Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo các chíp
BKH & CN Viện CNTT VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” Chủ nhiệm đề tài: KS Phan Minh Tân 5868 08/6/2006 Hà Nội, 12-2005 Bản quyền 2005 thuộc Viện Cơng nghệ thơng tin VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN 18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” Chủ nhiệm đề tài: KS Phan Minh Tân Hà Nội, 12-2005 Bản quyền 2005 thuộc Viện Công nghệ thơng tin Danh sách người thực A B Chủ nhiệm đề tài KS Phan Minh Tân Viện Công nghệ Thông tin Cán tham gia nghiên cứu PGS TSKH Phạm Thượng Cát Viện Công nghệ Thông tin ThS Trần Việt Phong Viện Công nghệ thông tin ThS Phạm Ngọc Minh Viện Công nghệ Thông tin KS Bùi Thị Thanh Quyên Viện Công nghệ Thông tin KS Phan Cao Hiệp Công ty Điện tử Bình Hồ KS Nguyễn Đức Thắng Viện Công nghệ Thông tin TS Nguyễn Ngọc Khoa Viện kỹ thuật Phịng khơng khơng qn ThS Vũ Sĩ Thắng Viện Công nghệ Thông tin 10 KS Chu Ngọc Liêm Viện Công nghệ Thông tin 11 KS Nguyễn Văn Hà Viện kỹ thuật Phịng khơng khơng qn BÀI TÓM TẮT Đề tài KC03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” nhằm mục đích ứng dụng phát triển công nghệ tạo chip thông minh bao gồm lựa chọn công nghệ phù hợp, tiến hành nghiên cứu làm chủ, phát triển phương pháp khoa học ứng dụng vào sản phẩm đo điều khiển có sức cạnh tranh cao thay nhập ngọai Ngoài đề tài nhằm vào mục tiêu quảng bá, đào tạo chuyển giao công nghệ thiết kế để tạo chip đo lường điều khiển thông minh Việt nam Xuất phát từ mục tiêu nêu đề tài tiến hành nghiên cứu tổng quan, thu thập thông tin liệu từ nhiều nguồn (internet, hội nghị, hội thảo, báo cáo thống kê ) để lựa chọn công nghệ phù hợp Từ nhu cầu thực tế sản xuất đời sống nước ta đề tài lựa chọn sản phẩm có yêu cầu số lượng lớn để triển khai nghiên cứu phát triển chip đáp ứng tiêu kinh tế kỹ thuật cho nhu cầu Đề tài tiến hành nghiên cứu tài liệu, mẫu mã nước kết hợp với cải tiến mở rộng chức năng, tìm tịi sáng tạo để phát triển sản phẩm phù hợp với hoàn cảnh Việt nam có chất lượng giá cạnh tranh Đề tài sử dụng công cụ phần mềm thiết kế mạnh hỗ trợ phát triển để rút ngắn thời gian phát triển thử nghiệm tập trung sức lực trí tuệ cho sáng tạo Phương pháp nghiên cứu bao gồm nghiên cứu nguyên lý hoạt động sản phẩm phương pháp xử lý Thiết kế hệ thống bao gồm thiết kế hệ thống phần cứng, hệ thống phần mềm, kết cấu khí quy trình chế tạo sản phẩm mẫu Trong bước sử dụng chương trình CAD để thiết kế Các công nghệ cao tạo chip công nghệ tạo chip PSoC, công nghệ FPGA, mạng nhúng lập trình thời gian thực cán nghiên cứu đề tài sâu tìm hiểu làm chủ Các sản phẩm mẫu thử nghiệm hiệu chỉnh phịng thí nghiệm mang thử nghiệm, đánh giá chất lượng Hội đồng khoa học , quan kiểm chuẩn Nhà nước Các kết nghiên cứu thường xuyên thảo luận seminar công bố hội nghị khoa học nước Một số sản phẩm áp dụng vào thực tiễn qua hợp đồng kinh tế Các kết đề tài đạt bao gồm: • Cơng bố cơng trình nghiên cứu tạp chí hội nghị quốc gia • Nghiên cứu thiết kế chế tạo sản phẩm bao gồm: - Chip cho hệ thống điều khiển máy lạnh DKML-1 RM-1 - Chip cho hệ thống kiểm sóat xâm thực (Access Control) dùng thẻ RFID: PROX1 PROX1.1 - Chip cho module PC/104 có khả tái cấu hình - Bo điều khiển máy lạnh sử dụng chip DKML-1 - Bộ Remote controller sử dụng chip RM-1 - Hệ thống kiểm sóat xâm thực AC-200 dùng thẻ nhận dạng không dây RFID - Máy chấm công WT1000 dùng thẻ nhận dạng không dây RFID đầu cấp phát thẻ RFID - Module thu thập liệu đa DAS PC/104 có khả tái cấu hình - Module lọc α-β PC/104 có khả tái cấu hình - Thư viện chương trình mẫu thiết kế chip đo điều khiển thông minh sử dụng công nghệ PSoC - Đào tạo nhiều cán nghiên cứu tiếp nhận công nghệ tạo chip PSoC