BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGHIÊM XUÂN GIANG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG XỬ LÝ SỐ LIỆU PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG CHO CÁC THÔNG SỐ DÒNG CHẢY LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS LÊ THANH TÙNG Hà Nội – Năm 2011 M c l c MỞ ĐẦU .4 CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG CHẢY CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Cơ sở chung phân loại phương pháp đo nhiệt độ .6 1.2 Các phương pháp đo tiếp xúc 1.2.1 Nhiệt kế nhiệt điện trở (Resistance Thermometer): a Bù sai số thay đổi điện trở đường dây nhiệt độ môi trường thay đổi .8 b Sơ đồ nguyên lý nhiệt kế nhiệt điện trở sử dụng mạch cầu không cân bằng, thị cấu lôgômmét từ điện .9 1.2.2 Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu (Thermocouples) 10 a Cấu tạo nguyên lý hoạt động nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu: .11 b Khắc phục sai số nhiệt độ đầu tự thay đổi: 12 1.2.3 Đo nhiệt độ cao phương pháp tiếp xúc 13 a Nguyên lý hoạt động .13 b Đặc điểm .13 1.2.4 Đo nhiệt độ dùng phần tử bán dẫn (điốt tranzito) 14 a Nguyên lý hoạt động .14 b Đặc điểm .15 c Mạch đo 15 1.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc 16 1.3.1 Phương pháp hỏa quang kế 16 a Hoả quang kế phát xạ 17 b Hoả quang kế cường độ sáng 19 c Hoả quang kế màu sắc 23 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT .26 2.1 Áp suất phương pháp đo áp suất 26 2.1.1 Áp suất đơn vị đo 26 a Khái niệm 26 b Đơn vị đo áp suất 27 2.1.2 Phương pháp đo áp suất .28 2.2 Áp kế dùng dịch thể 29 2.2.1 Vi áp kế kiểu phao .29 2.2.2 Vi áp kế kiểu chuông 31 2.2.3 Vi áp kế bù 32 2.2.4 Áp kế vành khuyên .33 2.3 Áp kế đàn hồi 35 2.3.1 Áp kế lò xo 35 2.3.2 Áp kế màng 37 2.3.3 Áp kế ống trụ .39 2.3.4 Áp kế kiểu đèn xếp .39 2.4 Áp kế điện 41 2.4.1 Áp kế áp trở 41 2.4.2 Áp kế áp điện .42 2.4.3 Áp kế điện dung 43 2.4.4 Áp kế điện cảm 45 a Áp kế điện cảm kiểu khe từ biến thiên 45 b Áp kế điện cảm kiểu biến áp vi sai 46 ĐO LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ .48 3.1 Cơ sở chung phân loại phương pháp đo lưu lượng 48 3.1.1 Cơ sở chung đo lưu lượng chất lỏng chất khí 48 3.1.2 Phân loại thiết bị đo lưu lượng chất lỏng chất khí 49 3.2 Các phương pháp đo lưu lượng 50 3.2.1 Lưu tốc kế cánh quạt (tuốcbin) (Turbine flowmeter) 50 a Cấu tạo 50 b Nguyên lý hoạt động .50 3.2.2 Lưu tốc kế kiểu cảm ứng (Electro-magnetic flowmeters) 51 a Cấu tạo 51 b Nguyên lý hoạt động .51 3.2.3 Phương pháp đo lưu lượng tần số dòng xoáy (Vortex Flow Metter) 52 a Nguyên lý hoạt động .52 b Đặc điểm phương pháp đo lưu lượng tần số dòng xoáy .54 c Nhiễu chống nhiễu 56 d Các quy định lắp đặt lưu lượng kể tần số dòng xoáy .57 3.2.4 Phương pháp đo lưu lượng siêu âm 61 a Nguyên lý hoạt động .61 3.2.5 Phương phấp đo lưu lượng cảm ứng điện từ .67 a Nguyên lý hoạt động .67 b Các tính chất kỹ thuật 68 3.2.6 Phương pháp đo lưu lượng cách đo độ giảm áp suất (Differential pressure flowmeters) 71 a Nguyên lý hoạt động .72 b Các đặc điểm lưu ý trình sử dụng 74 CHƯƠNG II HỆ THỐNG SỐ XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO .77 Tổng quan vi điều khiển PIC16F886 77 Các thông số vi điều khiển PIC16F886 78 Sơ đồ kết nối PIC16F886 với RS232 79 2.6.2 Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232 .83 2.6.3 Những đặc điểm cần lưu ý chuẩn RS232 83 2.6.4 Các mức điện áp