สารบัญ - LEXiTRON · Web viewRb ในร ปท 2.19 ค อ R1,R11 ร ปท 2.18 ป องก นความผ ดพลาดในการร บส งข อม

รายงานผลทางเทคนคโครงการโครงการเครองอานคาแบบเครองอานคาแบบ

อตโนมตอตโนมตจากมาตรวดนำ�าระบบจากมาตรวดนำ�าระบบ

LaserLaser((Embedded System : E5Embedded System : E5

4501)4501)

จดทำาโดยจดทำาโดย

งานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคมงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม

ฝายวจยและพฒนาสาขาอเลกทรอนกสฝายวจยและพฒนาสาขาอเลกทรอนกสศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและศนยเทคโนโลยอเลกทรอนกสและ

คอมพวเตอรแหงชาตคอมพวเตอรแหงชาต

กนยายน 2547

รายงานสรปทางดานเทคนค เครองบนทกเวลา เขา-ออก สถานททำางาน (แบบตอกบตร)งานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา ii

ผวจย

นาง สภรณ เหมอนหน

รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา i

นายอดมนายอดม ลวลมลวลมไพศาลไพศาล

รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา ii

สารบญ

หนาบทท 1 บทนำา 1 11. หลกการและเหตผล 1 1.2 วตถประสงค 1 1.3 เปาหมาย 1

1.4 ตนแบบทได 1บทท 2 การออกแบบ 3 21 คณสมบต ของเครอง 3 2.2 การออกแบบสวนนบความถ 4 2.3 วงจรอนเตอรเฟสสวนนบความถ 4 2. 4 รปโครงของเครอขาย (Network Topology) 6

2.5 ไอซ SN75176 8 2.6 ไอซแปลงขอมล MAX232 10 2.6.1 RS-232 Waveforms 10 2.6.2 RS-232 Level Converters 11 2.7 แผนผงการทำางานของสลาฟ 12 2.8 วงจรสำาหรบแปลงสญญาณจากหววดเลเซอรและรบสงขอมลบน RS-485 15

รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา iii

บทท 1 บทนำา

1.1 หลกการและเหตผล

ระบบเลเซอร ใชหลกการตรวจจบการหมนของใบพดของมาตรวดนำ/าซงจะหมนไปตามการวงผานของนำ/า โดยใชแสงเลเซอรขนาดเลกสองไปทชองวางระหวางใบพด เมอนำ/าวงผานมาตรวดนำ/า ใบพดกจะหมนตดแสงเลเซอร จำานวนคร/งของการตดแสงจะเปนสดสวนโดยตรงกบปรมาตรนำ/า

เมอนำ/าวงผานมาตรวดนำ/า เอาทพททไดจากเลเซอรไดโอดจะเปนสญญาณพลส สงเขาไมโครคอลโทรลเลอรเพอนบจำานวนพลสและสงเขาเครองไมโครคอมพวเตอรเพอประมวลผลหาปรมาตรนำ/า

เนองจากในการทดสอบมาตรวดนำ/าแตละคร/งมการทดสอบคร/งละ 24 ตว ดงน/นจะเหนวาเครองนบพลสซงตอไปน/จะเรยกวาตวสลาฟ จะตองมถง 24 ตวเชนเดยวกน เพอตดตอกบเครองไมโครคอมพวเตอร และเรยกไมโครคอมพวเตอรเปนมาสเตอร จะเหนวาตว สลาฟจะตองมการตดตอสอสารกบมาสเตอรเปนชวงๆ เพอใหการสอสารขอมลมประสทธภาพจงไดกำาหนดใหมการเชอมตอตวมาสเตอรและสลาฟเปนเครอขายมอปกรณตวสงขอมลและอปกรณตวรบขอมล สำาหรบใชในสอสารขอมลดจตอลระหวางอปกรณดจตอลหลายตวทเชอมตอกนเปนเครอขาย (Multi-point Interconnection) จงเลอกใชมาตรฐานเชอมตอการรบสงขอมลแบบ RS-485 เปนฟสคลเลเยอรในการรบสงขอมลภายในเครอขาย

111. . วตถประสงค เพอรวมมอดำาเนนงานวจยและพฒนาระบบอานคาอตโนมตจากมาตรวดนำ/า ใหไดตนแบบระบบอานคาอตโนมตจากมาตรวดนำ/าแบบเลเซอร ใหกบบรษทไทยไอช เพอนำาไปใชทดสอบการทำางานของมาตรวดนำ/า

