Sö dông 1 HUB cã nhiÒu EMON E§§K1 ‚ x ‚ ‚ ‚ ®Çu ®o E§§Kn ‚ x ‚ ‚ ‚ ®Çu ®o HUB 38 hµnh, lùa chän giao thøc truyÒn vµ x©y dùng hÖ thèng phÇn mÒm cho m¸y chñ (HOST) vµ thiÕt bÞ E§§K rÊt quan träng. + HÖ ®iÒu hµnh cña m¸y chñ: Win98, Win2000, WinNT lµ c¸c hÖ Windows th«ng dông cã s½n c¸c giao thøc TCP/IP ch¹y trªn m¹ng Ethernet vµ cã s½n kh¶ n¨ng kÕt nèi vµo Internet. + HÖ ®iÒu hµnh cña E§§K: DOS6.2 HÖ ®iÒu hµnh c¬ b¶n, rÊt æn ®Þnh, rÊt phï hîp víi c¸c m¸y tÝnh nhá Pentium1 hoÆc 386, chiÕm Ýt bé nhí, rÊt phï hîp víi thiÕt bÞ nhóng E§§K kh«ng cã bµn phÝm mµn h×nh vµ cã chÕ ®é Watchdog. Tuy vËy hÖ nµy kh«ng cã s½n giao thøc TCP/IP nªn chóng t«i ph¶i tù x©y dùng lÊy. §Ò tµi ®· t¹o ra m«i tr−êng TCP/IP trªn nÒn DOS vµ c¸c hµm d−íi d¹ng th− viÖn phÇn mÒm, ng−êi sö dông kh«ng cÇn ph¶i t×m hiÓu nh÷ng r¾c rèi cña giao thøc TCP/IP. + Giao thøc truyÒn TCP/IP: §©y lµ giao thøc th−êng dïng nhÊt hiÖn nay ®Ó kÕt nèi gi÷a c¸c m¸y trªn m¹ng côc bé, kÕt nèi víi m¹ng kh¸c hoÆc kÕt nèi víi Internet. TÊt c¶ E§§K ®Òu sö dông ®Þa chØ IP chuÈn b¶n 4 sè. §Þa chØ IP lµ ®Þa chØ logic ®−îc g¸n cho 1 m¸y trªn m¹ng riªng. Mçi m¸y trªn m¹ng TCP/IP ®· ®−îc g¸n mét ®Þa chØ IP ®Ó cho nã cã thÓ héi tho¹i víi c¸c m¸y kh¸c. §Þa chØ IP lµ sè binary 32 bit. Tuy nhiªn ë møc ng−êi sö dông, ®Þa chØ IP hÇu nh− lu«n lu«n biÓu diÔn trong d¹ng dÔ ®äc h¬n gäi lµ sè thËp ph©n cã chÊm. VÝ dô 10.10.3.100 lµ ®Þa chØ IP ®−îc viÕt trong d¹ng thËp ph©n cã chÊm. C¸c chÊm ë ®©y lµ c¸c chÊm thËp ph©n, phôc vô ranh giíi ¶o cña 4 byte t¹o ra gi¸ trÞ binary 32 bit. 4 byte ®· ®−îc biÓu diÔn d−íi d¹ng thËp ph©n. Khi xuÊt x−ëng mçi E§§K ®Òu ®−îc g¸n 1 ®Þa chØ IP mÆc ®Þnh. VÝ dô E§§K1 cã ®Þa chØ IP lµ 10.10.3.1 víi tªn lµ E§§K1, E§§K2 cã ®Þa chØ IP lµ 10.10.3.2 víi tªn lµ E§§K2. Khi x©y dùng m¹ng, ng−êi sö dông cã thÓ ®Æt l¹i IP nµy trong ch−¬ng tr×nh EMON qua m¹ng Ethernet, sao cho mçi E§§K cã 1 ®Þa chØ kh¸c nhau. Máy tính chủ và chương trình EMON HÖ thèng cã thÓ nhËn ®−îc 4 m¸y tÝnh chñ trªn m¹ng ®Ó cµi ch−¬ng tr×nh EMON. CÊu h×nh cña m¸y tÝnh cÇn cã: - Pentium2 hoÆc t−¬ng ®−¬ng trë lªn. - RAM 64 Mb trë lªn - Trªn ®Üa cøng cÇn trªn 20Mb 39 - HÖ ®iÒu hµnh Win98 trë lªn - Card m¹ng khëi t¹o trong Windows víi giao thøc TCP/IP - Mµn h×nh Toush Screen hoÆc mµn h×nh th−êng a. ThiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn xa E§§K ThiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn nhóng E§§K ®−îc chÕ t¹o trªn c¬ së c«ng nghÖ nhóng PC/104. Cã 2 thiÕt bÞ E§§K: ThiÕt bÞ E§§K1 cã c¸c ®Æc tr−ng sau: Hình 10: EDDK1 (Xem chi tiÕt ë tµi liÖu “E§§K1 - ThiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn xa ®a kªnh” ThiÕt bÞ E§§K2 cã c¸c ®Æc tr−ng sau: Hình 11: EĐĐK2 ƒ 16 ®Çu vµo thÕ hiÖu t−¬ng tù 12bit, khuyÕch ®¹i kh¶ tr×nh: max 0-10V ƒ 8 ®Çu vµo dßng t−¬ng tù 0-20mA ƒ 2 ®Çu ra t−¬ng tù thÕ hiÖu/dßng, 12bit ƒ 8 ®Çu vµo sè c¸ch ly quang ƒ 8 ®Çu ra sè c¸ch ly quang ƒ 5 bé ®Õm ®Çu vµo c¸ch ly quang ƒ 24 ®Çu vµo/ra sè ƒ Phèi ghÐp ®Çu ®o PT100 ƒ PC/104 Pentium 2,300MHz 32Mb RAM, ƒ Bé nhí DOC: 64MB ƒ Chip m¹ng Realtek 8139 - Connector RJ45-c¸p d©y xo¾n ®«i ƒ M¹ng Ethernet 10-100MB/s 40 (Xem chi tiÕt ë tµi liÖu “E§§K2 - ThiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn xa ®a kªnh” PhÇn mÒm cña E§§K + HÖ ®iÒu hµnh DOS6.2 + Ng«n ng÷ lËp tr×nh C, C++ + Ch−¬ng tr×nh t¹o m«i tr−êng theo chuÈn cña giao thøc TCP/IP trªn DOS, cã c¸c lÖnh chÝnh ®Ó truyÒn trªn m¹ng Ethernet sau: - NhËn tªn vµ ®Þa chØ IP cña PC/EMON - NhËn tªn vµ ®Þa chØ IP cña E§§K do EMON ®Æt l¹i - NhËn thêi gian do EMON göi ®Ó ®ång bé l¹i thêi gian - NhËn tÖp øng dông míi, ®−îc n¹p l¹i tõ EMON vµ cho ch¹y tÖp nµy - Göi sè liÖu thêi gian thùc theo yªu cÇu cña EMON - Göi toµn bé sè liÖu l−u trªn ®Üa theo yªu cÇu cña EMON + Cã th− viÖn trî gióp ng−êi sö dông - L−u sè liÖu lªn ®Üa cøng theo mét kho¶ng thêi gian ®Æt tr−íc - Läc bËc 1 theo tû lÖ mong muèn - C¸c thuËt ®iÒu khiÓn: PID... - Cã thÓ thªm c¸c thuËt riªng cña ng−êi sö dông Th− viÖn cã 3 tÖp: + EDDKL.LIB + SOCKL.LIB + WATTCPBL.LIB PhÇn mÒm cña thiÕt bÞ E§§K ®· cung cÊp tÊt c¶ nh÷ng phÇn cÇn thiÕt vÒ giao thøc TCP/IP vµ t¹o ra m«i tr−êng trªn DOS, nªn ng−êi sö dông rÊt dÔ dïng v× chØ cÇn lËp tr×nh phÇn øng dông. ƒ 16 ®Çu vµo thÕ hiÖu t−¬ng tù 12bit, hoÆc 16bit khuyÕch ®¹i kh¶ tr×nh: +10V, +5V, +500mV, +50mV, +10mV ƒ 8 ®Çu vµo sè TTL/DTL ƒ 8 ®Çu ra sè TTL/DTL ƒ Phèi ghÐp ®Çu ®o PT100 ƒ PC/104 Pentium 2, 300MHz 32Mb RAM, ƒ Bé nhí DOC: 32MB ƒ Chip m¹ng Realtek 8139 - Connector RJ45-c¸p d©y xo¾n ®«i ƒ M¹ng Ethernet 10-100MB/s 41 Ch−¬ng tr×nh EMON ch¹y trªn c¸c m¸y PC th«ng th−êng trªn hÖ ®iÒu hµnh Win98 rÊt phæ cËp hiÖn nay. Ch−¬ng tr×nh cung cÊp rÊt nhiÒu c«ng cô ®Ó gi¸m s¸t toµn bé hÖ thèng theo thêi gian thùc. Ch−¬ng tr×nh l¹i dÔ cµi ®Æt, dÔ dïng, vµ ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu cña ng−êi sö dông. b. Thiết bị giao diện với người vận hành ETS Thiết bị giao diện với người vận hành sử dụng với công nghệ Touch Screen (màn hình cảm ứng tiếp xúc) được thiết kế đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật ứng dụng trong công nghiệp với khả năng tích hợp hệ thống hiện đại , mềm dẻo, giám sát và điều khiển mạng công nghiệp dùng công nghệ mạng Ethernet. Hiện nay, chúng tôi đã thiết kế một hệ thống mạng đo và điều khiển trên công nghệ mạng Ethernet tốc độ 10/100 Mbit, trong đó thiết bị giao diện ETS có nhiệm vụ giám sát và điều khiển toàn bộ hệ thống mạng là một thiết bị đạt tiêu chuẩn công nghiệp, có màn hình touch screen, bộ nhớ Flash và kết nối qua mạng Ethernet. Đặc điểm kỹ thuật Tên Đặc điểm kỹ thuật CPU Chíp Intel Socket 370 Tualatin Pentium III 800 MHz Cache memory 128K L1 Cache & 64K L2 Cache được tích hợp trong CPU BIOS Award BIOS, 256K (Flash) EPROM Bộ nhớ 1x168-pin DIMM socket hỗ trợ 512 MB PC133/PC100 SDRAM/VCM-SDRAM Hình 12: Hình dáng của thiết bi giao diện ETS 42 Card màn hình AGP-4X LCD/LVDS/CRT Card mạng 10/100 Mbit Ethernet Realtek 8139C hoặc Intel 82559 LAN Cổng USB USBx4 Touch panel Giao diện màn hình cảm ứng tiếp xúc hỗ trợ real-time OS Compact Flash Hỗ trợ CF IDE Flash Disk hoặc IBM 1.8” 340 MB/1GB MicroDrive HDD (cho phép tuỳ chọn) Keyboard, Mouse Cổng PS2, có jắc nối