đường truyền 83 2.6.5 Cổng RS232 PC 84 2.6.6 Quá trình liệu 85 Kết luận kiến nghị …………………………………………………………………… 82 Tài liệu tham khảo ……………………………………………………………………… 83 MỞ ĐẦU Trong công nghiêp nghiên cứu khoa học thuộc lĩnh vực học chất lỏng, vấn đề xác định thông số dòng chảy có tầm quan trọng đặc biệt Việc đánh giá kịp thời xác thông số dòng chảy công nghiệp cho phép đánh giá xác trạng thái hoạt động thiết bị, hệ thống công nghiệp, nhờ đưa biện pháp phù hợp nhằm đảm bảo trì chức chúng Các thông số dòng chảy xác định lý thuyết thông qua việc giải phương trình phương trình Navier – Stokes, phương trình liên tục,…với điều kiện ban đầu điều kiện biên tương ứng Về chất, phương trình kể mô hình toán học xây dựng dựa số giả thiết định mà độ xác nghiệm chúng nhiều trường hợp cần kiểm chứng kết thực nghiệm Để có kết thực nghiệm hệ thống thu thập liệu cần thiết Hiện nay, giới với phát triển mạnh mẽ ngành khoa học bản, khoa học vật liệu, công nghệ điện tử máy tính hệ thống đo lường thủy khí đại chế tạo sử dụng Đây hệ thống phức tạp, kết nối với máy tính điều khiển máy tính, cho phép thực thu thập, xử lý lưu trũ liệu cách nhanh chóng tự đông Giá thành hệ thống không nhỏ Ở Việt nam, số lượng hệ thống hạn chế Ngay trường đại học Bách khoa Hà nội, trường đại học công nghệ hàng đầu, phòng thí nghiệm Thủy lực, nơi đào tạo giảng dạy môn Cơ học chất lỏng cho toàn trường, thiết bị đo lường lạc hậu Quá trình thu thập xử lý liệu thực hoàn toàn thủ công Kết đo cho phép đánh giá định tính Với tư cách cán hướng dẫn thí nghiệm thủy lực, xuất phát từ nguyên nhân nói trên, tác giả luận văn mạnh dạn lực chọn đề tài: “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống số xử lý liệu dòng chảy” nhằm bước đầu áp dụng công nghệ đo lường xư lý liệu đại vào đào tạo Mục đích nghiên cứu: nghiên cứu chế tạo hệ thống số xử lý liệu dòng chảy, mà cụ thể nghiên cứu chế tạo thiết bị kết nối cảm biến thông số dòng chảy với máy tính Đối tượng nghiên cứu: lý thuyết đo lường thông số dòng chảy, mạch đo lường xử lý tín hiệu Phạm vi nghiên cứu: phương pháp đo lường thông số dòng chảy, mạch đo lường thuật toán xử lý tín hiệu Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng, chế tạo Nội dung đề tài: sở lý thuyết đo lường thông số dòng chảy, xây dựng hệ thống xử lý số, mô thực nghiệm CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA DÒNG CHẢY Để tiến hành việc thiết kế chế tạo mạch chuyển đổi phục vụ cho thiết bị đo đại lượng đặc trưng dòng chảy nhiệt độ, áp suất, lưu lượng… cần phải hiểu nắm bắt nguyên lý đo cấu tạo thiết bị Trong chương này, lý thuyết phương pháp đo trình bày CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Cơ sở chung phân loại phương pháp đo nhiệt độ Nhiệt độ thông số quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính vật chất nói chung chất lỏng nói riêng, nên trình kỹ thuật đời sống ngày hay gặp yêu cầu đo nhiệt độ Ngày hầu hết trình sản xuất công nghiệp, nhà máy có yêu cầu đo nhiệt độ Tùy theo nhiệt độ đo dùng phương pháp khác nhau, việc phân loại phương pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo Thông thường nhiệt độ đo chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình cao Ở nhiệt độ trung bình thấp: phương pháp thường đo phương pháp tiếp xúc nghĩa chuyển đổi đặt trực tiếp môi trường cần đo Đối với nhiệt độ cao: đo phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt môi