nhiều sinh viên làm đồ án tốt nghiệp Đề tài hoàn thành sản phẩm theo yêu cầu Hợp đồng ký kết với Ban chủ nhiệm chương trình Tự Động Hóa KC-03 Bộ Khoa học Công nghệ Các điểm bật đề tài tóm tắt sau: - Đề tài trì truyền thống Viện CNTT ln tắt, đón đầu đưa cơng nghệ lĩnh vực đo lường điều khiển vào Việt Nam: giai đoạn 1991-1995- Công nghệ PLC; giai đoạn 19962000- Công nghệ PC/104 2001-2005- Công nghệ tạo chip PSoC Một số sản phẩm đề tài tạo dấu ấn như: Hệ thống kiểm sóat xâm thực AC-200 dùng thẻ RFID đọat cúp vàng Techmart2005 giải thưởng CNTT 2005 cầu vàng Các sản phẩm dùng thẻ RFID đề tài AC-200 WT1000 nhiều công ty nước xin nhận làm đại lý phân phối chế tạo hàng lọat thay cho số sản phẩm phải nhập ngọai Sản phẩm module thu thập liệu đa DAS PC/104 module thu thập liệu PC/104 giới có khả tái cấu hình Đây kết chứng tỏ khả nghiên cứu phát triển sản phẩm công nghệ cao cán tham gia đề tài - Trong sản phẩm đề tài chứa đựng ý tưởng giải pháp kết hợp với cơng nghệ cao tạo sản phẩm có hàm lượng chất xám giá trị gia tăng - Trong q trình triển khai, đề tài khơng ngừng quảng bá giải pháp công nghệ áp dụng qua seminar, hội nghị, tạp chí tạo nên địa tin cậy cho đồng nghiệp tiếp cận thông tin công nghệ - Đề tài ký hợp đồng trị giá 220 triệu có nhiều khả hợp tác đưa công nghệ tạo chip thông minh PSoC vào sản phẩm khác Việt nam MỤC LỤC - Trang nhan đề - Danh sách cán tham gia đề tài - Bài tóm tắt - Mục lục PHẦN CHÍNH BÁO CÁO Lời mở đầu Nội dung báo cáo 12 2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước nước 12 2.2 Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 17 2.3 Những nội dung thực 19 2.3.1 Nghiên cứu lý thuyết 19 2.3.2 Nghiên cứu thiết kế chế tạo sản phẩm 20 2.3.2.1 Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển 20 máy lạnh a Chip DKML-1 20 b Bo điều khiển máy lạnh cục 12000 BTU 18000 22 BTU c Phần mềm 24 d Thiết kế chế tạo điều khiển xa hồng ngoại 36 2.3.2.2 Hệ thống kiểm sóat xâm thực (Access Control) sử 42 dụng thẻ nhận dạng không dây RFID a Chip PROX-1 43 b Bộ điều khiển AC-200-C dùng thẻ RFID 45 c Chương trình Quản lý mã thẻ PC AC200_SW 51 d Hệ thống chấm công sử dụng thẻ RFID 58 e Hệ thống cấp phát thẻ RFID 59 2.3.2.3 Module thu thập liệu đa PC/104 có khả 60 tái cấu hình a Cơ sở lý thuyết nguyên lý thiết kế, chế tạo 61 b Các cấu hình lựa chọn 64 2.3.2.4 Module lọc α-β PC/104 có khả tái cấu hình a Thiết kế Module lọc α-β PC/104 có khả tái cấu 71 72 hình b Các cấu hình lựa chọn 2.3.3 Thư viện chương trình mẫu thiết kế chip đo điều 75 82 khiển thông minh sử dụng công nghệ PSoC 2.4 Đánh giá kết thu 94 Kết luận kiến nghị 95 Lời cảm ơn 96 PHẦN CHÍNH BÁO CÁO LỜI MỞ ĐẦU Đề tài KC03.20 “Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh cho đo lường điều khiển” thuộc chương trình cấp Nhà nước “Nghiên cứu khoa học phát triển công nghệ Tự động hóa ” KC-03 KS Phan Minh Tân Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện Khoa học Cơng nghệ Việt Nam làm quan chủ trì Đề tài thực vòng 24 tháng, từ tháng 1/2004 đến tháng 12/2005 Mục tiêu đề tài nhằm ứng dụng phát triển công nghệ chế tạo chip thông minh cho lĩnh vực đo lường điều khiển Việt Nam bao gồm lựa chọn công nghệ phù hợp, tiến hành nghiên cứu làm chủ, phát triển phương pháp khoa học ứng dụng công nghệ tạo chip thông minh vào sản phẩm đo điều khiển có sức cạnh tranh cao thay nhập ngọai Ngồi đề tài cịn nhằm vào mục tiêu quảng bá, đào tạo chuyển giao công nghệ thiết kế để tạo chip đo lường điều khiển thông minh Việt nam Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm: Nghiên cứu làm chủ công nghệ PSoC (Programmable System on chip) công cụ phần cứng phần mềm cho phát triển chip thông minh sở chip PSoC trắng bao gồm: • Hệ chương