1.3 เปาหมาย1.3.1 ตนแบบเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laser 24 ชด

1.4 ตนแบบทได

รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 1

รปท 1.1 ตนแบบเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laser

รปท1.21 ตวอยางการตอใชงานท/งระบบ


รปท1.22 ตวอยางการตอใชงานท/งระบบ

บทท 2 การออกแบบเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ�าระบบ Laser

2.1 คณสมบต ของเครอง

2.1.1 ใชหววดแบบเลเซอรทมโฟกสขนาดเลก 2 mm 2.1.2 หววดแบบเลเซอร ใชแหลงจายไฟ 12Vdc – 24 Vdc2.1.3 แหลางจายไฟขนาด 14-15Vdc เพอจายใหกบเครองอานคาแบบอตโนมตฯ2.1.4 ใชไมโครคอลโทรลเลอร เบอร 16F628 2.1.5 LED สแดงกระพรบ เพอแสดงวามนำ/าวงผานมาตรวดนำ/า และสามารถตรวจจบการหมนของ ใบพดของมาตรวดนำ/าได2.1.6 LED สเขยวกระพรบเพอแสดงวาเครอง PC ซงเปนตวมาสเตอรของระบบมการตดตอสง คอมมาน คำาสงเรมนบ(A) และหยดนบ(Z) มาทตวสลาฟ2.1.7 Time out 1 วนาท2.1.8 ใชหลกการนบพลสทไดจาก output ของ เลเซอรไดโอดและสงจำานวนพลสใหเครอง PC ประมวลผลเพอหาคาปรมาตรของนำ/าทใหลผานมาตรวดนำ/า2.1.9 สามารถนบจำานวนพลสไดสงสด 4,311,810,304 พลส2.1.10 มการเชอมตอเพอสอสารขอมลเปนเครอขายไมโครคอลโทรลเลอรแบบ RS-485 โดย ออกแบบใหรองรบมาตรฐาน TIA/EIA-485-A2.1.11 มระยะหางไกลสดระหวางอปกรณภายในเครอขายเพอตดตอสอสารขอมลอยทประมาณ 1.2 กโลเมตร2.1.12 สามารถเชอมตออปกรณไดสงสด 24 ตว (มาตรฐาน TIA/EIA-485-A โดยทวไป


กำาหนดอยท 32 ตว)

2.2 การออกแบบสวนนบความถ

กำาหนดให ไทเมอร 1 ทำางานโหมด เคานเตอรทำาหนาทนบความถทเขามาทาง RB6 ของไมโครคอลโทรลเลอร ไทเมอร 1 เปนไทเมอรขนาด 16 บต สามารถปรเสกลเลอรใหเลอกใช 4 คา คอ 1:1 , 1:2, 1:4 และ 1:8 ทำางานไดท /งแบบซงโครนสและอะซงโครนส รวมถงสามารถกำาเนดสญญาณอเตอรรปตเมอเกดโอเวอรโฟลวไดดวย การเลอกโหมดทำางานกระทำาไดโดยการกำาหนดทบต TMR1CS ในรจสเตอร T1CON

การเลอกใชไทเมอร1 ใหทำางานในโหมดเคานเตอรโดยการกำาหนดให บต TMR1CS เปน “1” ซงจะรบสญญาณกระตนจากภายนอกผานทางขา RB6 หรอ ขา RB7 ข/นอยกบการกำาหนดทบต T1OSEN ถาบต T1OSEN เปน “0” จะเปนการรบสญญาณเขาทขา RB6 และตองกำาหนดใหขา RB6 น/เปนขา อนพตดวย และกำาหนดใหทำางานใหนโหมดซงโครนส โดยกำาหนดใหบต T1SYNC เปน “0”

รจสเตอรทใชเกบคาการนบของไทเมอร 1 ม 2 ตวคอ รจสเตอร TMR1H และ TMR1L ซงใชเกบขอมลในไบตสงและไบตตำาตามลำาดบนนคอไทเมอร 1 เมอทำาการนบคาผลลพธ 8 บตบนเกบไวทรจสเตอร TMR1H สวน 8 บตลางเกบไวท TMR1L สามารถเกบคาการนบไดสงสด 65,536 พลส