trường đo Dụng cụ phương pháp đo nhiệt độ với dải khác trình bày bảng 1.1 1.2 Các phương pháp đo tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường sử dụng nhiệt xúc Có hai loại nhiệt xúc, gồm: + Nhiệt kế nhiệt điện trở + Nhiệt kế nhiệt ngẫu Ngoài ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -55 0C ÷ 200 0C, người ta thường ứng dụng IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt điốt, tranzito để đo nhiệt độ Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo: Bảng 1.1 Các dụng cụ phương pháp đo nhiệt độ với dải nhiệt độ khác + Đối với môi trường khí nước: chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy + Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi dễ gây tổn hao vật, với vật dẫn nhiệt Do diện tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt + Khi đo nhiệt độ chất dạng hạt (cát, đất ): cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối 1.2.1 Nhiệt kế nhiệt điện trở (Resistance Thermometer): Nhiệt kế nhiệt điện trở tạo thành từ dây platin, đồng, niken, bán dẫn quấn lõi cách điện đặt vỏ kim loại có đầu nối Nhiệt kế nhiệt điện trở dùng mạch đo để đo điện trở thông thường dùng mạch cầu không cân bằng, thị lôgômmét từ điện cầu tự động cân bằng, nhánh nhiệt điện trở a Bù sai số thay đổi điện trở đường dây nhiệt độ môi trường thay đổi Nếu nhiệt điện trở mắc vào mạch cầu hai dây dẫn Rd1 Rd2 (cầu hai dây), dụng cụ có sai số thay đổi điện trở đường dây nhiệt độ môi trường xung quanh thay đổi, sai số tính: ∆t = ∆R d R TαT Với + ∆Rd - thay đổi điện trở dây nối + Rd =Rd1 +Rd2 + RT αT - điện trở ban đầu nhiệt điện trở hệ số nhiệt độ (với T = 0 C) Để giảm sai số nhiệt độ môi trường thay đổi người ta sử dụng cầu ba dây hình 1.1 Hình 1.1 Cầu ba dây giảm sai số nhiệt độ môi trường thay đổi Trong sơ đồ hai dây mắc vào nhánh kề mạch cầu, dây thứ mắc vào nguồn cung cấp Khi cầu làm việc chế độ cân R1 =R2; Rd1 =Rd2 sai số thay đổi điện trở đường dây loại trừ Khi cầu làm việc chế độ không cân sai số giảm đáng kể so với cầu hai dây Thực chất, cầu làm việc chế độ không cân bằng, sai số chủ yếu thay đổi điện áp nguồn cung cấp gây nên b Sơ đồ nguyên lý nhiệt kế nhiệt điện trở sử dụng mạch cầu không cân bằng, thị cấu lôgômmét từ điện Sơ đồ nguyên lý trình bày hình 1.2 Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý nhiệt kế nhiệt điện trở sử dụng mạch cầu không cân bằng, thị cấu lôgômmét từ điện ISO 5167 đưa phương trình dùng lặp lặp lại cho việc tính toán liên tục giá trị gần ε đạt giá trị xác theo yêu cầu b Các đặc điểm lưu ý trình sử dụng + Tấm chắn: dùng để tạo thay đổi đột ngột đường ống, đơn giản gồm kim loại hình tròn chèn thêm vào mặt bích đường ống hình 3.23 Tấm chắn có tác dụng tạo chênh áp đo D D/2 với D đường kính ống: Hình 3.23 Cấu trúc lắp đặt chắn Ta thấy áp suất sau chắn thấp áp suất trước qua tấm chắn gây tổn hao áp suất (permanent pressure loss) Với ấm chắn tổn hao từ 0,51.∆p ÷ 0,96.∆p, với ống venturi 0,1.∆p ÷ 0,15.