trình tự động thiết kế chip PSoC Designer 4.2 • Cơng cụ mơ mạch ICE (In Circuit Emulation) • Các cơng cụ tìm lỗi (Debugger) • Ngơn ngữ lập trình Assembler C PSoC • Các module ứng dụng (user module) IP (Intellectual Properties) cho thiết kế chip đo điều khiển Thiết kế chế tạo: - Chip điều khiển máy lạnh - Bo điều khiển máy lạnh sử dụng chip thiết kế - Chip cho điều khiển xa hồng ngoại máy lạnh - Bộ điều khiển xa hồng ngoại cho máy lạnh Và sử dụng sản phẩm cho lắp ráp máy lạnh 9-12000BTU, 18000BTU Nghiên cứu thiết kế chip cho đầu đọc nhận dạng thẻ tiếp cận RFID 125 KHz phát triển hệ thống tự động mở cửa kiểm soát vào quan dùng thẻ tiếp cận gồm: - đầu đọc thẻ - điều khiển cổng phối ghép PC - chương trình kiểm sốt quản lý nhân vào cổng chạy PC Xây dựng thư viện module chương trình mẫu cho thiết kế chip phục vụ cho đo lường điều khiển theo công nghệ PSoC Nghiên cứu thiết kế chế tạo card thu thập liệu PC/104 có khả tái cấu hình (Reconfigurable PC/104 Data Acquisition Card) với đặc tính sau: • Format theo chuẩn PC/104 • Có khả tự chọn ngoại vi ADC, DAC, Di, Do, Timer truyền liệu • Có khả tái cấu hình (Reconfigurable) • Kết hợp công nghệ FPGA với công nghệ PSoC Danh mục sản phẩm khoa học công nghệ cần đạt đề tài KC.03.20 TT TÊN SẢN PHẨM SỐ LƯỢN G CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT Các công trình, báo Thư viện chương trình mẫu cho thiết kế chip thông minh theo công nghệ PsoC Đưa phương pháp, thuật toán xử lý, ngun lý có tính cải tiến, sáng tạo mặt học thuật Các cơng trình nhận đăng tạp chí, hội nghị khoa học Bộ chương trình thư viện với tài liệu hướng dẫn sử dụng Chip DKML-1 20 Chip Remote RM-1 20 GHI CHÚ - CPU 24 MHz, bits, 16k FLASH - ADC - FLASH - DAC PWM - Phối ghép IrDA - Digital I/O - Bộ lọc tần số thấp - Chương trình điều khiển máy lạnh hội thoại với remote chế độ - CPU 24Mhz, 8K FLASH - Bộ phối ghép LCD - Bộ phối ghép IrDA - Chương trình điều khiển cho máy lạnh tương thích với chip DKML-1 - Bộ phối ghép phím ấn - Chế độ Wake-up Bo điều khiển máy lạnh sử dụng chip DKML-1 Bộ điều khiển từ xa cho máy lạnh sử dụng chip RM-1 Chip đọc thẻ PROX1 (Radio Frequency) đọc thẻ không tiếp xúc 20 Hệ thống kiểm soát xâm thực tự động mở cổng sử dụng chip đọc thẻ PROX1 Module DAS PC/104 Có khả tái cấu hình Thay bo điều khiển máy lạnh VBH-12L/VBH-12N phải nhập ngoại dây chuyền sản xuất Cơng ty Điện tử Bình hồ Thay điều khiển xa cho máy lạnh VBH-12L/VBH-12N phải nhập ngoại dây chuyền sản xuất Công ty Điện tử Bình hồ - Tần số mang vơ tuyến 125kHz - Biến điệu FSK - Chuẩn ISO-PROX - CPU - FLASH Mạch phối ghép nối tiếp UART - Đầu đọc thẻ Proximity dùng chip PROX - - Bộ điều khiển đóng mở cửa tự động kết nối PC - Chương trình quản lý kiểm sốt lưu trữ báo cáo chạy PC/Windows theo ngôn ngữ Việt Nam - Công nghệ FPGA PSoC - Cho phép lựa chọn ADC 8-14 BITS DAC 8-10 BITS TIMER 8-24 BITS COUNTER 8-24 BITS DIO 8-16 KÊNH Truyền thông UART, 12C, SPI, RS232 - Có khả tái cấu hình 10 2.3.3 Thư viện chương trình mẫu thiết kế chip đo, điều khiển thông minh sử dụng công nghệ PSoC Thư viện chương trình mẫu bao gồm chương trình ví dụ cho phát triển chip đo điều khiển chuyên dụng công nghệ PSoC Đề tài phát triển tập hợp module chương trình ví dụ sau thư viện bao gồm: Hiển thị trình bày LCD Điều khiển hiển thị giá trị analog sử dụng DAC Đo hiển thị giá trị analog voltage sử dụng ADC, DAC Điều khiển, hiển thị thị hệ thống nút bấm Điều khiển đầu digital input/output Truyền thơng ghép nối máy tính thơng qua RS-232 Truyền thơng ghép nối máy tính thơng qua mạng RS-485 Ứng dụng đếm Mạch cung cấp dòng ứng dụng chuyển đổi DAC Module Scblock Thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm điểm sương THDP-1 Phối ghép hình