สตรการคำานวณคาใหกบไทเมอร1 เมอทำางานในโหมดเคานเตอร

TMR1 = 65,536 – (TDELAY/PR) x fEXT

TDELAY = เวลาทตองการหนวงPR = คาของปรสเกลเลอร fEXT = ความถของสญญาณกระตนจากภายนอกทปอนใหขา RB6

ในการนบพลสใชหลกการ นบพลสทไดจาก output ของ เลเซอรไดโอดและสงจำานวนพลสใหเครอง PC ประมวลผลเพอหาคาปรมาตรของนำ/าทใหลผานมาตรวดนำ/า เพอใหสอดคลองกบปรมาตรนำ/าทไหลผานมาตรวดนำ/าจำาเปนทจะตองออกแบบเครองนบจำานวนพลสใหไดสงสดถง 4,311,810,304 จงตองใชมการอเตอรรปหลายคร/งมการเกบคาตวแปลการนบถง 4 ตวแปร จงจะเพยงพอและละเอยดสำาหรบการนบ โดยกำาหนดดงน/ TMR1L, TMR1H, SUMP_puls1, SUMP_puls2 ซงตวแปรทกตวเกบคาสงสดได 256 คา แตคาจะตางกนดงน/ข/นอยกบวาตวแปรแตละตวเกบคาอนเตอรรปตไทเมอร กคร /งซงมรายละเอยดดงน/

TMR1L = (0-256) -----------------> 256 พลสTMR1H = (0-256) x 256 -----------------> 65,536 พลสSUMP_puls1 = (0-256) x65,536 ----------------> 16,777,216 พลสSUMP_puls2 = (0-256) x 16,777,216 ----------------> 4,294,967,296

พลส ผลลพธทไดท /ง 4 ตวแปรนำามารวมกนไดจำานวนพลสทเครองนบไดท /งหมด สงใหเครอง PC

ประมวลผลเปนปรมาตรของนำ/าทใหลผานมาตรวดนำ/า

2.3 วงจรอนเตอรเฟสสวนนบความถ


รปท 2.1 วงจรอนเตอรทรานสดวเซอร(laser diode)และไมโครคอลโทรลเลอร

รปท2.2 รปสญญาณทขา 2 ของ CN2

เนองจากขาอนพทของไมโครคอลโทรลเลอรเปนบฟเฟอรแบบชมตทรกเกอร เมอสญญาณรปท2.2 เขามาไมสามารถนบไดเนองจากระดบสญญาณทเขามาไมไดตามาตรฐานชมตทรกเกอรแบบ TTL จงตองยกระดบสญญาณใหไดดงรปท2 ไมโครคอลโทรลเลอรจงจะสามารถนบสญญาณไดซงจากรปท 2.1 สามารถหาความสมพนธของสมการไดดงน/

(15-V)/R3 = I1 ……………….(1)

(5-0.7-V)/R4 = I2 ………………(2)

(I1+I2) x R2 = V ………………(3)


I2

I1

I1+I2

V

+15V

5V

0

จากสมการจะเหนวาระดบสญญาณ ทเขามาทางดานอนพทของขา 2 ของ CN2 เมอผาน R2 ระดบสญญาณจะถกยกข/นมาดวยแรงดนทตกครอม R2 แสดงดงรป 2.2

รปท2.3 รปสญญาณทจด V

ขาอนพทของ PORTB6 ของ ไมโครคอลโทรลเลอร ทำาหนาทรบสญญาณกระตนจากภายนอกเปนความถเขามาและเนองจาก PORTB6 มอนพทบฟเฟอรททำางานรวมกบไทเมอร1 เปนแบบ ชมตตทรกเกอร ดงน/นเมอมสญญาณอนพทเขามายงพอรท B6 จงมการตรวจสอบระดบสญญาณทเขามาโดยสามารถอธบายหลกการทำางานของวงจรชมตตทรกเกอรไดดงน/

วงจรชมตททรกเกอร เปนวงจรสวทชทเอาทพทเปรยบเทยบระดบสญญาณจาก HIGH เปน LOW เมอแรงเคลอนไฟฟาทอนพท อยทระดบหนง และเอาทพทเปลยนระดบสญญาณจาก LOW เปน HIGH เมอแรงเคลอนไฟฟาทอนพทอยทอกระดบหนง แสดงความสมพธดงรป 2.3