∆p Khi lưu chất chảy qua chắn, có lực đáng kể tác dụng lên bề mặt chắn bề mặt phải đủ cứng để chống lại tác động lực Chuẩn BS 1042 đưa độ dày chuẩn tối đa 0,1D Tấm chắn phải có cạnh sắc, cạnh 74 phải chịu ảnh hưởng mài mòn từ dòng chảy lưu chất nên làm từ vật liệu thép chống gỉ để tránh ăn mòn mức Trên bề mặt chắn phải khoan lỗ nhỏ, chất lỏng, lỗ nhỏ đặt phía để làm đường thoát cho khí hơi; lưu chất khí hay hơi, lỗ lại phải nằm phía dưới, nằm ngang với thành ống phép ngưng tụ qua + Lắp đặt chắn: cần thận trọng tiến hành lắp đặt chắn đường ống Việc lắp đặt gần chỗ rẽ hay van điều khiển gây thay đổi áp suất cục bộ, nên để khoảng trống mười lần đường kính ống (10D) trước sau chắn Có nhiều cách bố trí vòi lấy tín hiệu áp suất sử dụng với chắn Các cách bố trí thường gặp trình bày hình 3.24 Hình 3.24 Các cách bố trí lắp đặt chắn đường ống 75 Các chắn sử dụng nhiều ứng dụng thực tế nói thiết bị đo lưu lượng thông dụng + Đo độ chênh áp: việc chuyển đổi tín hiệu chênh áp thành tín hiệu điện đòi hỏi phải có biến đổi áp suất vi sai (∆p) Bộ biến đổi ∆p kết nối qua khối ống phân phối hình 3.25a Khối cho phép biến đổi cách ly để tháo lắp hay bảo dưỡng thông qua van B C Hình 3.25 Đo độ chênh lệch áp suất lưu lượng áp suất vi sai Bảng 3.1 Trình bày so sánh số phương pháp đo lượng thường dùng công nghiệp 76 CHƯƠNG II HỆ THỐNG SỐ XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐO Trong phần luận văn tập trung giải việc thiết kế chế tạo mạch điều khiển nhằm đọc thu thập liệu từ thiết bị đo Vi điều khiển PIC16F886 với máy tính thông qua RS232 đề cập chương thiết kế Tổng quan vi điều khiển PIC16F886 Bộ vi điều khiển ghi tắt Micro-controller mạch tích hợp chip lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động hệ thống Theo tập lệnh người lập trình, vi điêu khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian tiến hành đóng mở cấu Trong thiết bị điện điện tử vi điều khiển điều khiển hoạt động ti vi, máy giặt, đầu đọc lase, lò vi ba, điện thoại …Trong hệ thống sản xuất tự động, vi điều khiển sử dụng robot, hệ thống đo lường giám sát Các hệ thống thông minh vai trò vi điều khiển ngày quan trọng Hiện thị trường có nhiều họ vi điều khiển như: 6811 Motorola, 8051 Intel, Z8 Zilog, PIC Microchip Technology … Trong đề tài nghiên cứu PIC16F886 có nhiều ưu điểm loại vi điều khiển như: ADC 10 BIT, PWM 10 BIT, EEPROM 256 BYTE, COMPARATER, …ngoài trường đại học giới đặc biệt nước Châu Âu hầu hết xem PIC môn học môn vi điều khiển nói bạn thấy phổ biến rộng rãi Ngoài PIC nhiều nhà sản xuất phần mềm tạo ngôn ngữ hổ trợ cho việc lập trình ngôn ngữ Asembly :MPLAB, CCSC, HTPIC, MIRKROBASIC,… Hiện có nhiều dòng PIC có nhiều khác biệt phần cứng, điểm qua vài nét sau : + 8/16 bít CPU, xây dựng theo kiến trúc kiến trúc Harvard sửa đổi, với tập lệnh rút gọn (do PIC thuộc loại RISC) + Flash Rom tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbybe 77 + Các cổng xuất/nhập (mức lôgic thường từ 0v đến 5v, ứng với mức logic 1) + 8/16 bít timer + Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/ không đồng + Bộ chuyển đổi ADC + Bộ so sánh điện áp + MSSP Pripheral dùng cho giao tiếp I2C, SPI + Bộ nhớ nội EEPROM - ghi/ xoá lên tới hàng triệu lần + Modul điều khiển động cơ, đọc encoder + Hỗ trợ giao tiếp USB + Hỗ trợ điều khiển Ethernet + Hỗ trợ giao tiếp CAN + Hỗ trợ giao tiếp LIN + Hỗ trợ giao tiếp IRDA + DSP tính xử lý tín hiệu số Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F886 Các thông số vi điều khiển PIC16F886 + CPU tốc độ cao có 75 cấu trúc lệnh, cho phép kéo dài đến 83 cấu trúc lệnh 78 + Hầu hết cấu trúc lệnh chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẽ nhánh chương trình hai chu kỳ máy + Tốc độ làm việc: xung clock đến 40MHz, tốc độ thực thi lệnh 125ns + Bộ nhớ chương trình ( flash program memory) 32kbyte + Bộ nhớ liệu