đồ họa Graphic LCD Bộ đo truyền tín hiệu nhiệt độ PT100 Transducer sử dụng cơng nghệ tạo chip PSoC Sau phần mô tả toám tắt chức module chương trình trên: HIỂN THỊ VÀ TRÌNH BÀY TRÊN LCD u cầu chương trình Giúp người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức điều khiển hiển thị trình bày hình LCD Ví dụ thực hiện: + In dòng chữ “PSoC Welcome” hàng 0, cột hình LCD + In dòng chữ “Welcome to Department for Robotics and Automation Technology” LCD hàng Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu tốn đặt - Lập trình cho ứng dụng ĐIỀU KHIỂN VÀ HIỂN THỊ GIÁ TRỊ ANALOG SỬ DỤNG DAC Mục đích chương trình Hỗ trợ người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức điều khiển hiển thị giá trị analog sử dụng DAC Ví dụ cần thực hiện: 91 + in dòng chữ “Convert DAC” hàng 0, cột hình LCD + in dịng chữ “DAC: Input “ LCD hàng 1, với Input giá trị số vào nằm dải từ 0-510 ( giá trị Input giá trị số tăng dần đến 510, lại bị reset 0, trình lặp lại), điện áp ra(0-5V) chân P0[3] chíp PSoC Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu toán đặt - Lập trình cho ứng dụng ĐO VÀ HIỂN THỊ CÁC GIÁ TRỊ ANALOG VOLTAGE SỬ DỤNG ADC, DAC Mục đích chương trình Hỗ trợ người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức đo hiển thị giá trị analog voltage sử dụng ADC, DAC Ví dụ cần thực hiện: + in dòng chữ “ADCO: OutADC “ hàng LCD, với OutADC giá trị số biến đổi A/D, điện áp vào chuyển đổi cung cấp chân P0[1] chíp Psoc qua khâu khuếch đại PGA + in dòng chữ “DACI: InDAC “ hàng LCD, với InDAC giá trị số vào nằm dải từ 0-510, điện áp ra(0-5V) chân P0[3] chíp Psoc +Giá trị số đầu ADC đầu vào số chuyển đổi DAC Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu tốn đặt - Lập trình cho ứng dụng ĐIỀU KHIỂN, HIỂN THỊ VÀ CHỈ THỊ CÁC HỆ THỐNG NÚT BẤM Mục đích chương trình Hỗ trợ người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức điều khiển, hiển thị thị hệ thống nút bấm Ví dụ cần thực hiện: +Khi ấn nút thi hiển thị “Button 1” dòng hình LCD Khi ấn thêm lần nữa, dịng chữ bị xố + tương tự cho nút thứ 2, ký tự “Button 2” hiển thị dòng LCD Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu toán đặt - Lập trình cho ứng dụng 92 ĐIỀU KHIỂN CÁC ĐẦU DIGITAL INPUT/OUTPUT Mục đích chương trình Hỗ trợ người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức điều khiển đầu Digital Input/Output Ví dụ cần thực hiện: + In dòng chữ “Test Digital In/Out” vị trí (0,0) hình LCD + Với đầu Digital Input/Output, cần lập trình để DI on/off DO có trạng thái tượng tự Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo u cầu tốn đặt - Lập trình cho ứng dụng TRUYỀN THƠNG GHÉP NỐI MÁY TÍNH THƠNG QUA RS-232 Mục đích chương trình Giúp người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức truyền thơng ghép nối máy tính thơng RS-232 Ví dụ thực hiện: + in dòng chữ “Welcome” hàng 0, cột hình LCD + Thực chức truyền/nhận với máy tính PC qua cổng RS-232 - RS-232 đặt với cấu hình: tốc độ 9600baud, no parity, stop bít - In dòng chữ “ ” LCD hàng 1, với “ ” chuỗi nhận PC gửi xuống, chuỗi ký tự nhận gửi trở lại máy tính PC Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu toán đặt - Lập trình cho ứng dụng TRUYỀN THƠNG GHÉP NỐI MÁY TÍNH THƠNG QUA MẠNG RS-485 Mục đích Giúp người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức truyền thơng ghép nối máy tính thơng qua mạng RS-485 Ví dụ thực hiện: + In dòng chữ “WelCome RS-485” hàng 0, cột hình LCD + Thực chức truyền/nhận với máy tính PC qua mạng RS-485 - RS-232 đặt với cấu hình: tốc độ 9600baud, stop bít - In dòng chữ “ ” LCD hàng 1, với “ ” chuỗi nhận PC gửi xuống, gửi trở lại máy tính PC chuỗi Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu toán đặt - Lập