รปท 2.4 แสดงความสมพนธระหวาง Vout UTP และ LTP

2.4 รปโครงของเครอขาย (Network Topology)

รปโครงของเครอขายไมโครคอนโทรลเลอรทงายทสด และมประสทธภาพด คอ รปโครงแบบมาสเตอร/สลาฟ (Master/Slave) เนองจากรปโครงแบบน/ มขอดในดานความเปนระเบยบเรยบรอยในการสอสารภายในเครอขาย คอ มสมาชกภายในเครอขายเพยงโหนดเดยวเทาน /นททำาหนาทเปนตวเรมตนการสอสารทกคร /ง เรยกวามาสเตอร สวนไมโครคอนโทรลเลอรโหนดอนทเหลอน /น ทำาหนาทเปนสลาฟ คอยตอบรบการเรยกจากมาสเตอร


4V

2.4V

2V 1.96V-2.36V (2.08V)0

รปท 2.5 รปโครงของเครอขายไมโครคอนโทรลเลอร

เมอเรมตนการสอสารในแตละคร /ง มาสเตอรจะคนหาสลาฟตวทตองการตดตอดวย โดยสงขอมล ID ลงไปในบสขอมล สลาฟทกตวจะไดรบขอมล ID แลวทำาการเปรยบเทยบวาตรงกบ ID ของตวเองหรอเปลา หากตรงกจะตอบสนองกบมาสเตอรในการรบสงขอมลตอไป สลาฟตวอน ๆ กจะไมตอบสนองตอขอมลทมาสเตอรสงมาใหกบสลาฟตวน /น

การกำาหนด ID ของสลาฟแตละตวสามารถทำาไดโดยวธทางซอฟตแวร คอ ไมโครคอนโทรลเลอรทเปนสลาฟแตละตว จะถกบนทกหมายเลข ID ไวภายในหนวยความจำา โดยไมซำ/ากน หรอจะใชวธทางฮารดแวรกได คอ ตอสวตชจมเปอรเขากบพอรตอนพตของไมโครคอนโทรลเลอร ในลกษณะเปนเลขฐานสอง สำาหรบระบคา ID วธน/ดกวาตรงทสามารถปรบเปลยนหมายเลข ID ไดงาย และสงเกตเหนไดชดเจนดวยการมองดวยตา แตอาจมปญหาหากปรบจมเปอรเลอก ID ซำ/ากน หรอเลอก ID ผด ทมาสเตอรไมร จก

สวนประกอบสำาคญภายในตวไมโครคอนโทรลเลอรทชวยในการเชอมตอตวเองเขากบเครอขาย คอ พอรตสอสารขอมลแบบอนกรม (Serial Port) ซงทำาหนาทเปนดาตาลงกเลเยอร (Data-Link Layer) ของแบบจำาลอง OSI (OSI Model, Open System Interconnection) ซงเลอกใชเปนพอรท USART ซงม 2 pin คอ RX กบ TX ทำาหนาทรบสงขอมลบตแบบอนกรม สามารถกำาหนดเลอกโหมดการทำางานใหเปนแบบมาตรฐานเหมอนกนได ดงน/น เครอขายไมโครคอนโทรลเลอร 1 เครอขาย อาจประกอบดวยไมโครคอนโทรลเลอรหลายตว เพยงแตขอใหมขอกำาหนดและรปแบบการรบสงขอมลทสอดคลองกนกใชไดแลว

โครงสรางหรอองคประกอบทชวยใหเกดการสอสารขอมลภายในเครอขายน /น นอกจากพอรตอนกรม ทเปนสวนประกอบสำาคญสวนหนงแลว ตวกลางในการสอสารและตวขบกำาลงสญญาณขอมล


uCMASTER

Serial Port

uCSLAVE2

Serial Port

uCSLAVE3

Serial Port

uCSLAVE1

Serial Port

ภายในตวกลางกเปนสวนสำาคญไมดอยไปกวากน สวนน/จดเปนฟสคลเลเยอร (Physical Layer) ของแบบจำาลอง OSI