SRAM 1536 byte + Bộ nhớ liệu EEPROM 256 byte + port Vào + timer + capture/compare/PWM modules + enhanced capture/ compare/PWM modules + Giao tiếp nối tiếp : MSSP, enhanced USART + Cổng giao tiếp song song + 13 Analog to Digital module 10 bit + POR,BOR Bên cạnh vài đặc tính khác vi điều khiển như: + Bộ nhớ Flash có khả ghi xoá 100.000 lần + Bộ nhớ EEPROM với khả ghi xoá 1.000.000 lần + Flash/Dữ liệu nhớ EEPROM lưu trữ hàng 100 năm + Khả tự nạp chương trình với điều khiển phần mềm + Watchdog timer với dao động + Chức bảo mật mã chương trình + Chế độ SLEEP + Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác Sơ đồ kết nối PIC16F886 với RS232 Có nhiều mạch giao tiếp RS232 vi điều khiển hay thiết bị khác Ở ta sử dụng mạch giao tiếp kênh dùng ic Max232 2.1 Mạch chuẩn giao RS232 dùng IC Max232 79 Max232 IC chuyên dùng cho giao tiếp RS232 thiết bị ngoại vi Max232 IC hãng Maxim Đây IC chay ổn định sử dụng phổ biến mạch giao tiếp chuẩn RS232 Giá thành Max232 phù hợp (12K hay 10K) tích hợp hai kênh truyền cho chuẩn RS232 Dòng tín hiệu thiết kế cho chuẩn RS232 Mỗi đầu truyền cổng nhận tín hiệu bảo vệ chống lại phóng tĩnh điện (hình 15KV) Ngoài Max232 thiết kế với nguồn +5V cung cấp nguồn công suất nhỏ 2.2 Khối nguồn 80 Để cấp nguồn cho vi điều khiển ổn định ta sử dụng IC ổn áp 7805 theo sơ đồ hình vẽ 2.3 Khối đầu vào ADC 2.4 Khối tạo dao động cho vi điều khiển Sử dụng thạch anh 20MHz kết hợp với tụ gốm 22p để tạo dao động cho vi điều khiển 2.5 Khối điều khiển 81 2.6 Khối giao tiếp với máy tính 6.1 Đặt vấn đề Vấn đề giao tiếp PC vi điều khiển quan trọng ứng dụng điều khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 kỹ thuật sử dụng rộng rãi để ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính.Nó chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều thiết bị , chiều dài kết nối lớn cho phép để đảm bảo liệu 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s tốc độ 115kbit/s với số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa thời điểm có bit gửi dọc theo đường truyền Có hai phiên RS232 lưu hành thời gian tương đối dài RS232B RS232C Nhưng phiên RS232B cũ dùng RS232C dùng tồn thường gọi tên ngắn gọn chuẩn RS232 Các máy tính thường có cổng nối chuẩn RS232C gọi cổng Com Chúng dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lường Trên main máy tính có loại chân lại 25 chân tùy vào đời máy main máy tính Việc thiết kế giao tiếp với cổng RS232 tương đối 82 dễ dàng, đặc biệt chọn chế độ hoạt động không đồng tốc độ truyền liệu thấp 2.6.2 Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232 + Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao + Thiết bị ngoại vi tháo lắp máy tính cấp điện + Các mạch điện đơn giản nhận điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp 2.6.3 Những đặc điểm cần lưu ý chuẩn RS232 + Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn (logic 1) +-12V Hiện cố định trở kháng tải phạm vi từ 3000 Ω - 7000 Ω + Mức logic có điện áp nằm khoảng -3V đến -12V, mức logic từ ±3V đến 12V + Tốc độ truyền nhận liệu cực đại 100kbps ( ngày lớn hơn) + Các lối vào phải có điện dung nhỏ 2500pF + Trở kháng tải phải lớn 3000 ôm phải nhỏ 7000 Ω + Độ dài cáp nối máy tính thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m không sử model + Các giá trị tốc độ truyền liệu chuẩn : 50, 75, 110, 750, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400 56600, 