trình cho ứng dụng Lưu ý: trước sử dụng ví dụ nên đọc kỹ ví dụ 93 ỨNG DỤNG BỘ ĐẾM Mục đích Giúp người sử dụng lập trình cho chíp PSoC để thực chức điều khiển, ứng dụng đếm Ví dụ thực hiện: + Hiển thị hình LCD dịng chữ “Using Counter” hàng + Sử dụng đếm counter với xung đầu vào, đọc số đếm counter(dải giá trị từ 0-16), ứng với số đếm đưa tổ hợp đèn DO[] sáng Để thực ví dụ này, người sử dụng cần làm theo bước sau: - Tạo lập project - Lựa chọn thiết bị sử dụng theo yêu cầu tốn đặt - Lập trình cho ứng dụng Mạch cung cấp dòng ứng dụng chuyển đổi DAC Module SCBLOCK Mục đích Giúp cho người sử dụng tạo nguồn dòng ổn định cho hệ thống đo lường Mạch cung cấp dịng có nhiệm vụ cung cấp dòng điện ổn định cho tải Mạch thường sử dụng mạch cảm biến, mạch truyền tín hiệu từ Một ví dụ ứng dụng mạch cấp cảm biến tới thiết bị đích, vv dịng Trong hình vẽ ứng dụng tiêu biểu mạch cung cấp dòng Một chuyển đổi có trở kháng thay đổi từ ÷ 300 Ω tùy theo thay đổi đại lượng đo, cung cấp nguồn dịng có trị số ổn định mA Mạch cấp dòng ứng dụng PSoC Sơ đồ mạch Mạch cấp dòng ứng dụng PSoC có sơ đồ nguyên lý sau: Trong mạch sử dụng khuếch đại vi sai, điện áp mơ tả phương trình: Vout = K (Vload − Vset ) (1) Mạch phát nguồn dòng PSoC 94 Do trở kháng vào khuếch đại vi sai lớn, nên dòng chạy qua Rload coi với dòng chạy qua Rset bằng: iset = Vout − Vload Rset (2) Thay phương trình (1) vào phương trình (2) ta được: iset = ( K − 1)Vload − K Vset Rset (3) Nếu cho K = phương trình trở thành: iset = − Vset Rset Khi ứng dụng PSoC, nguồn Vset thay nguồn cung cấp chuyển đổi DAC, cách này, ta dễ dàng thay đổi điện áp đặt cách xác, qua đặt dịng điện cấp cho tải cách xác THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM VÀ ĐIỂM SƯƠNG Mục tiêu Giới thiệu giải pháp thiết kế tổng thể thiết bị đo dùng PSoC Giải pháp cho thiết bị đo nhiệt độ độ ẩm điểm sương bao gồm: a Lựa chọn công nghệ PSoC (Programmable System on Chip) hãng Cypress Micro System làm công nghệ chủ chốt để phát triển thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm điểm sương PSoC có khả xử lý hỗn hợp liệu tương tự số Nó cho ta khả phát triển sản phẩm nhanh, dễ dàng mở rộng chức sau Công nghệ cho nhiều giải pháp lựa chọn hỗ trợ cho đa dạng ứng dụng từ đo lường, xử lý, điều khiển, truyền thông, kết nối mạng chip với giá thành thấp b Lựa chọn chip sensor SHTxx hãng SENSIRION Đây chip có tiêu kỹ thuật giá phù hợp Nguyên lý hoạt động công tắc CT để đặt địa 485 cho thiết bị Máy tính PC lấy số liệu cực đại 16 thiết bị THDP-1 qua chuẩn RS485 để xử lý, hiển thị, lưu trữ.v…v Tốc độ truyền RS485 9600 baud, Counter BaudRate làm Clock cho tốc độ khối chức Phát Nhận: Rx Tx Chip MAX485 để chuyển đổi mức tín hiệu chuẩn 485 (Xem hình 2) 95 PSoc Cy8c26443 LcD 8x2 §K(3) LCD Data(4) +5V CPU RAM FLASH Va` PhÇn MỊm Counter Timer SHT1x Counter BaudRate Tx8 MAX 485 Rx8 CT Sơ đồ mạch điện tử thiÕt bÞ PHỐI GHẾP PSOC VỚI MÀN HÌNH ĐỒ HỌA GRAPHIC COG LCD Mục tiêu: Chương trình mẫu phối ghép PSoC với hình COG Màn hình COG (Chip On Glass) lọai hình tiết kiệm lượng dùng cho thiết bị cầm tay Ở Việt nam chưa có đơn vị nghiên cứu phát triển sản phẩm sử dụng công nghệ Đa số sử dung hình LCD bình thường có dịng tiêu thụ lớn Màn hình COG ví dụ lọai có chip điều khiển S6B1713 Việc phối ghép COG với PSoC tiến hành qua phối ghép với chip S6B1713 Chip S6B1713 chip điều khiển LSI cho hệ thống hình đồ hoạ tinh thể lỏng Nó bao gồm 65 hàng 132 cột Chip kết nối thẳng với microprocessor, kết nối nối tiếp song song, liệu chứa Display Data RAM (có sẵn chip – mảng hai chiều 65x132) S6B1713 cung cấp chế độ hiển thị linh hoạt có tương ứng -1 bít liệu DDRAM pixel hình LCD chip thực q trình đọc ghi liệu khơng cần có clock ngồi, làm