พอรตอนกรมทใชงานในระบบไมโครคอนโทรลเลอรโดยทวไป สามารถเลอกมาตรฐานการรบสงขอมลได 2 แบบ คอ แบบ RS-232 และ RS-485 การรบสงขอมลแบบ RS-232 น/น นยมใชในการรบสงขอมลทวไป มขอจำากดคอ ใชไดเฉพาะกบการสอสารแบบ 1 ตอ 1 คอ มคสนทนาเพยง 1 คเทาน/น ไมสามารถตอพวงหลายตวเปนเครอขายได และระยะหางระหวางคสนทนากไมควรเกน 15 เมตร เพราะหากไกลกวาน/น จะทำาใหเกดแรงดนตกทสายไฟฟาซงทำาหนาทตวกลางรบสงขอมล ทำาใหสญญาณทตวรบไดรบมปญหา และทำาใหการรบสงขอมลเกดความผดพลาดได ดงน/น ในงานน/ จงเลอกใชมาตรฐานการรบขอมลแบบ RS-485 เปนฟสคลเลเยอรในการรบสงขอมลภายในเครอขาย

รปท 2.6 การเชอมตอตวสงขอมล (G), ตวรบขอมล (R) และ ตวรบ/สงขอมล (T)ตามมาตรฐาน TIA/EIA-485-A

RS-485 ไดรบการออกแบบใหรองรบมาตรฐาน TIA/EIA-485-A จดเดนทสำาคญคอ สามารถเชอมตออปกรณไดมากกวา 2 ตว (โดยทวไปกำาหนดอยท 32 ตว) เพอทำาการสอสารขอมลรวมกน และระยะหางไกลสดระหวางอปกรณภายในเครอขายอยทประมาณ 1.2 กโลเมตร (ข/นอยกบความสามารถของอปกรณไอซททำาหนาทเปนตวขบสญญาณดวย ดงจะกลาวในหวขอถดไป) ดวยคณสมบต 2 ขอน/ ทำาใหมความเหมาะสมกบการนำาไปใชงานในระบบสอสารขอมลภายในเครอขายไมโครคอนโทรลเลอรไดเปนอยางด

สงเกตรปท 2.3 เปนรปแผนผงแสดงการเชอมตออปกรณตาง ๆ เขากบสายบสขอมลเปนเครอขาย อปกรณภายในรปท 2 แทนดวยสญลกษณสามเหลยม มจำานวนท/งหมด 3 ตว ตวแรกอยทางดานซาย มอกษร G อยภายในสามเหลยม หมายถง อปกรณตวน/ทำาหนาทเปนเพยงตวสงหรอสรางขอมล (Generator : G) เทาน/น ไมสามารถรบขอมลได อปกรณตวทสองอยตรงกลางรป ทำาหนาทเปนตวรบขอมล (Receiver : R) เพยงอยางเดยว สวนอปกรณดานขวาสดทประกอบดวยสามเหลยม 2 รป และตวอกษร R และ G สามารถทำาไดท /งสงและรบขอมลภายในตวเดยวกน เรยกวา Transceiver อปกรณท/งหมดถกเชอมตอเขากบสายไฟฟาซงทำาหนาทเปนตวกลางรบสงขอมล หรอบสขอมล มจำานวน 2 เสน คอสาย A และสาย B (ควรเลอกสายไฟฟาทมชลดหอหมภายนอกเพอปองกนสญญาณรบกวน) โดยท


ปลายท/ง 2 ดานของบสขอมลถกตอครอมดวยตวความตานทาน RT (Termination Resistor) เพอปองกนสญญาณรบกวนภายนอกทอาจกระโดดเขามาทปลายสายได หากปลอยลอยท/งไว ซงคาของความตานทานทมาตรฐานน/ระบไวคอ 50 โอหม

ขอมลดจตอลทถกสงจากตวสงขอมลลงไปในบส จะอยในรปของคาแตกตางของแรงดนไฟตรง (DC Voltage Difference) ระหวางสายสญญาณ A และ B เมอตองการสงขอมลลอจก 1 อปกรณภาคขบสญญาณขอมลจะควบคมใหแรงดนทสาย B มคาสงกวาแรงดนทสาย A ซงตามมาตรฐานระบข /นตำาไวท 0.2 โวลต สวนลอจก 0 กจะเปนตรงกนขาม คอ แรงดนสายท B จะมคาตำากวาแรงดนทสาย A อยางนอย 0.2 โวลตเชนกน