115200 bps 2.6.4 Các mức điện áp đường truyền RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch dây dẫn đất Do từ đời mang vẻ lỗi thời chuẩn TTL, vấn sử dụng mức điện áp tương thích TTL để mô tả mức logic Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cố định giá trị trở kháng tải đấu vào bus phận trở kháng phát 83 Mức điện áp tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) mô tả sau: + Mức logic : +3V , +12V + Mức logic : -12V, -3V Các mức điện áp phạm vi từ -3V đến 3V trạng thái chuyển tuyến Chính từ - 3V tới 3V phạm vi không định nghĩa, trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao từ cao xuống thấp, tín hiệu phải vượt qua quãng độ thơì gian ngắn hợp lý Điều dẫn đến việc phải hạn chế điện dung thiết bị tham gia đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số hệ thống hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd 2.6.5 Cổng RS232 PC Hầu hết máy tính cá nhân trang bị cổng Com hay cổng nối tiếp RS232 Số lượng cổng Com lên tới tùy loại main máy tính Khi cổng Com đánh dấu Com 1, Com 2, Com Trên có loại đầu nối sử dụng cho cổng nối tiếp RS232 loại chân (DB9) 25 chân (DB25) Tuy hai loại đầu nối có song song hai loại đầu nối phân biệt cổng đực (DB9) cổng (DB25) Ta xét sơ đồ chân cổng Com chân: 84 Trên kí hiệu chân hình dạng cổng DB9 Chức chân sau: + chân : Data Carrier Detect (DCD) : Phát tín hiệu mang liệu + chân 2: Receive Data (RxD) : Nhận liệu + chân : Transmit Data (TxD) : Truyền liệu + chân : Data Termial Ready (DTR) : Đầu cuối liệu sẵn sàng kích hoạt phận muốn truyền liệu + chân : Singal Ground ( SG) : Mass tín hiệu + chân : Data Set Ready (DSR) : Dữ liệu sẵn sàng, kích hoạt truyền sẵn sàng nhận liệu + chân : Request to Send : yêu cầu gửi,bô truyền đặt đường lên mức hoạt động sẵn sàng truyền liệu + chân : Clear To Send (CTS) : Xóa để gửi ,bô nhận đặt đường lên mức kích hoạt động để thông báo cho truyền sẵn sàng nhận tín hiệu + chân : Ring Indicate (RI) : Báo chuông cho biết nhận nhận tín hiệu rung chuông 2.6.6 Quá trình liệu a Quá trình truyền liệu Truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 thực không đồng Do nên thời điểm có bit truyền (1 kí tự) Bộ truyền gửi bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết kí tự gửi đến lần truyền bit tiếp the Bit bắt đầu mức Tiếp theo bit liệu (bits data) gửi dạng mã ASCII( 5,6,7 hay bit liệu) Sau Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit dừng - bit stop 1, 1.5 hay bit dừng b Tốc độ Baud Đây tham số đặc trưng RS232 Tham số đặc trưng cho trình truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 tốc độ truyền nhận liệu hay gọi tốc độ bit Tốc độ bit định nghĩa số bit truyền 85 thời gian giây hay số bit truyền thời gian giây Tốc độ bit phải thiết lập bên phát bên nhận phải có tốc độ ( Tốc độ vi điều khiển máy tính phải chung tốc độ truyền bit) Ngoài tốc độ bit tham số để mô tả tốc độ truyền tốc độ Baud Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa liệu sử dụng để diễn tả bit truyền tôc độ bit phản ánh tốc độ thực tế mà bit truyền.Vì phần tử báo hiệu mã hóa bit nên hai tốc độ bit tốc độ baud phải đồng Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Trong thiết bị họ thường dùng tốc độ 19200 Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 yêu cầu sử dụng chuẩn thời gian chuyển mức logic không vượt 4% thời gian truyền bit Do vậy, tốc độ bit cao thời gian