keyboard & mouse 5-pin JSP BUS PC/104 socket, PCI slot x 1 Audio AC97 Audio tích hợp ngay trên bo mạch chủ Cổng vào/ra số 4 cổng vào số DI và 4 cổng ra số DO dùng mức TTL Watchdog Có thể lập trình được watchdog timer 0-256 giây IDE port 2/4 port IDE kết nối ổ cứng FDD Kết nối ổ mềm 3.5” , 5.25” hoặc LS120 Serial port RS232 x 3 , RS232/RS422/RS485 x 1 Parallel port Cổng SPP/EPP/ECP Nguồn +/- 5V & +/- 12V cung cấp bởi nguồn ATX 43 Sơ đồ khối chức năng thiết bị giao diện ETS Hình 13: Sơ đồ khối chức năng của ETS Hệ thống phần mềm Hệ thống phần mềm cài đặt trên thiết bị giao diện ETS cần một số phần mềm như sau: - Hệ điều hành Window 98 hoặc phiên bản cao hơn - Phần mềm điều khiển màn hình Touch Screen eTurboWare - Phần mềm giao diện giám sát hệ thống đo và điều khiển qua mạng Ethernet EMON32 c. Ch−¬ng tr×nh EMON Ch−¬ng tr×nh cã c¸c chøc n¨ng chÝnh sau: a. CONFIG Khai b¸o cÊu h×nh phÇn cøng cña m¹ng, c¸c Modul E§§K, c¸c channel cña modul. TÊt c¶ c¸c khai b¸o vµ ®Þnh nghÜa nµy lµ ®Ó x©y dùng thµnh 1 hÖ thèng trªn m¹ng Ethernet nªn ®−îc l−u thµnh T£N ®Ó lÇn sau ch¹y kh«ng ph¶i khai b¸o l¹i. Mçi lÇn EMON chØ ch¹y 1 cÊu h×nh mµ th«i. §©y lµ chøc n¨ng ph¶i thùc hiÖn tr−íc tiªn. Mçi lÇn thay ®æi tham sè cña chøc n¨ng nµy ph¶i dõng qu¸ tr×nh. 512 MB RAM Monitor Touch Screen 15” 1024x768 Ethernet LAN Realtech 8139 10/100 Mbit CDROM 52x Compact Flash USB/RS232 Port Parallel Port CPU Pentium III 800 MHz 44 b. GRAPH §Þnh nghÜa c¸c chÕ ®é ®å ho¹: S¬ ®å c«ng nghÖ, nót Ên, chuçi kÝ tù, ®å thÞ, sè 7 segment, vÞ trÝ ®Æt c¸c ®èi t−îng vµ c¸c thuéc tÝnh cña mçi ®èi t−îng nh− tªn, gi¸ trÞ cña kªnh nµo thuéc E§§K nµo.. c. DIAGRAM §Þnh nghÜa chÕ ®é cho 4 ®å thÞ: tªn, thang chia, kªnh.. d. MEASURE Start/Stop qu¸ tr×nh lÊy sè liÖu tõ E§§K, hiÓn thÞ c¸c E§§K ho¹t ®éng trªn m¹ng. e. REPORT §©y lµ chøc n¨ng ph©n tÝch l¹i sè liÖu ®· l−u trªn ®Üa cøng: sè liÖu cña E§§K vµ c¸c th«ng tin b¸o ®éng ®· x¶y ra. Lµm b¸o c¸o vµ in Ên. f. E§§K EMON göi thêi gian ®Ó §ång bé víi E§§K. §Æt l¹i tªn vµ ®Þa chØ cho E§§K. Th«ng b¸o tªn vµ ®Þa chØ EMON cho E§§K. §äc toµn bé sè liÖu history tõ E§§K ®Ó l−u lªn m¸y EMON vµ hiÓn thÞ, in Ên. N¹p tÖp øng dông cho E§§K. g. VIEW HiÓn thÞ sè liÖu cña E§§K d−íi c¸c d¹ng theo thêi gian thùc. h. HELP Giíi thiÖu vµ gióp ®ì trùc tuyÕn. (Xem chi tiÕt ë tµi liÖu “Sö dông ch−¬ng tr×nh EMON”. Một số chức năng chính của phần mềm EMON32: Thiết lập cấu hình phần cứng Trong chương trình đã có cấu hình chuẩn của một số loại module EĐĐK, người dùng có thể chọn cấu hình phù hợp với thiết bị đang có trong mạng. Ví dụ , module EĐĐK cài đặt card PV2019 có số kênh vào/ra (24 AI -12 bit, 2 AO -12 bit, 8 DI, 8 DO). 45 Hình 14: Cửa sổ đặt cấu hình Mỗi loại kênh vào/ra có thông số dữ liệu và có thể đặt chế độ báo động nếu cần thiết. Tất cả các công việc thay đổi cấu hình đều có thể thay đổi khi quá trình đo, điều khiển dừng, cấu hình hệ thống có thể được cất vào tệp và đọc lại mỗi khi khởi động chương trình. Với mỗi ứng dụng cụ thể, cấu hình hệ thống thường chỉ cần xây dựng , thiết lập một lần và lưu vào file CONFIG.DAT. Soạn thảo màn hình đồ hoạ Người dùng có thể thiết kế màn hình giao diện giám sát và điều khiển hệ thống dạng đồ hoạ (xem hình 2) với các đối tượng đồ hoạ (nút ấn, chuỗi kí tự, đồ thị..) lấy từ thư viện chuẩn của EMON32 để thực hiện tác vụ theo yêu cầu bài toán đo, điều khiển và cho phép giám sát hệ thống trực quan trên sơ đồ công nghệ khi thiết lập ảnh nền (BkImage) là một file bitmap được vẽ bằng bất kỳ chương trình xử lý ảnh nào như Paintbrush của Windows , Photoshop. Các đối tượng đồ hoạ có thể thay thuộc tính tuỳ ý. Ví dụ đối tượng Trend - đồ thị có thuộc tính như sau: 46 Hình 15: Soạn thảo thuộc tính đồ hoạ Đồ thị thời gian thực Khi chuyển sang chế độ đo, điều khiển và giám sát hệ thống, người dùng có thể quan sát các kênh số liệu dưới dạng đồ thị thời gian thực với tối đa cho phép hiển thị đồng thời 4 đồ thị. Mỗi cửa sổ hiển thị đồ thị của một kênh số liệu theo thời gian thực với số liệu mới nhất đọc từ thiết bị đo, điều khiển nhúng EĐĐK. Hình 16: Đồ thị thời gian thực 47 Đo, điều khiển hệ thống Người dùng có thể quan sát số lượng thiết bị trên mạng, số lượng thiết bị đang kết nối với máy chủ trong hệ thống.Mỗi thiết bị EĐĐK trên mạng Ethernet đều có một địa chỉ IP (ví dụ 10.10.3.100) và một tên đại diện Hostname (ví dụ C5), có thể thay đổi các thông số này cho phù hợp với hệ thống mạng Hình 17: Đặt cấu hình mạng Khi phần mềm đang ở chế độ offline (quá trình đo, điều khiển chưa hoạt động) và đảm bảo máy chủ đã kết nối với hệ thống mạng thiết bị EĐĐK, có thể chuyển phần mềm sang chế độ online ( thực hiện quá trình đo, điều khiển, đồng bộ thời gian hệ thống . . .). Khi ở chế độ online, không thực hiện được các chế độ thay đổi cấu hình phần cứng thiết bị EĐĐK, soạn thảo màn hình đồ hoạ, thay đổi cấu hình đồ thị thời gian thực như ở chế độ offline. Ngoài ra, file chương trình trong thiết bị EĐĐK có nhiệm vụ thu thập số liệu và truyền về máy chủ EMON có thể nạp xuống EĐĐK hoặc tải từ EĐĐK về qua mạng Ethernet khi dùng chức năng Download >> EĐĐK file hoặc Upload << EĐĐK file. Tạo báo cáo thống kê Người dùng có thể tạo một số dạng báo cáo khác nhau như báo cáo Datalog, Alarmlog dạng số hoặc đồ thị history với hai nguồn dữ liệu: dữ liệu tự động lưu trên máy chủ, dữ liệu history lưu trên thiết bị EĐĐK. Một số chức năng khác Người quản trị hệ thống có thể cài đặt mật khẩu cho người dùng và mật khẩu hệ thống. Khi khởi động chương trình sẽ xuất hiện cửa sổ nhập mật khẩu: 48 - Nếu nhập mật khẩu người dùng sẽ có một số chức năng không dùng được như : soạn thảo cấu hình hệ thống, soạn thảo màn hình đồ hoạ, thay đổi cấu hình đồ thị thời gian thực, thay đổi địa chỉ EĐĐK, gửi địa chỉ máy chủ cho EĐĐK, nạp file chương trình vào EĐĐK, tải file chương trình từ EĐĐK, thay đổi mật khẩu. - Nếu nhập mật khẩu hệ thống sẽ dừng được toàn bộ các chức năng của phần mềm EMON32. Ngoài ra, phần mềm cho phép lựa chọn hai ngôn ngữ là Tiếng Anh hoặc Tiếng Việt với trợ giúp trực tuyến cho người dùng. Hệ thống đo và điều khiển nhúng trên cơ sở mạng Ethernet với giao thức TCP/IP” với tốc độ truyền dữ liệu cao 10-100 Mb/s