giảm đến mức tối thiểu lượng tiêu thụ Thêm vào đó, hệ thống chứa mạch cung cấp lượng cần thiết để cung cấp cho phận tinh thể lỏng, chế tạo hệ thống với số thành phần 96 Một số đặc tính Chip S6B1713: Giao tiếp với vi xử lý: Với đặc tính mềm dẻo S6B1713 kết nối trực tiếp với vi điều khiển theo hai chiều bit song song nối tiếp Riêng với kết nối theo kiểu giao chiều (chỉ viết) Tập lệnh đa dạng, Reset phần cứng phần mềm Các mạch analog xây dựng Chip: - Mạch tạo dao động - Mạch chuyển đổi điện áp - Mạch biến đổi điện áp ( đẩy điện áp VDD lên gấp 2, 3, 4, tùy cách ghép nối) - Mạch điều chỉnh điện áp (hệ số nhiệt độ: -0.05%/°C, -0.2%/°C) - Mạch theo dõi điện áp Dải điện áp làm việc: - Nguồn cung cấp từ: 2.4 đến 3.6 V - Có thể đẩy điện áp lên để cung cấp cho LCD họat động (VLCD = V0 VSS): 4.0 đến 15.0 V Tiêu thụ điện thấp: - 70 uA Thiết kế ghép nối hình đồ họa LCD PSoC: Miêu tả chức chân COG LCD: Chân I/O CS1B (chip select) I RESETB I I RS RW_WR I E_RD I DB7-DB0 I/O Chức Dữ liệu lệnh vào có hiệu lực chân CS1B mức “L” Chân đầu vào Reset, RESETB=L việc khởi tạo thực xong Thanh ghi lựa chọn chân đầu vào: RS = "H": DB0 - DB7 dùng để hiển thị liệu lên hình LCD RS = "L": DB0 - DB7 dùng để chứa Byte điều khiển Tín hiệu đọc viết liệu, hiển thị điều khiển lên LCD Tín hiệu điều khiển trạng thái đọc viết liệu lên LCD bit liệu kết nối trực tiếp với chân vi xử lý 97 Sơ đồ nguyên lý kết nối COG LCD PSoC - COG LCD GRAPHICS CS1B RESETB RS RW_WR E_RD D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 MI VSS VDD VOUT C3+ C3C1+ c1C2+ C2V0 V1 V2 V3 V4 VSS P1.7 P1.6 P1.5 470 ohm VCC P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 10 P0.4 11 P0.5 12 P0.6 13 P0.7 10 14 11 15 - 16 17 + 12 VCC 13 3.3uF 14 P0.7 PSoC VCC P0.5 CY8C27443 P0.6 P0.3 P0.4 P0.1 P0.2 P2.7 P0.0 P2.5 P2.6 P2.3 P2.4 P2.1 P2.2 SMP P2.0 P1.7 XRES P1.5 P1.6 P1.3 P1.4 P1.1 P1.2 VSS P1.0 28 VCC 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 18 19 3.3uF 20 21 3.3uF 22 23 3.3uF 24 25 26 1uF 1uF 100K 1uF 27 28 29 1uF 1uF 98 Thiết kế phần mềm điều khiển LCD: Kết nối LCD vi xử lý nói chung dược thực theo ba cách khác có nối tiếp hai kết nối song song Việc xác định kiểu kết nối thể giá trị chân thơng qua hình đưới Ở sơ đồ ghép nối ta nhận thấy CS1B MI ghép với mức thấp Do LCD hoạt động chế độ MPU series Và kiểu giao tiếp với PSoC giao tiếp song song Để làm việc với LCD cần thay đổi trạng thái ba bit điều khiển: RS, RESETB, RW_WR Khi thực chức đọc liệu từ DDRAM vào PSoC, ghi liệu bit lên DDRAM để hiển thị, đọc trạng thái ghi điều khiển, cuối viết lệnh lên ghi Đối với chức hai chức viết liệu hiển thị viết cấu hình tới ghi để thiết lập chế độ hoạt động cho LCD quan trọng Tạo phông hiển thị cho hình COG LCD: Sau thiết lập cấu hình xong cho LCD, vấn đề khơng phần quan trọng tạo phơng cho LCD Do LCD thiết kế theo kiểu ma trận điểm 132 cột 65 hàng, chia thành trang, trang lại bao gồm dòng Do tạo ký tự tạo biểu tượng với kích thước cách dễ dàng việc sử dụng phần mềm LcdProgram Phần mềm thiết kế theo ma trận điểm bao gồm 128 cột 64 dòng Để tạo phông mong muốn cần sử dụng chuột trái để kích lên nhỏ chương trình (mỗi tương ứng với bit) Sau nhấn nút với nhãn 8051 để lấy mã số thực tương ứng biểu tượng BỘ ĐO VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ PT100 TRANSDUCER SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ TẠO CHIP PSoC Mục tiêu: Ví dụ phối ghép nhiệt điện trở PT100 với PSoC Cảm biến nhiệt điện trở (RTD) thường dùng công nghiệp loại chế tạo từ platinum Điện trở loại vật liệu có độ ổn định xác cao, có đáp ứng gần tuyến tính giải rộng (-2000C ÷ 8500C) Nhiệt điện trở Platinum khơng địi hỏi cáp dẫn truyền đặc biệt, khơng cần đầu tham chiếu