truyền bit nhỏ thời gian chuyển mức logic phải nhỏ Điều làm giới hạn tốc Baud khoảng cách truyền c Bit chẵn lẻ hay Parity bit Đây bit kiểm tra lỗi đường truyền Thực chất trình kiểm tra lỗi truyền liệu bổ xung thêm liệu truyền để tìm sửa số lỗi trình truyền Do chuẩn RS232 sử dụng kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ Một bit chẵn lẻ bổ sung vào liệu truyền để ch thấy số lượng bit "1" gửi khung truyền chẵn hay lẻ Một Parity bit tìm số lẻ lỗi chả hạn 1,3,,5,7,9 Nếu bit chẵn mắc lỗi Parity bit trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi không phát lỗi Do kỹ thuật mã hóa lỗi không sử dụng trường hợp có khả vài bit bị mắc lỗi 86 Kết luận kiến nghị Qua kết nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống xử lý số liệu phục vụ đo lường cho thông số dòng chảy kết đạt trình nghiên cứu khả ứng dụng vào thực tiễn đưa kết luận sau: Việc ứng dụng hệ thống xử lý đo thông số dòng chảy với máy tính phù hợp với điều kiện trường Đại học kỹ thuật nước Đề tài có khả ứng dụng vào thực tế Đề tài tổng hợp sở lý thuyết phương pháp đo lường đại lượng đặc trưng dòng chảy mà cụ thể nhiệt độ, áp suất lưu lượng - tham số quan tâm hàng đầu Trong đó, tập trung vào nguyên lý cấu tạo làm việc, dải làm việc phương trình đặc trưng Đề tài xây dựng sơ đồ nguyên lý chế tạo thiết bị giao diện, kết nối cảm biến đại lượng đặc trưng dòng chảy nhiệt độ, áp suất lưu lượng với máy tính Đề tài thiết lập sơ đồ thuật toán truyền tín hiệu đo từ cảm biến đến máy tính Trên sở thuật toán này, phần mềm điều khiển xây dưng Trong thời gian tới đề tài cần hoàn thiện theo hướng sau: + Đánh giá khả làm việc ổn định thiết bị kết nối + Xây dựng hoàn chỉnh hệ thống số xử lý liệu đo lường + Đánh giá chất lượng làm việc hệ thống xây dựng + Chuẩn hóa thương mại thiết bị kết nối cảm biến đo lường với máy tính 87 Tài liệu tham khảo Vu Duy Quang, 2004, Cơ học chất lỏng ứng dụng, NXB KHKT Phan Quốc Phô, 2007, Giáo trình cảm biến, NXB KHKT Hà Nội Ngô Diên Tập, 2006, Vi điều khiển với lập trình C, NXB KHKT Hà Nội Vũ Đức Thọ - Đỗ Xuân Thụ, 1996, Cơ sở kỹ thuật điện tử số, NXB giáo dục hà nội Principes fondamentaux de mesure du débit, FISHER-ROSEMOUWT” Managing The Process Better, 1997 Michel Rival, Les grandes expériences scientifiques, dans le chapitre 1822 Mesurer la vitesse du son, 1996 (ISBN 2-0202-2851-3) JCGM - Joint Committee for Guides in Metrology, « Vocabulaire international de métrologie — Concepts fondamentaux et généraux et termes associés (VIM) », 2008 Habrias H , La mesure du logiciel, nouvelle édition, Tekenea, Toulouse, 1995 Jean-Claude Hocquet, La métrologie historique, Paris, Presses Universitaires de France, 1995 10 Franck Jedrzejewski, Histoire universelle de la mesure, Paris, Ellipses, 2002, ISBN 2729811060 88 ... “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống số xử lý liệu dòng chảy nhằm bước đầu áp dụng công nghệ đo lường xư lý liệu đại vào đào tạo Mục đích nghiên cứu: nghiên cứu chế tạo hệ thống số xử lý liệu. .. lý liệu dòng chảy, mà cụ thể nghiên cứu chế tạo thiết bị kết nối cảm biến thông số dòng chảy với máy tính Đối tượng nghiên cứu: lý thuyết đo lường thông số dòng chảy, mạch đo lường xử lý tín hiệu... vi nghiên cứu: phương pháp đo lường thông số dòng chảy, mạch đo lường thuật toán xử lý tín hiệu Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng, chế tạo Nội dung đề tài: sở lý thuyết