với khả năng giám sát và điều khiển tới từng cơ cấu chấp hành trong hệ thống điều khiển tự động như động cơ, lò nhiệt, valve, sensor … Hệ thống này được xây dựng trên cơ sở mạng Ethernet với giao thức TCP/IP cho phép kết nối tối đa 4 máy tính chủ EMON và 32 thiết bị đo, điều khiển nhúng EĐĐK. Phần mềm EMON32 chạy trên thiết bị giao diện ETS có khả năng giám sát và điều khiển các thiết bị đo xa đa kênh EĐĐK, có giao diện thân thiện với người sử dụng, nhiều công cụ hỗ trợ cho phép phát triển các ứng dụng cũng như thay đổi chương trình xử lý cho từng thiết bị EĐĐK. Đây là hệ thống đo và điều khiển trên cơ sở mạng Ethernet đầu tiên được nghiên cứu phát triển bằng các chuyên gia Việt Nam víi c¸c c«ng nghÖ phÇn cøng tiªn tiÕn, phÇn mÒm theo chuÈn quèc tÕ, dÔ sö dông, gi¸ thµnh thÊp h¬n so víi nhËp ngo¹i. Hệ thống đo và điều khiển xa qua mạng Ethẻnet EĐĐK1, EĐĐK2, ETS đã được Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Bộ quốc phòng đánh giá, kiểm tra và cấp giấy chứng nhận chất lượng số 204-02, 204-03, 204-10 đáp ứng các chỉ đặt ra. Phần mềm EMON32 đã được đãng ký bản quyền và được cục bản quyền tác giả Bộ văn hóa thong tin cấp giấy chứng nhận bản quyền tác giả số: 927/2002/QTG. 49 2.3.2.3 Hệ thống VICON Hệ thống điều khiển bám đối tượng di động VICON là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm các modul phần cứng và phần mềm. Hệ thống có khả năng tự động nhận dạng, tìm kiếm mục tiêu cũng như bám mục tiêu di động với quỹ đạo không biết trước, trong môi trường hoạt động thực tế. Hệ thống VICON có các chỉ tiêu kỹ thuật sau: - Giíi h¹n gãc quay ph−¬ng vÞ -1590 – +1580. - Giíi h¹n gãc quay tµ -300 – +410. - §é ph©n gi¶i gãc 0.01290. - KÕt nèi m¹ng Ethernet tèc ®é 10 – 100 MHz. - Tèc ®é xö lý ¶nh 25 frame/sec. - Tèc ®é b¸m 600/s. - HÖ xö lý Pentium cã dung l−îng bé nhí RAM, bé nhí FLASH lín vµ cã kh¶ n¨ng kÕt nèi víi c¸c m¸y tÝnh PC trªn m¹ng Ethernet víi giao thøc TCP/IP. - KÕt nèi qua cæng song song, nèi tiÕp, mµn h×nh giao diÖn Touchscreen. - PhÇn mÒm dÔ më réng, sö dông thuËn tiÖn, hÖ thèng cã ®é tin cËy cao. - ThiÕt bÞ dÔ dµng vËn hµnh l¾p ®Æt trªn xe, tµu. - KÝch th−íc cña bÖ quay: 260 x 300 x 300 mm (H x W x D). Träng l−îng: kho¶ng 5 Kg. - KÝch th−íc cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn: 260 x 260 x 350 mm (H x W x D). Träng l−îng: kho¶ng 7 Kg. a. Mô tả kỹ thuật của hệ thống VICON HÖ thèng VICON bao gåm c¸c modul phÇn cøng chÝnh, ®ã lµ bÖ quay pan/tilt 2 bËc tù do g¾n camera CCD vµ mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn cã cÊu h×nh m¹nh, nh»m môc ®Ých tÝnh to¸n xö lÝ tÝn hiÖu vµ ghÐp nèi víi ngo¹i vi. 50 ChØ tiªu kü thuËt cña c¸c thµnh phÇn trong hÖ thèng VICON. • Video Camera. Video Camera ®−îc sö dông trong hÖ thèng VICON lµ CV-M50, chÕ ®é monochrome, ho¹t ®éng theo nguyªn lý CCD. Camera do h·ng JAI Corporation chÕ t¹o. C¸c ®Æc tr−ng chñ yÕu: - Lo¹i CCD sensor víi ®é ph©n gi¶i 768(h) x 494(v) pixels theo tiªu chuÈn EIA. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn PPC-64T Pentium 800MHz 512MB SDRAM Card Sè ho¸ ¶nh FrameLocker Ethernet Hình 18: S¬ ®å khèi cña hÖ VICON Ngo¹i vi VideoCamera CV-M50 PC/104 Khèi nguån AC/DC Robot Pan/Tilt PTU-46-70W Pan-Tilt Controller (model PTU-C) RS232 51 - §é nh¹y cao, ®é s¸ng tèi thiÓu 0.05 lx. - KÝch th−íc mét pixels 8.4(h) x 9.8(v) µm - TÝn hiÖu ra video 25 h×nh/s. - KiÓu thÊu kÝnh C-mount. - HÖ sè khuÕch ®¹i cã thÓ thay ®æi manual/auto. - KÝch th−íc 40 x 50 x 80 mm - Träng l−îng 245 g. - Nguån 12VDC ±10% - KÝch th−íc : 40 x 50 x 80 mm (H x W x D). • Card sè ho¸ ¶nh. Card sè ho¸ ¶nh video thu ®−îc tõ camera FrameLocker theo chuÈn PC/104 cña h·ng Ajeco Inc. §©y lµ card xö lÝ ¶nh monochrome, 2 ®Çu vµo video, phï hîp cho c¸c øng dông nhóng, c¸c øng dông vÒ hÖ theo dâi gi¸m s¸t vµ c¸c hÖ xö lÝ ¶nh kh¸c. Tèc ®é sè ho¸ ¶nh theo thêi gian thùc víi 25 frames ¶nh mét gi©y. Sö dông phÇn mÒm cã thÓ thay ®æi ®−îc c¸c ®Æc tÝnh cña ¶nh vÒ ®é s¸ng, ®é t−¬ng ph¶n, hÖ sè khuÕch ®¹i vµ ®é ph©n gi¶i cña ¶nh. H×nh 4 lµ s¬ ®å ghÐp nèi vµ ch©n tÝn hiÖu cña card. C¸c ®Æc tr−ng kh¸c cña card FrameLocker: - 2 tÝn hiÖu vµo video chuÈn NTSC hoÆc PAL. - Bé chuyÓn ®æi 8 bit. - §é ph©n gi¶i cùc ®¹i 768 x 576 pixels. - Bé nhí ¶nh 512 KB. - Nguån cung cÊp 5V±5%. • HÖ Robot Pan/tilt. BÖ quay Pan/Tilt PTU-46-70W lµ robot hai bËc tù do do h·ng Directed Perception chÕ t¹o cho phÐp ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c vµ nhanh chãng vÞ trÝ, tèc ®é vµ gia tèc. Robot cã thÓ quay ®ång thêi theo hai h−íng pan vµ tilt víi ®é chÝnh x¸c cao. C¸c thµnh phÇn cña hÖ Robot: - Pan-Tilt Unit. 52 - Pan-Tilt Controller. - Pan-Tilt Cable. - AC/DC Power Supply. Mét sè ®Æc tr−ng cña hÖ Robot: - §iÒu khiÓn b»ng m¸y tÝnh qua giao diÖn RS232. - Tèc ®é quay 600/s. - §é chÝnh x¸c vÒ gãc 0.01290. - T¶i träng ®Æt lªn robot 6 lbs. - §iÒu khiÓn chÝnh x¸c tèc ®é, vÞ trÝ, gia tèc. - Giíi h¹n gãc quay ph−¬ng vÞ -1590 – +1580. - Giíi h¹n gãc quay tµ -300 – +410. - Thay ®æi tèc ®é vµ vÞ trÝ khi ®ang ho¹t ®éng. - Nguån 1 chiÒu cung cÊp cho Robot theo nh− h×nh vÏ: Modul Pan-Tilt ®−îc nèi víi bé ®iÒu khiÓn Pan-Tilt Controller. Nguån cung cÊp cho bé ®iÒu khiÓn cã thÓ ®−îc lÊy tõ nguån mét chiÒu cña modul PTU. Bé ®iÒu khiÓn nhËn lÖnh tõ m¸y tÝnh qua cæng RS232 ®Ó ®iÒu khiÓn Pan-Tilt Unit. Mét bé ®iÒu khiÓn pan-tilt cã thÓ nèi ®Õn c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¸c th«ng qua m¹ng RS-485 sao cho mét cæng RS232 duy nhÊt cã thÓ ®iÒu khiÓn ®−îc nhiÒu thiÕt bÞ Pan-Tilt Unit. • ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn cña hÖ VICON. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn, xö lý sè liÖu, ghÐp nèi víi ngo¹i vi lµ mét m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn cÊu h×nh Pentium III, cã tèc ®é 800MHz. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sö dông m¸y tÝnh PPC-64T theo chuÈn PC/104, cã giao diÖn mµn h×nh tinh thÓ láng do h·ng Nagasaki IPC Technology chÕ t¹o. ThiÕt bÞ cã ®Æc ®iÓm nhá gän, dÔ sö dông, dÔ dµng kÕt nèi qua m¹ng Ethernet vµ c¸c ngo¹i vi kh¸c th«ng qua nhiÒu cæng vµo ra. ThiÕt bÞ nµy phï hîp víi yªu cÇu cña hÖ thèng vÒ tèc ®é xö lÝ, kh¶ n¨ng ghÐp nèi ®iÒu khiÓn. Mét sè ®Æc tÝnh kü thuËt chñ yÕu cña m¸y tÝnh PPC-64T: - KÝch th−íc: 224 x 171 x 80.5 cm - Mµn h×nh Touchscreen LCD 6,4” , ®é ph©n gi¶i 640 x 480 53 - CPU Pentium III tèc ®é 800MHz onboard - Nguån cung cÊp cho CPU 5 Watt. - Bé nhí tèi ®a 512MB PC133 SDRAM onboard - æ cøng (20GB). - Card mµn h×nh 3D onboard tèc ®é cao, dung l−îng bé nhí 32MB. - Card giao diÖn Enthernet Realtek 3189C, kÕt nèi tèc ®é 10/100Mbps. - Cæng nèi tiÕp: 4 cæng COM 3 x RS232 + 1 x RS232/RS422/RS485 - Hai cæng USB - Mét cæng song song LPT - Cæng chuÈn 40 ch©n IDE vµ nguån ®Ó nèi víi CD-ROM - NhiÖt ®é ho¹t ®éng 0 - 550C. H×nh 19. Robot Pan-Tilt vµ bÖ ®ì KÝch th−íc cña Robot vµ bÖ ®ì: 260 x 300 x 300 mm (H x W x D) Träng l−îng: kho¶ng 5 Kg. H×nh 20. ThiÕt bÞ ®iÒu khiÓn VICON 54 PhÇn mÒm cña hÖ thèng VICON CÊu tróc phÇn mÒm cña thiÕt bÞ VICON ®−îc biÓu diÔn th«ng qua s¬ ®å hÖ thèng nh− tr×nh bµy trªn h×nh 21. H×nh 21. S¬ ®å phÇn mÒm hÖ thèng ®iÒu khiÓn VICON. PhÇn mÒm cña hÖ thèng b¸m môc tiªu di ®éng bao gåm hai phÇn chñ yÕu, ®ã lµ phÇn ®iÒu khiÓn robot vµ phÇn xö lý ¶nh còng nh− nhËn d¹ng ®èi t−îng. a) §iÒu khiÓn robot theo vÞ trÝ cña ®èi t−îng trªn ¶nh thu ®−îc: Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn theo vÞ trÝ dùa trªn ®Æc tÝnh ®éng häc cña robot ®· ®−îc tr×nh bµy nh− phÇn c¬ së lý thuyÕt. C¸c kÕt qu¶ ®−îc tãm t¾t nh− sau: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛−= λφ pxarctan ( )⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= φλθ cosarctan py trong ®ã φ vµ θ lµ gãc quay pan vµ tilt mµ robot cÇn ph¶i thùc hiÖn, sao cho sau khi quay ¶nh cña môc tiªu ë chÝnh gi÷a mÆt ph¼ng ¶nh. Ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn nµy lµm hÖ thèng trë nªn ph¶n øng chËm, hÖ thèng bÞ giËt trong qu¸ tr×nh b¸m. Ph−¬ng ph¸p nµy chØ ®¹t hiÖu qu¶ khi môc tiªu ®øng yªn hoÆc chuyÓn ®éng chËm. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn ®−îc giíi thiÖu trong phÇn phô lôc. Image Processing Camera Pan/tilt Recognition Prediction & Adaptation buffer Control Target location desire 55 b) §iÒu khiÓn robot theo tèc ®é di chuyÓn cña ¶nh ®èi t−îng: §iÒu khiÓn theo tèc ®é di chuyÓn cña ¶nh c¨n cø vµo kÕt qu¶ cña lÇn xö lý ¶nh tr−íc ®ã, kÕt hîp víi lÇn xö lý ¶nh hiÖn t¹i vµ kÕt qu¶ dù b¸o cña lÇn xö lý ¶nh tiÕp theo. L−u ®å ®Ó ®−a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn theo tèc ®é cña robot nh− h×nh 12. H×nh 12. L−u ®å tÝnh vËn tèc ®Æt vµo robot. Ch−¬ng tr×nh thùc hiÖn ®iÒu khiÓn theo tèc ®é di chuyÓn cña môc tiªu ®−îc giíi thiÖu trong phÇn phô lôc. b. PhÇn mÒm nhËn d¹ng vµ xö lý ¶nh trong hÖ thèng VICON. Nhận dạng mục tiêu di động là bước quan trọng trong hệ tự động tìm kiếm và bám mục tiêu di động. Mục đích của quá trình này là thực hiện các phép xử lí ảnh để tìm kiếm đối tượng cần quan tâm, xác định vị trí của nó trong mặt phẳng ảnh hiện thời. Trong quá trình tìm kiếm, ta chia một ảnh là tập hợp các pixel bao gồm hai thành phần, hoặc là thuộc đối tượng, hoặc là thuộc nền. Ta xem xét việc tìm kiếm để nhận dạng các điểm thuộc đối tượng trong mỗi ảnh thuộc chuỗi ảnh thu được. Có rất nhiều cách để nhận dạng một đối tượng, ví dụ ta có thể áp đặt mô hình của đối tượng đã biết trước (màu sắc, hình dáng) lên toàn bộ ảnh, từ đó tìm ra vị trí phù hợp nhất của đối tượng trong ảnh. Tuy nhiên cách này phải tốn nhiều thời gian, và không hiệu quả trong thực tế. Một phương pháp nhanh hơn để xử lí ảnh và nhận dạng đối tượng được trình bày như lưu đồ trên hình 23. Frame k Robot position k-1Robot position k Robot Velocity Demand Delay Frame k +1camera 56 Hình 23. Lưu đồ xử lí ảnh. Để đánh giá trạng thái của một pixel là đối tượng hay là nền, chúng ta giả thiết là đối với các pixel thuộc nền, cường độ sáng thay đổi chậm, trong khi đó đối với pixel thuộc đối tượng, cường độ sáng thay đổi lớn. Như vậy, một phép so sánh được thực hiện giữa các pixel trong ảnh hiện thời, nếu giá trị của pixel lớn hơn ngưỡng đặt trước, pixel đó có giá trị 1, nếu không pixel có giá trị 0. Nếu ngưỡng quá lớn, pixel thuộc đối tượng có thể lẫn với nền, nếu ngưỡng quá nhỏ, thì sự thay đổi ánh sáng trong môi trường sẽ tạo ra nhiều pixel có giá trị 1, mà các diểm này lại không phải là điểm quan trọng. Ngưỡng hợp lí được tạo ra sau khi thực hiện một số phép lọc nhiễu và các bước tiền xử lí ảnh khác. Khi ảnh đã được xử lí ngưỡng, ảnh nhị phân thu được sẽ gồm các pixel có hai trạng thái 0 và 1. Các pixel 0 thuộc nền và các pixel 1 thuộc các đối tượng, ta phải phân tích các đối tượng được thể hiện. Tuy nhiên ảnh thu được sẽ bao gồm rất nhiều đối tượng khác nhau, bao gồm cả nhiễu, nhưng trong đó chỉ có duy nhất một đối tượng cần quan tâm. Bắt đầu Tiền xử lý ảnh nhị phân ảnh phân vùng Nhận dạng mục tiêu Xác định tọa độ mục tiêu Kết thúc 57 Các bước xử lí ảnh nhị phân tiếp theo được thực hiện nhằm loại bỏ nhiễu, hoặc điền đầy các lỗ của đối tượng, cũng làm giảm khối lượng tính toán của các bước xử lí ảnh tiếp theo. Quá trình phân đoạn ảnh thành từng đối tượng riêng rẽ được thực hiện thông qua thuật toán đánh nhãn liên tiếp (Sequential Labeling Algorithm). Quá trình này có thể tạo ra hàng trăm đối tượng khác nhau, trong đó chỉ có một số đối tượng gần với đối tượng quan tâm. Một quá trình quét tiếp theo sẽ loại bỏ các đối tượng không hợp lý so với đối tượng mẫu. Bước tiếp theo là phân tích các đặc trưng của các đối tượng vừa thu thập được trên ảnh, và quyết định xem đối tượng nào thuộc lớp đối tượng quan tâm. Sử dụng phương pháp momen bất biến hoặc phương pháp quyết định Bayes là các biện pháp tương đối hiệu quả. Việc còn lại là xác định vị trí trọng tâm của mục tiêu trên ảnh tương đối đơn giản, thông qua xác định momen bậc nhất. C¸c to¹ ®é môc tiªu trong mÆt ph¼ng ¶nh ®−îc xö dông ®Ó tÝnh vËn tèc cña robot. PhÇn mÒm hÖ VICON ®· ®−îc thiÕt kÕ theo hai hÖ ®iÒu hµnh kh¸c nhau, do vËy chóng cã c¸c ®Æc ®iÓm thuËn lîi còng nh− h¹n chÕ vÒ ®Æc tÝnh kü thuËt vµ c¸ch sö dông. C¸c ®Æc ®iÓm nµy sÏ ®−îc giíi thiÖu sau ®©y. PhÇn mÒm ch¹y trªn hÖ ®iÒu hµnh Windows 98, 2000, XP, ng«n ng÷ lËp tr×nh Visual C++ 6.0 : - Giao diÖn thuËn lîi cho ng−êi sö dông, dÔ dµng kiÓm tra c¸c chÕ ®é ho¹t ®éng cña hÖ thèng. - Thùc hiÖn kÕt nèi m¹ng Ethernet qua card m¹ng Realtek 3189C, tèc ®é 10- 100Mbps. - KÕt nèi víi c¸c thiÕt bÞ ®o vµ ®iÒu khiÓn, phôc vô cho môc ®Ých më réng kh¸c cña ng−êi sö dông nh− kÕt nèi víi c¸c thiÕt bÞ ®o täa ®é, ®o chuyÓn ®éng cña c¶ hÖ khi l¾p ®Æt hÖ thèng trªn xe, trªn tµu thuyÒn. - Nh−îc ®iÓm lín nhÊt cña phÇn mÒm ch¹y trªn hÖ ®iÒu hµnh Windows lµ tèc ®é xö lý chËm, ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n cång kÒnh kh«ng ®¸p øng ®−îc yªu cÇu vÒ tèc ®é b¸m nhanh. Mµn h×nh giao diÖn cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn VICON trªn Windows 2000: 58 H×nh 24. Mµn h×nh giao diÖn cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn trªn Windows 2000. C¸c chøc n¨ng chÝnh cña phÇn mÒm: 1. Menu File. 1. New: më mét ch−¬ng tr×nh míi, khëi déng l¹i c¸c tr¹ng th¸i ban ®Çu cña hÖ thèng. 