lạnh (cold junction reference) Các loại nhiệt điện trở thường dùng công nghiêp mô tả bảng sau: Tên RTD Chất Liệu Điểm chuẩn 99 50 Platinum PT50 100 Platinum PT100 130 Platinum PT130 1000 Platinum PT1000 100 Copper Cu100 100 Nickel Ni100 Các loại RTD thông dụng Phương pháp đo nhiệt độ dùng PT100 PSoC Phương pháp đo dây: Hình bên giới thiệu nguyên lí đo hai dây dùng PSoC Khi đặt vào hai đầu cầu phân áp Rref RTD điện áp Vref+ Vref- có dịng chạy qua cầu phân áp Sử dụng ADC để đo điểm V0, V1, V2 thông qua khuyếch đại đệm PGA 1:1 Ta có dịng qua hai điện trở đồng nhất, đó: V0 − V1 V1 − V2 = Rref RRTD 0ºC 0ºC 0ºC 0ºC 0ºC 0ºC Đo dây (1) Như RRTD hoàn toàn xác định: RRTD = V1 − V2 Rref V0 − V1 (2) Tuy nhiên với phương pháp cần ý tới điện trở dây dẫn RTD, lắp đặt vào trường cần đo xác điện trở dây dẫn, sau hiệu chỉnh lại giá trị thực RTD Phương pháp không tự bù điện trở đường dây Phương pháp đo dây: Để khắc phục sai số dây dẫn gây ta dùng phương pháp đo dây hình bên: Cũng tương tự phương pháp đo hai dây, ta sử dụng ADC đệm khuyếch đại PGA 1:1, cấp áp Vref+ Vref- vào nhánh cầu phân áp Với Ra, Rb, Rc, Rd điện trở dây nối tới nhiệt điện trở RTD Đo bốn dây 100 Điện trở Rc Rd không ảnh hưởng tới phép đo nhiều lắm, trở kháng đầu vào ADC đủ lớn, coi khơng có dịng chạy qua phép đo áp khơng bị ảnh hưởng điện trở dây dẫn Các điểm đo V0, V1, V2 V3 thực lúc ta có: V0 − V1 V2 − V3 = Rref RRTD Như RRTD tính: RRTD = V3 − V2 Rref V0 − V1 (3) (4) Trên kết tính tốn không xuất Ra Rb, kết đo tự loại trừ ảnh hưởng điện trở đường dây Để tăng độ xác ổn định cho thiêt bị, cần kết hợp thêm lọc số liệu để lọc giá trị nhiễu Các chức khác PT100 Transducer PT100 Transducer sử dụng đường truyền RS485 để truyền thơng, ghép tối đa 32 đầu đo, độ xa tối đa 1200m theo chuẩn RS485 Địa cài đặt switch địa Phần mềm PT100Transducer + Đo nhiệt độ giải rộng: -50 ÷ 600 + Lọc số liệu nhiễu + Tự xác định địa theo cài đặt người sử dụng + Truyền số liệu đo qua mạng RS 485 có lệnh + Tự khởi động lại máy bị treo nhiễu lỗi Sơ đồ nguyên lí : PT100 Transducer chế tạo theo cơng nghệ tạo chíp chun dụng PSoC 101 Sơ đồ nguyên lí PT100 Transducer 102 Kết thực nghiệm Bộ đo truyền số liệu nhiệt độ PT100 Transducer chế tạo chạy thử nghiệm Và đem lại số kết định Thiết bị ghép nối thành mạng, lập nhiều điểm đo khác đưa vào đo môi trường nhiệt độ thử nghiệm Kết thu khả quan với độ xác ± 10C Tuy nhiên, thiết bị cần kiểm nghiệm thực tế nhiều để đảm bảo tiêu trí khác Thiết bị PT100 Transmitter độ bền, độ ổn định khả chống nhiễu… Hình giới thiệu thiết bị PT100 Transducer chế tạo đưa vào ứng dụng điều khiển tháp chưng cất tinh dầu 18m công ty Tinh Dầu sản phẩm tự nhiên thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt nam Với phương pháp đo sử dụng công nghệ PSoC, vấn đề đo nhiệt độ đơn giản hoá nhiều, giá giảm xuống Bộ PT100 Transmitter thuận tiện để đưa vào sử dụng công nghiêp Những cấu hình chúng tơi đưa đơn giản giảm thiểu giá thành Tuy nhiên, chúng tơi hồn tồn đáp ứng nhu cầu mở rộng thêm tuỳ theo yêu cầu sử dụng khách hàng như: hiển thị giá trị nhiệt độ chỗ LCD, đo đa kênh thiết bị Mọi yêu cầu xin liên hệ địa Đánh giá kết thu Đề tài triển khai nội dung đặt tiến độ hoàn thành sản phẩm đạt tiêu đặt Các sản phẩm đề tài sử dụng công nghệ cao kết hợp với giải pháp, thiết kế cán nghiên cứu tham gia đề tài tạo sản phẩm Việc chế tạo mẫu thử nghiệm dựa vào sở chế tạo mạch in, khí nước Cơng việc tích hợp hệ thống phát triển phần mềm, đo đạc, kiểm tra, thử nghiệm sản phẩm cán triển khai đề tài thực hiện, sản phẩm đưa đánh giá kiểm tra chất lượng hội đồng khoa học Cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng Nhà nước Các kết đánh giá đạt yêu cầu đặt So với sản phẩm nhập ngoại tiêu chất lượng không thua Về công nghệ sử dụng sản phẩm đề tài công nghệ cao công nghệ tạo chip chun dung PSoC, cơng nghệ lập trình thời gian thực, chip vi mạch chuyên dụng Các công nghệ có tính ổn định cao Tuy nhiên để có sản phẩm hồn chỉnh thương mại hố cần phải tiếp tục đầu tư để chuyển sản phẩm mẫu sản xuất phịng thí nghiệm quy trình sản xuất cơng nghiệp Vấn đề đề tài tìm nhà 103 đầu tư có khả kinh tế để đưa sản phẩm vào sản xuất hang loạt chịu rủi ro thị trường So với phương án nhập công nghệ giải pháp sản phẩm đề tài mang lại lợi ích kinh tế đảm bảo phát triển sản phẩm lâu dài Đề tài tạo sản phẩm có giải pháp mẻ Sản phẩm hệ thống kiểm sóat vào dung thẻ RFID AC-200 Hội đồng xét tặng Cúp vàng Techmart2005 thành phố Hồ Chí Minh đọat giải thưởng Công nghệ Thông Tin 2005 Quả cầu vàng Hà nội Đề tài đưa công nghệ tạo chip thông minh PSoC vào Việt Nam Hiện công nghệ nhiều sở nghiên cứu, đào tạo sản xuất triển khai Đề tài tổ chức nhiều hội thảo, seminar công nghệ PSoC Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh Đề tài đào tạo nhiều sinh viên làm đồ án tốt nghiệp theo công nghệ PSoC vấn đề liên quan đến nghiên cứu đề tài Về triển khai ứng dụng thực tế ký hợp đồng với tổng kinh phí 200 triệu đồng cho ứng dụng PSoC thiết kế chế tạo nguồn DCAC Qua trình triển khai thực hiện, đề tài mở rộng hợp tác khoa học công nghệ với Singapore, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Đề tài hoàn thành đầy đủ nội dung đề ban đầu với chất lượng tốt Đã công bố nhiều kết nghiên cứu tạp chí hội nghị quốc gia Đã đưa công nghệ PSoC vào Việt Nam Đã tạo sản phẩm áp dụng cơng nghệ cao Có sản phẩm đoạt giải quốc gia triển khai số hợp đồng áp dụng sản phẩm đề tài vào sản xuất Kiến nghị: Hỗ trợ để đưa số sản phẩm sau đề tài sang dạng dự án sản xuất thử nghiệm: - Các sản phẩm kiểm soát dùng thẻ RFID: AC-200; WT1000… - Thiết bị điều khiển máy lạnh - Module thu thập liệu đa có khả tái cấu hình DAS PC/104 Các sản phẩm có chất lượng không thua sản phẩm nhập ngoại, có giá thành 60-70% Tiếp tục cho triển khai số đề tài nghiên cứu thơng minh hóa sản phẩm tiêu dùng cơng nghiệp có thị trường lớn mang thươg hiệu Việt nam có khả cạnh tranh khu vực giới Cần có sách phát triển cơng nghiệp chế tạo thiết bị đo lường thông minh nước ta nhu cầu to lớn xã hội tính khả thi hướng 104 LỜI CẢM ƠN Chủ nhiệm đề tài KC.03.20 xin chân thành cảm ơn tổ chức cá nhân sau giúp đỡ thiết thực hiệu trình thực đề tài - Bộ khoa học Cơng nghệ cấp kinh phí tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho đề tài triển khai hoàn thành đề tài - Ban chủ nhiệm chương trình KC.03 thường xuyên theo dõi, kiểm tra đôn đốc hỗ trợ công việc triển khai nội dung chi tiết đề tài - Viện Công nghệ thông tin tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ nguồn nhân lực vấn đề triển khai nội dung quản lý tài giúp cho đề tài đạt kết đặt - Toàn thể cán tham gia thực đề tài có nhiều nỗ lực chung sức nghiên cứu để đưa cơng nghệ mới, phương pháp vào sản phẩm đề tài Thành đề tài kết tập thể nghiên cứu hợp tác năm qua 105 ... HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ THƠNG TIN 18 Hồng Quốc Việt, Hà Nội BÁO CÁO TỔNG KẾT KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI KC.03.20 ? ?Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế. .. báo Nghiên cứu phát triển bo mạch điều khiển máy điều hòa nhiệt độ sử dụng công nghệ PSoC Nghiên cứu phát triển điều khiển từ xa hồng ngoại cho thiết bị gia dụng Công nghệ chế tạo chip chuyên dụng. .. PSoC 2.4 Đánh giá kết thu 94 Kết luận kiến nghị 95 Lời cảm ơn 96 PHẦN CHÍNH BÁO CÁO LỜI MỞ ĐẦU Đề tài KC03.20 ? ?Nghiên cứu ứng dụng phát triển công nghệ tự động thiết kế để chế tạo chip thông minh