2. Load Image: ®äc mét file d÷ liÖu ¶nh ë trong bé nhí ra ®Ó hiÓn thÞ vµ xö lÝ offline. 3. Save Image: l−u ¶nh hiÖn thêi vµo trong bé nhí. 4. Load Motion Data: ®äc d÷ liÖu cña sensor ®o chuyÓn ®éng MT9. 5. Save Motion Data: l−u d÷ liÖu cña sensor MT9 vµo bé nhí. 2. Menu Run. 1. SnapImage: Thu ¶nh tõ camera, qua card sè ho¸ ®Ó l−u vµo bé nhí. 2. Motion Tracker: khëi ®éng sensor ®o chuyÓn ®éng MT9. 3. Stop Motion Tracker. 4. Robot Moving: khëi ®éng Robot, robot ch¹y theo c¸c th«ng sè ®Æt tr−íc vÒ tèc ®é, gia tèc, vËn tèc. 5. Stop Robot. 6. Tracking Object: chuyÓn sang ch−¬ng tr×nh b¸m ®èi t−îng di ®éng, ®iÒu khiÓn hÖ thèng VICON b¸m theo ®èi t−îng di ®éng. 7. Stop Tracking. 59 3. Menu View. 1. Robot position: hiÓn thÞ ®å thÞ vµ d÷ liÖu vÒ vÞ trÝ cña chuyÓn ®éng robot. 2. Robot velocity: hiÓn thÞ ®å thÞ vµ d÷ liÖu vÒ tèc ®é cña chuyÓn ®éng robot. 3. Motion Data: hiÓn thÞ d÷ liÖu cña thiÕt bÞ ®o chuyÓn ®éng MT9. 4. Tracker Data: hiÓn thÞ kÕt qu¶ khi hÖ VICON b¸m môc tiªu di ®éng. PhÇn mÒm VICON ch¹y trªn hÖ ®iÒu hµnh DOS 6.22. §Æc ®iÓm lín nhÊt cña phÇn mÒm ch¹y trªn Windows lµ tèc ®é xö lý chËm. Do vËy, sau khi ®· ph¸t triÓn phÇn mÒm trªn Windows, ch−¬ng tr×nh ®−îc chuyÓn vÒ ho¹t ®éng ë hÖ ®iÒu hµnh DOS 6.22 nh»m c¶i thiÖn tèc ®é còng nh− c¸c ®Æc tÝnh kh¸c cña hÖ thèng. PhÇn mÒm cña hÖ thèng VICON ch¹y trªn hÖ ®iÒu hµnh DOS t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n. C¸c b−íc sö dông phÇn mÒm ®−îc tr×nh bµy nh− sau: - BËt nguån ë thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. C¸c thiÕt bÞ nh− Robot, camera m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn … sÏ tù ®éng khëi ®éng. HÖ thèng s½n sµng ho¹t ®éng. - Mµn h×nh cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sÏ hiÖn ra ¶nh thu ®−îc tõ camera. Sö dông con trá ®Ó x¸c ®Þnh môc tiªu mµ hÖ VICON cÇn b¸m theo. - Trªn mµn h×nh sÏ hiÖn ra c¸c th«ng sè cña hÖ b¸m nh− to¹ ®é cña môc tiªu, c¸c ®Æc tr−ng cña môc tiªu. - Quan s¸t trªn mµn h×nh ta thÊy hÖ thèng VICON ®−îc tù ®éng ®iÒu khiÓn b¸m theo môc tiªu di ®éng, vÞ trÝ t©m cña camera ®−îc ®¸nh dÊu ‘+’ trªn mµn h×nh. Hệ thống VICON đã được cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Bộ quốc phòng đánh giá, kiểm tra và cấp giấy chứng nhận chất lượng số 2004-07ngày 29/9/2004. Các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng các yêu cầu đặt ra. 60 2.3.2.4 Nghiên cứu phát triển và chế tạo máy đo công suất vạn năng Nhu cÇu cña c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng ®iÖn n¨ng trªn thÞ tr−êng n−íc ta hiÖn nay lµ rÊt lín. C¸c thiÕt bÞ ®o ë n−íc ta hiÖn nay phÇn lín lµ c¸c thiÕt bÞ ®o dïng kü thuËt t−¬ng tù ®· ra ®êi tõ rÊt l©u, kÝch th−íc lín, ®é chÝnh x¸c thÊp. Nhu cÇu tÝch hîp nhiÒu chøc n¨ng ®o c¸c ®¹i l−îng trªn cïng mét thiÕt bÞ lµ cÇn thiÕt. Tuy nhiªn víi kü thuËt t−¬ng tù, viÖc nµy lµ rÊt khã kh¨n. Víi sù ph¸t triÓn cña kü thuËt t−¬ng sè hiÖn nay ®· më kh¶ n¨ng thay thÕ c¸c thiÕt bÞ ®o dïng kü thuËt t−¬ng tù sang mét thÕ hÖ c¸c thiÕt bÞ ®o dïng kü thuËt sè víi nh÷ng −u ®iÓm h¬n h¼n, nhÊt lµ cho phÐp tÝch hîp nhiÒu chøc n¨ng trªn mét thiÕt bÞ, kÝch th−íc nhá gän, gi¸ thµnh thÊp. Trªn thÞ tr−êng còng ®· xuÊt hiÖn mét sè thiÕt bÞ ®o nhiÒu chøc n¨ng cña mét sè n−íc trªn thÕ giíi nh−ng gi¸ thµnh cao. Víi c¸c n−íc ph¸t triÓn trªn thÕ giíi c¸c thiÕt bÞ ®o dïng kü thuËt sè ®· kh«ng cßn lµ míi mÎ. Ngoµi viÖc chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ ®o hoµn chØnh, nhiÒu h·ng lín còng ®−a ra nh÷ng IC chuyªn dông vµ c«ng nghÖ míi phôc vô cho nhu cÇu ®o l−êng. ViÖc øng dông c¸c IC chuyªn dông nµy vµo c¸c thiÕt bÞ ®o sÏ gi¶m ®−îc gi¸ thµnh s¶n phÈm xuèng rÊt nhiÒu ®ång thêi t¨ng ®−îc tÝnh n¨ng cña c¸c thiÕt bÞ ®o. Tuy nhiªn viÖc khai th¸c c¸c IC chuyªn dông ®Ó néi ®Þa ho¸ c¸c thiÕt bÞ ®o ë n−íc ta hiÖn nay vÉn cßn rÊt h¹n chÕ. Khai th¸c tÝnh n¨ng c¸c IC chuyªn dông vµ c«ng nghÖ míi ®Ó s¶n xuÊt c¸c thiÕt bÞ ®o ë trong n−íc lµ mét viÖc cã ý nghÜa vÒ c¶ khoa häc lÉn ý nghÜa kinh tÕ. Sau ®©y giíi thiÖu viÖc nghiªn cøu thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o mét lo¹i m¸y ®o c«ng suÊt v¹n n¨ng PMM100 sö dông IC ADE7753 cña Analog Device kÕt hîp IC c«ng nghÖ PsoC cña CypressMicro. a. Mô tả hoạt động máy đo công suất vạn năng PMM100 Máy đo công suất vạn năng PMM100 cần phải đo được : - §o c−ờng ®é dßng ®iÖn hiÖu dông Irms (A). Hình 25: Máy đo công suất vạn năng PMM100 61 - §o hiÖu ®iÖn thÕ hiÖu dông Urms (V). - §o c«ng suÊt tiªu thô P (W). - §o c«ng suÊt ph¶n kh¸ng Q (VAR). - §o c«ng suÊt toµn phÇn S (VA). - C«ng suÊt tÝch luü Wh. - §o hÖ sè cosφ. - §o tÇn sè f(Hz). ThiÕt bÞ cã hai kªnh vµo: Kªnh vµo dßng ®iÖn vµ Kªnh vµo thÕ hiÖu (dïng c¸c vÝt hoÆc chÊu c¾m). Nguån nu«i cña thiÕt bÞ ®−îc lÊy trùc tiÕp tõ nguån 220V/50Hz. Giao diÖn víi ng−êi sö dông qua mét keypad vµ mét mµn h×nh hiÓn thÞ LCD(2x16). Ng−êi dïng chän c¸c chÕ ®é b»ng Keypad víi mét Menu hiÓn thÞ trªn LCD, c¸c kÕt qu¶ hiÓn thÞ trªn LCD. ThiÕt bÞ sö dông mét IC chuyªn dông chÕ t¹o ®Ó ®o c¸c ®¹i l−îng ®iÖn cña h·ng Analog Device lµ ADE7753. IC tÝch hîp c¸c modul cho phÐp tÝnh to¸n ®¹i l−îng dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p, c«ng suÊt, n¨ng l−îng ®iÖn, l−u kÕt qu¶ vµo c¸c thanh ghi trong. ADE7753 tÝch hîp cæng truyÒn th«ng SPI ®Ó giao tiÕp víi bªn ngoµi. ViÖc thu thËp, xö lý sè liÖu, giao tiÕp víi ng−êi dïng ®−îc thùc hiÖn b»ng mét IC c«ng nghª PsoC víi cÊu h×nh linh ho¹t, mÒm dÎo. Dßng ®iÖn ®−îc qua mét Sensor dßng, ®iÖn ¸p ®−îc qua mét m¹ch ph©n ¸p tr−íc khi vµo ADE7753, do ®ã thiÕt bÞ cã thÓ lµm viÖc víi mét d¶i ®o réng. Víi c¸c IC c«ng nghÖ míi, kh¶ n¨ng tÝch hîp cao, cho phÐp chÕ t¹o ®−îc thiÕt bÞ ®o nhá gän, c¬ ®éng, ®é chÝnh x¸c h¬n cao, kh«ng thua kÐm c¸c thiÕt bÞ ®o t−¬ng tù, Ýt chÞu ¶nh h−ëng cña m«i tr−êng. S¬ ®å khèi cÊu tróc cña m¸y PMM100 nh− m« t¶ trong h×nh 26: 62 Ho¹t §éng cña PSOC CY8C26443 vµ ADE7753 C«ng nghÖ PsoC (Programmable System on Chip) cho phÐp t¹o ra c¸c chip ®Æc chñng víi c¸c khèi analog vµ digital lµ mét c«ng nghÖ lý t−ëng ®Ó tÝch hîp víi ADE7753 chÕ t¹o ra thiÕt bÞ PMM100. Ngoµi ra nã cßn nhiÒu c¸c tÝnh n¨ng næi tréi nh− lËp tr×nh C, Assembler cho phÐp sö dông nhiÒu c¸c chøc n¨ng cña chÝp mµ kh«ng cÇn thªm c¸c linh kiÖn hç trî bªn ngoµi. §iÒu ®ã cho phÐp lµm gi¶m gi¸ thµnh, còng nh− t¨ng tÝnh æn ®Þnh cña s¶n phÈm. Tõ s¬ ®å nguyªn lý chóng t«i sö dông chÝp tr¾ng PSoC CY8C26443 (28 pins, 16 Kbytes flash) ®Ó t¹o chip ®Æc chñng cho phÇn ph¸t lÖnh, ®äc sè liÖu, xö lý sè liÖu vµ hiÓn thÞ sè liÖu trªn LCD cho ADE7753. PSoC lµ hä vi xö lý tèc ®é cao, 8-bit, kiÕn tróc Harvard. ViÖc ph©n chia bus d÷ liÖu vµ bus ®Þa chØ cho phÐp ®Èy tèc ®é xö lý lªn cao. PSoC cã thÓ ®¹t tèc ®é xö lý ®Õn 24MHz, tuy nhiªn cã thÓ ®Æt tèc ®é thÊp h¬n ®Ó phï hîp víi c¸c øng dông kh¸c nhau. Hä vi xö lý nµy ph©n chia cÊu tróc cøng thµnh c¸c khèi ngo¹i vi sè vµ khèi ngo¹i vi t−¬ng tù kh¸c nhau víi mét CPU tèc ®é cao, bé nhí ch−¬ng tr×nh (Flash program memory), bé nhí d÷ liÖu (SRAM data). C¸c khèi nµy cho phÐp ng−êi dïng thiÕt lËp thµnh nhiÒu d¹ng thiÕt bÞ víi c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau. Víi m−êi hai khèi ngo¹i vi t−¬ng tù vµ t¸m khèi ngo¹i vi LCD(2x16) CY8C26443ADE7753 SPI KEYPAD CT Ph©n ¸p Nguån Nu«i 220V T¶i H×nh 26: S¬ ®å khèi cÊu tróc PMM100 63 sè, cã thÓ cÊu tróc thµnh c¸c bé ®Õm thêi gian, c¸c bé UART, bé ph¸t CRC, bé ®iÒu chÕ ®é réng xung PWM, c¸c bé ADC, DAC, cïng nhiÒu c¸c modul cao cÊp h¬n nh− modem, ®iÖn kiÓn ®éng c¬, sensor,... Mét hÖ lÖnh phong phó rÊt hiÖu cho phÐp dïng c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc thÊp, ngoµi ra cßn hç trî c¶ ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc cao (ng«n ng÷ lËp tr×nh C). Nh÷ng ®iÒu thÓ hiÖn kh¶ n¨ng mÒm dÎo d−êng nh− kh«ng giíi h¹n tÝch hîp trªn mét hÖ thèng vi xö lý PSoC cã thÓ t¹o ra mµ khã cã hä vi xö lý nµo ®¹t ®−îc. B¶ng sau m« t¶ c¸c th«ng sè c¬ b¶n cña hä PSoC. ADE7753 lµ mét IC chuyªn dông cho lÜnh ®o c¸c ®¹i l−îng ®iÖn, c¸c kh¶ n¨ng giao tiÕp víi vi xö lý qua mét cæng truyÒn th«ng nèi tiÕp SPI. CÊu h×nh cña ADE7753 ®−îc thiÕt lËp th«ng qua c¸c thanh ghi. Víi cÊu h×nh ®−îc thiÕt lËp, ADE7753 xö lý, tÝnh to¸n c¸c tham sè tõ ®Çu vµo dßng ®iÖn vµ ®iÖn ¸p, kÕt qu¶ tÝnh to¸n ®−îc l−u trong c¸c thanh ghi t−¬ng øng. C¸c thanh ghi cho phÐp truy nhËp ®äc/ghi tõ vi xö lý. PSoC lµ mét hä vi xö lý cã cÊu tróc mÒm dÎo, linh ho¹t, cho phÐp ng−êi dïng cã thÓ thiÕt lËp míi còng nh− thiÕt lËp l¹i cÊu h×nh mét c¸ch dÔ dµng. X©y dùng mét cæng truyÒn th«ng nèi tiÕp SPI víi bèn d©y tÝn hiÖu cã thÓ giao tiÕp dÔ dµng víi ADE7753. • SCLK: PSoC t¹o tÝn hiÖu clock, ph¸t ra ch©n SCLK ®Õn ADE7753 ®Ó ®ång bé c¸c ho¹t ®éng truyÒn vµ nhËn d÷ liÖu. CLK_0(); SCLCK møc 0 CLK_1(); SCLCK møc 1 • DIN: PSoC göi tÝn hiÖu trªn ch©n nµy ®Õn ADE7753. • DOUT: PSoC nhËn d÷ liÖu göi tõ ADE7753. Víi 4 d©y tÝn hiÖu trªn, c¸c hµm truyÒn th«ng chuÈn ®−îc viÕt thuËn tiÖn cho PsoC göi d÷ liÖu xuèng ADE7753 vµ nhËn d÷ liÖu vÒ. SendData_8bit(); PSoC göi 8 bit d÷ liÖu xuèng ADE7753 SendData_16bit(); PSoC göi 16 bit d÷ liÖu xuèng ADE7753 ReceiveData_6bit(); PSoC nhËn 6 bit d÷ liÖu tõ ADE7753 ReceiveData_8bit(); PSoC nhËn 8 bit d÷ liÖu tõ ADE7753 ReceiveData_12bit(); PSoC nhËn 12 bit d÷ liÖu tõ ADE7753 ReceiveData_15bit(); PSoC nhËn 15 bit d÷ liÖu tõ ADE7753 64 ReceiveData_16bit(); PSoC nhËn 16 bit d÷ liÖu tõ ADE7753 ReceiveData_24bit(); PSoC nhËn 24 bit d÷ liÖu tõ ADE7753 PSoC lµm viÖc trùc tiÕp víi c¸c thanh ghi cña ADE753. Khi truy cËp mét thanh ghi cña ADE7753, PSoC tr−íc tiªn göi mét m· 8 bit (§oc/Ghi, §Þa chØ thanh ghi truy cËp) ( dïng hµm SendData_8bit() ), ADE7753 nhËn vµ dÞch m· lÖnh ®Ó biÕt PSoC sÏ tiÕp tôc ®äc hay ghi lªn thanh ghi cña m×nh, vµ ®ã lµ thanh ghi nµo. NÕu PSoC tiÕp tôc göi d÷ liÖu xuèng ADE7753, tuú theo d÷ liÖu sÏ gäi hµm göi t−¬ng øng, nÕu PSoC tiÕp tôc ®oc thanh ghi cña ADE7753, tuú theo ®é lín d÷ liÖu sÏ gäi hµm nhËn t−¬ng øng. Nh− vËy PSoC thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô • PSoC qu¶n lý ho¹t ®éng cña thiÕt bÞ ®o, thùc hiÖn viÖc giao tiÕp víi ng−êi dïng qua keypad vµ mµn h×nh hiÓn thÞ LCD. • Göi gi¸ trÞ xuèng c¸c thanh ghi t−¬ng øng cña ADE7753 ®Ó thiÕt lËp cÊu h×nh, chÕ ®é ho¹t ®éng cho ADE7753. • Víi mçi chÕ ®é ®o, PSoC sÏ truyÒn ®Þa chØ xuèng thanh ghi kÕt qu¶ t−¬ng øng sau ®ã ®äc kÕt qu¶ vÒ. KÕt qu¶ nµy ®−îc xö lý, tÝnh to¸n cho ra gi¸ trÞ thùc mong muèn. • Thùc hiÖn c¸c biÖn ph¸p xö lý sai sè, nhiÔu cho kÕt qu¶ ®o b»ng c¸c bé läc mÒm. • KÕt qu¶ sau khi xö lý ®äc PSoC göi ra hiÓn thÞ trªn LCD. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö H×nh 27: M« t¶ m¹ch ®iÖn tö cña PMM100 ®· ®−îc thiÕt kÕ vµ thö nghiÖm 65 PhÇn mÒm nhóng cña thiÕt bÞ PMM100 L−u ®å phÇn mÒm thùc hiÖn: H×nh 28 m« t¶ ho¹t ®éng l−u ®å phÇn mÒm cña PMM100. B¾t ®Çu ho¹t ®éng, ch−¬ng tr×nh göi c¸c gi¸ trÞ thanh ghi chÕ ®é, ng¾t, chØnh offset xuèng ADE7753, thiÕt lËp cÊu h×nh cho hÖ thèng. Ch−¬ng tr×nh kiÓm tra cã vµo chÕ ®é calib kh«ng (chän b»ng jump), nÕu cã th× ch¹y ch−¬ng tr×nh calib, nÕu kh«ng hiÓn thÞ th«ng b¸o ch−¬ng tr×nh ®o, MENU hiÓn thÞ trªn LCD c¸c chøc n¨ng ®o kh¸c nhau, khi Ên phÝm “Chän chÕ ®ä” MENU hiÓn thÞ chøc n¨ng ®o tiÕp, 8 chøc ®o ®−îc hiÓn thÞ quay vßng , nÕu Ên phÝm “↵” CALIBRATE ? START CALIBRATION MENU Button ? I > 8 I = 0 Button ? YES NO YES NO NO YES CONFIGURATION I = 0 LCD Update I = I + 1 LCD Update ENTER Button ? YES NO LCD Update YES NO Configrate Measure Routine Measure Routine Urms (Irms) (W) (VA) (VAR) (PF) (F) (Wh) 1 2 3 H×nh 28: L−u ®å ch−¬ng tr×nh 66 ch−¬ng tr×nh gäi thñ tôc ®o t−¬ng øng. Mét thñ tôc ®o ®ang thùc hiÖn, nÕu cã phÝm Ên, sÏ dõng ch−¬ng tr×nh ®o vµ trë vÒ MENU hiÓn thÞ c¸c chøc n¨ng ®o ban ®Çu. H×nh 29 m« t¶ l−u ®å thñ tôc ®o gi¸ trÞ hiÖu dông (IRMS, VRMS). ViÖc ®äc gi¸ trÞ thanh ghi VRMS (/IRMS) ®−îc ®ång bé theo chu k× tÝn hiÖu nªn tr−íc tiªn thiÕt lËp chÕ ®é ng¾t, khi cã ng¾t th× ®äc gi¸ trÞ, sau ®ã reset tr¹ng th¸i ng¾t vµ tiÕp tôc chê ng¾t. §Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c, sÏ ®äc 3 lÇn. Ch−¬ng tr×nh sÏ tÝnh to¸n tõ 3 gi¸ trÞ nµy ra gi¸ trÞ dßng ®iÖn hiÖu dông (A), thÕ hiÖu hiÖu dông (V), gi¸ trÞ nµy ®−îc chuyÓn ra hiÓn thÞ trªn LCD, ®ång thêi kiÓm tra phÝm Ên, nÕu kh«ng cã ch−¬ng tr×nh tiÕp tôc ®oc gi¸ trÞ ®Ó tÝnh to¸n. Set Interrupt Enable for Zero crossing Reset Interrupt Status Register Read VRMS or IRMS Register Reset Interrupt Status Register Calculate Vrms(V) or Irms(A) Interrupt ? YES NO I = 0 YES NO I < 3 1 2 3 Reset Interrupt Status Register Set Interrupt Enable for Line Cycle Energy Accumulation Mode Read LAENERGY or LVAENERGY or LVARENERGY Register YES NO Read PERIOD Register Calculate W or VA or VAR Interrupt ? 2 1 3 H×nh 29: L−u ®å tÝnh gi¸ trÞ hiÖu dông H×nh 30: L−u ®å tÝnh n¨ng l−îng 67 H×nh 30 m« t¶ l−u ®å thñ tôc ®o n¨ng l−îng (W, VA, VAR), ch−¬ng tr×nh thiÕt lËp ng¾t theo sè mét nguyªn nöa chu k× tÝn hiÖu. Khi cã ng¾t, sÏ ®äc gi¸ trÞ thanh ghi LAENERGY (/LVAENERGY/LVARENERGY), gi¸ trÞ thanh ghi nµy ®−îc tÝnh to¸n ra gi¸ trÞ c«ng suÊt víi thø nguyªn W (VA, VAR ) vµ hiÓn thÞ trªn LCD. Ch−¬ng tr×nh kiÓm tra phÝm bÊm vµ reset thanh ghi trang th¸i, tiÕp tôc chê ng¾t. H×nh 31 m« t¶ l−u ®å ®o tÇn sè. §äc gi¸ trÞ thanh ghi PERIOD theo ng¾t b¸o chu kú tÝn hiÖu. H×nh 32 m« t¶ l−u ®å ®o Wh. §äc gi¸ trÞ thanh ghi AENERGY theo ng¾t b¸o sè nguyªn nöa chu k× tÝn hiÖu. Reset Interrupt Status Register YES NO Read PERIOD Register Interrupt ? Set Interrupt Enable for Zero crossing Calculate f(Hz) 1 3 2 Reset Interrupt Status Register Set Interrupt Enable for Line Cycle Energy Accumulation Mode YES NO Interrupt ? 2 Read AENERGY Register Accmulation Wh 1 3 H×nh 31: L−u ®å tÝnh tÇn sè H×nh 32: L−u ®å tÝnh Wh 68 H×nh 33 m« t¶ l−u ®å tÝnh hÖ sè c«ng suÊt. §äc 2 thanh ghi LAENERGY vµ LVAENERGY theo ng¾t b¸o sè nguyªn nöa chu k× tÝn hiÖu. c. §Æc tÝnh Kü thuËt cña thiÕt bÞ PMM100 PMM100 lµ thiÕt bÞ ®o c«ng suÊt v¹n n¨ng kü thuËt sè, giao diÖn th©n thiÖn víi ng−êi sö dông qua phÝm bÊm vµ mµn h×nh hiÓn thÞ LCD. C¸c ®Æc tÝnh kü thuËt ThÕ HiÖu D¶i ®o 15Vrms ®Õn 500Vrms §é chÝnh x¸c 0,25% ChÞu cùc ®¹i 5000Vrms Dßng ®iÖn D¶i ®o 200mA ®Õn 20A §é chÝnh x¸c 0,25% ChÞu cùc ®¹i 200Arms Reset Interrupt Status Register Set Interrupt Enable for Line Cycle Energy Accumulation Mode YES NO Interrupt ? Read LAENERGY Register Read LVAENERGY Register Calculate PF 1 3 2 H×nh 33: L−u ®å tÝnh cosφ 69 C«ng suÊt HiÖu dông D¶i ®o 0 ®Õn 10KW §é chÝnh x¸c 0,5% C«ng SuÊt Toµn phÇn D¶i ®o 0 ®Õn 10KVA §é chÝnh x¸c 0,5% C«ng SuÊt Ph¶n kh¸ng D¶i ®o 0 ®Õn 10KVAR §é chÝnh x¸c 0,5% Hª Sè C«ng suÊt D¶i ®o 0,000 ®Õn 1,000 §é chÝnh x¸c 0,5% TÇn sè D¶i ®o 45Hz ®Õn 65Hz §é chÝnh x¸c 0,1% C«ng SuÊt tÝch luü D¶i ®o 15 phót Nguån nu«i 220V/50Hz M«i tr−êng –400C ®Õn +850C Thiết bị PMM100 đã được cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Bộ quốc phòng đánh giá, kiểm tra và cấp giấy chứng nhận chất lượng số 2004-08 ngày 29/9/2004. Các chỉ tiêu kỹ thuật đã đáp ứng các yêu cầu đặt ra. 70 2.3.2.5 Hệ thống đo quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp “HÖ thèng ®o vµ quan tr¾c m«i tr−êng xÝ nghiÖp c«ng nghiÖp” gåm cã c¸c thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa RTU (Remote Terminal Unit) ®o c¸c gi¸ trÞ ë c¸c ®iÓm ®o xa, vµ truyÒn vÒ m¸y tÝnh xö lý trung t©m (Host) ch¹y ch−¬ng tr×nh EVIEW ®Ó tÝnh to¸n, hiÓn thÞ, xö lý, c¶nh b¸o, l−u tr÷ b»ng ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ch¹y trªn Windows qua m¹ng ETHERNET. HÖ thèng cã kh¶ n¨ng trao ®æi th«ng tin lín víi tèc ®é cao. ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa cã kh¶ n¨ng tÝnh to¸n c¸c thuËt xö lý th«ng minh, cã ®é bÒn ho¹t ®éng trong m«i tr−êng c«ng nghiÖp vµ kÝch th−íc gän nhÑ, tiªu Ýt n¨ng l−îng, víi gi¸ c¶ c¹nh tranh so víi c¸c thiÕt bÞ nhËp ngo¹i. Ch−¬ng tr×nh giao diÖn kiÓm so¸t trªn m¸y chñ EVIEW cã kh¶ n¨ng héi tho¹i, cã nhiÒu c«ng cô trî gióp vµ nhËn d÷ liÖu cña nhiÒu thiÕt bÞ RTU qua m¹ng Ethernet. HÖ thèng cã kh¶ n¨ng øng dông rÊt réng trong c¸c nhµ m¸y, phßng thÝ nghiÖm, c¸c ph©n x−ëng s¶n xuÊt tù ®éng ho¸. Hệ thống bao gồm: - ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa RTU (cã thÓ nèi 32 RTU vµo hÖ thèng) cã kh¶ n¨ng nèi ghÐp trùc tiÕp víi c¸c ®Çu ®o c«ng nghiÖp nh−: §Çu ®o tiÕng ån (Datalogging Sound level Meter - Model 407764), ®Çu ®o nhiÖt ®é vµ ®é Èm THDP, ®Çu ®o dé pH….®Ó ®o « nhiÔm n−íc, kh«ng khÝ, ®é ån… - Kh¶ n¨ng xö lý tÝn hiÖu m¹nh vµ phÇn mÒm xö lý tÝnh to¸n cã thÓ thay ®æi, n¹p l¹i tõ xa qua m¹ng Ethernet tèc ®é 10-100MHz. 1- 30 ®iÓm/1200m RS-232 RS-485 1 THDP-1 . . . Đầu đo tiếng ồn 30 8AI/4-20mA . . . . . . 8AI: 0-10V Ethernet đầu đo pH Hình 34. Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp 71 - ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa RTU ®−îc chÕ t¹o trªn c«ng nghÖ nhóng PC/104, cã dung l−îng bé nhí RAM, bé nhí FLASH lín vµ cã kh¶ n¨ng kÕt nèi m¹ng Ethernet víi giao thøc TCP/IP. RTU sö dông hÖ ®iÒu hµnh DOS6.2, cã ch−¬ng tr×nh t¹o m«i tr−êng vµ c¸c chøc n¨ng TCP/IP trªn DOS vµ th− viÖn c¸c thuËt ®iÒu khiÓn. - Ch−¬ng tr×nh giao diÖn kiÓm so¸t trªn m¸y chñ EVIEW cã kh¶ n¨ng héi tho¹i vµ nhËn d÷ liÖu cña nhiÒu thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa RTU qua m¹ng Ethernet. Ch−¬ng tr×nh cã giao diÖn th©n thiÖn víi ng−êi sö dông, cã chÕ ®é b¸o ®éng, l−u tr÷, in Ên d÷ liÖu vÒ m«i tr−êng…cho phÐp ph¸t triÓn c¸c øng dông toµn côc còng nh− thay ®æi ch−¬ng tr×nh xö lý cho tõng thiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa RTU. - EVIEW ch¹y trªn m¸y tÝnh PC cµi hÖ ®iÒu hµnh Win98 trë lªn sö dông giao thøc TCP/IP. - Cã thÓ nèi 4 m¸y tÝnh cã cµi EVIEW vµo hÖ thèng. M¸y tÝnh chñ víi ch−¬ng tr×nh EVIEW * HÖ thèng cã thÓ nhËn ®−îc 4 m¸y tÝnh chñ trªn m¹ng ®Ó cµi ch−¬ng tr×nh EVIEW. ¾ CÊu h×nh cña m¸y tÝnh cÇn cã: - Pentium2 hoÆc t−¬ng ®−¬ng trë lªn. - RAM 64 Mb trë lªn - Trªn ®Üa cøng 20Gb - HÖ ®iÒu hµnh Win98 trë lªn - Windows víi giao thøc TCP/IP - Card m¹ng khëi t¹o trong - Ổ đĩa mềm 1.44MB - Màn hình 16bit TrueColor 15” 800x600 - Card mạng Ethernet 10-100 Mbit/s - Sound Card & bộ loa phát âm thanh. ¾ Ch−¬ng tr×nh EVIEW Chương tr×nh EVIEW quản lý hệ thống đo qua mạng Ethernet tối đa được 32 thiÕt bÞ RTU theo dạng file dự ¸n (Project file) với hai chế độ làm việc: - Edit Mode : cho phÐp soạn thảo file dự ¸n và cã thể trong thời gian thực. - Run Mode : kh«ng cho phÐp soạn thảo file dự ¸n và cã thể chạy trong thời gian thực. Một file dự ¸n quản lý hệ thống đo qua mạng Ethernet gồm những phần sau: 72 - Hardware Configuration : thiết lập cấu h×nh phần cứng từng thiết bị RTU trong mạng. - Data Logging: thiết lập chế độ lưu dữ liệu từng điểm đo - Graphic Designer : soạn thảo c¸c màn h×nh đồ hoạ - Alarm System : chế độ b¸o động hệ thống - Data Monitoring : gi¸m s¸t số liệu c¸c điểm đo - Security System : Bảo mật hệ thống. Giao diÖn cöa sæ so¹n th¶o file dù ¸n Sau khi hoµn thµnh so¹n th¶o mét file dù ¸n, cã thÓ ch¹y file dù ¸n trong thêi gian thùc (Runtime) . Hình 35. Cửa sổ soạn thảo tệp dự án Hình 36. Màn hình giao diện chạy thời gian thực 73 Trong chÕ ®é ch¹y thêi gian thùc, cã thÓ gi¸m s¸t sè liÖu tøc thêi, b¸o ®éng hÖ thèng, b¸o c¸o sè liÖu theo ngµy/th¸ng/n¨m, báo cáo các báo động hệ thống. ( Xem chi tiÕt ë tµi liÖu “Ch−¬ng tr×nh EVIEW” ) ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa RTU ThiÕt bÞ ®Çu cuèi ®o xa RTU ®−îc chÕ t¹o trªn c¬ së c«ng nghÖ nhóng PC/104. Cấu h×nh phần cứng + PC/104, 800MHz, 512Mb RAM, 128Mb FLASH + ChÝp mạng Realtek-8139 + Connector RJ45 - cáp dây xoắn đôi + Tín hiệu tương tự: - 16 đầu vào tương tự - dạng điện áp - 8 đầu vào tương tự - dạng dòng - 2x12 bít đầu ra tương tự + Tín hiệu số: - 8 đầu vào số / 8 đầu ra số Hệ điều hành và phần mềm của RTU + Hệ điều hành DOS6.2 + Chương trình đọc các giá trị: Tiếng ồn từ đầu đo tiếng ồn (Datalogging Sound Level Meter - Model 407764), nhiệt độ và độ ẩm từ đầu đo THDP, qua cổng COM2, độ pH từ đầu đo PH HI-1333B qua bộ chuyển đổi pH HI 8614L… + Ngôn ngữ lập trình C, C++ + Chương trình tạo môi trường theo chuẩn của giao thức TCP/IP trên DOS, có các lệnh chính để truyền trên mạng Ethernet như nhận tên và địa chỉ IP của PC/EVIEW, nhận tên và địa chỉ IP của RTU do EVIEW đặt lại, nhận thời gian do EVIEW gửi để đồng bộ lại thời gian, nhận tệp ứng dụng mới được nạp lại từ EVIEW và cho chạy tệp này, gửi số liệu thời gian thực, gửi toàn bộ số liệu lưu trên đĩa theo yêu cầu của EVIEW. + Có thư viện trợ giúp người sử dụng: EDDKL.LIB, SOCKL.LIB, WATTCPBL.LIB 74 Khả năng ứng dụng của RTU + Kiểm tra và cảnh báo các tham số môi trường không khí, nước và tiếng ồn ở các xí nghiệp công nghiệp. + Có khả năng nổi trội như tốc độ xử lý nhanh, mở rộng cho nhiều điểm đo, các loại thông số và khu vực đo nhờ sử dụng công nghệ mạng Ethernet và các RTU đo xa. • RTU có thể hoạt động độc lập • RTU có thể hoạt động trong “Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp ” Hệ thống đo và quan trắc môi trường tự động có thêm các thành phần: - Điện cực đo PH HI-1333B, bộ chuyển đổi PH HI-8614L. - Đầu đo tiếng ồn Datalogging Sound Level Meter - Model 407764: mức đo 30-130db, dải tần số 31.5hz-8Khz, độ chính xác ±1,5dB. - Đầu đo nhiệt độ và độ ẩm THDP-1: độ chính xác đo nhiệt độ ±0,40C(50C – 400C), độ chính xác đo độ ẩm ±2.0 %RH, nguồn nuôi 9-15Vdc, cổng truyền mạng RS-485. - Máy tính đã cài đặt chương trình EVIEW. “Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp” đã sử dụng những công nghệ tiên tiến hiện nay. Công nghệ nhúng PC/104 tạo ra phần cứng của thiết bị vững chắc, nhỏ gọn, chịu được rung xóc. Các modul CPU, ADC, DAC, DIO.. đa dạng, mạng cục bộ Ethernet đạt tốc độ cao. Mạng tạo khả năng thêm các RTU dễ dàng, có thể đo và kiểm soát được vùng diện tích rộng. Phần mềm của thiết bị RTU đã cung cấp tất cả những phần cần thiết về đo các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, tiếng ồn, độ PH và chuyển đổi sang đơn vị phù hợp như DB, 0C, %.. Chương trình EVIEW chạy trên các máy PC thông thường với hệ điều hành Win9x/2000/XP…EVIEW cung cấp rất nhiều công cụ để giám sát toàn bộ hệ thống theo thời gian thực, dễ cài đặt, dễ sử dụng, đáp ứng được các yêu cầu của người sử dụng. “Hệ thống đo và quan trắc môi trường xí nghiệp công nghiệp” với các công nghệ phần cứng tiên tiến, phần mềm, dễ sử dụng, giá thành thấp hơn so với nhập ngoại rất có triển vọng được ứng dụng trong nước. 75 Hệ thống đo quan trắc môi trường đã được cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Bộ quốc phòng đánh giá, kiểm tra và cấp giấy chứng nhận kiểm tra chất lượng số 2004-09ngày 29/9/2004. Các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Các kết quả đo độ pH, nhiệt độ độ ẩm, tiếng ồn môi trường vượt các chỉ tiêu đặt ra ban đầu. 76 2.4. Tổng quát hoá và đánh giá kết quả thu được Đề tài đã triển khai các nội dung đặt ra đúng tiến độ và đã hoàn thành các sản phẩm đạt các chỉ tiêu đặt ra. Các sản phẩm của đề tài đều sử dụng công nghệ cao kết hợp với các giải pháp, thiết kế của các cán bộ nghiên cứu tham gia đề tài tạo ra các sản phẩm mới. Việc chế tạo mẫu thử nghiệm dựa vào các cơ sở chế tạo mạch in, cơ khí trong nước. Công việc tích hợp hệ thống và phát triển phần mềm, đo đạc, kiểm tra, thử nghiệm các sản phẩm do các cán bộ triển khai đề tài thực hiện, các sản phẩm đều được đưa đi đánh giá và kiểm tra chất lượng tại Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng - Bộ Quốc phòng. Các kết quả đánh giá đều đạt và có một số vượt các chỉ tiêu ban đầu. So với các sản phẩm nhập ngoại các chỉ tiêu chất lượng không thua kém. Về các công nghệ sử dụng trong các sản phẩm của đề tài đều là các công nghệ cao như PC/104, công nghệ tạo chip chuyên dung PSoC, công nghệ lập trình thời gian thực, các chip vi mạch chuyên dụng. Các công nghệ này có tính ổn định cao. Tuy nhiên để có một sản phẩm hoàn chỉnh có thể thương mại hoá được cần phải tiếp tục đầu tư để chuyển các sản phẩm mẫu được sản xuất tron