รปท 2.7 การแปลงคาขอมลบตกลายเปนคาความแตกตางของระดบแรงดนไฟฟาบนบสขอมล

A และ B

อปกรณภาคขบสญญาณขอมลทมใชกนทวไป ไดรบการออกแบบใหสามารถสรางคาแตกตางทางแรงดนไดมากกวา 0.2 โวลต เพอใหสามารถใชงานไดทระยะหางไกลมาก ๆ ได เพราะการรบสงขอมลทระยะทางไกล ๆ น/น จะมปญหาเรองแรงดนตกเนองจากความตานทานภายในบสขอมล ดงน /น อปกรณขบสญญาณจะตองมความสามารถในการจายกระแสไฟฟาผานบสเพอใหแรงดนทปรากฏอยทตวรบขอมลน /น มคาอยทระดบทสามารถจำาแนกไดวาเปนสญญาณขอมลลอจก 0 หรอ ลอจก 1 ซงกคอ ตองไมตำากวา 0.2 โวลต ในโครงการน/ไดเลอกใชไอซเบอร SN75176 (Differential Bus Transceiver) เปนตวขบสญญาณขอมล โดยสามารถจายกระแสไดสงถง 60 มลลแอมป ทำาใหสามารถใชกบระยะทางไกลได

2.5 ไอซ SN75176

SN75176 เปนไอซขบสญญาณขอมลในระบบบสแบบผลตางแรงดน (Differential Bus Transceiver) ของ TEXAS INSTRUMENTS มจดเดนหลายประการ ดงน/

ท/งรบและสงขอมล (Bi-directional Transceiver)

รองรบความตองการของมาตรฐาน TIA/EIA-485-A

ไดรบการออกแบบใหทนตอสญญาณรบกวน


ขบกระแสสญญาณขอมลไดสงสด 60 มลลแอมป

กำาหนดสถานะรบขอมล (Receive Enable) และสงขอมล (Driver Enable) ดวยขาสญญาณ 2 ขาแยกเปนอสระจากกน

มระบบปองกนความเสยหายโดยหยดทำางานหากเกดสภาวะอณหภมสงเกนไป (Thermal Shutdown Protection)

รปท 2.8 ตารางแสดงสถานะของเอาตพตทสมพนธกบขาสญญาณอนพทตางๆ ท /งในสอนของภาคสงขอมล (Driver) และภาครบขอมล (Receiver)

เนองจากไอซเบอรน/รองรบมาตรฐาน ITA/EIA-485-A จงสามารถตอรวมกนไดมากถง 32 ตว โดยไมทำาใหการรบสงขอมลเกดความผดพลาด ดงในรปท 6 นอกจากน/ จะสงเกตเหนวาไอซในตระกลน/ นอกจากเบอร SN75176 แลว ยงมเบอร SN65176 ความแตกตางระหวางไอซ 2 เบอรน/คอ SN75176 ใชงานในชวงอณหภมต /งแต 0 C ถง 70 C สวนเบอร SN65176 น/น ใชงานไดในชวงอณหภมกวางกวาน/น คอ ต/งแต -40 C ถง 105 C


รปท 2.9 การเชอมตอไอซ SN75176 หลายตวเขาดวยกนเปนเครอขาย

2.6 ไอซแปลงขอมล MAX232

MAX232 เปน IC ทรบทำาหนาทเปนตวเปลยนแปลงขอมล RS232 ใหเปนสญญาน TTL ระหวางคอมพวเตอรกบอปกรณปลายทางทเราตองการจะจดการ โดยคำาสงจากโปรแกรมทเรากำาหนดหรอปอนคำาสงเขาไป IC MAX232 เปนไอซทผลตข/นโดย บรษท ดลลส เซมคอนดคเตอร ภายในตว “ “ IC เบอร MAX232 น/นประกอบดวยวงจรสำาเรจรปจะทำาหนาทแปลงสญญาณระหวาง TTL ไปเปน RS232 และ RS232 ไปเปน TTL กลบกนเปนไอซแบบ 16 ขา ใชไฟเล/ยง +5 โวลท โดยภายในตว IC น/นมวงจรแปลงสญญานขอมลจาก RS232 เปน TTL ดวยกนสองชด และวงจรแปลง TTL เปน RS232 อกสองชด รองรบมาตรฐานแบบ RS232 ตามขอกำาหนด EIA/TIA และ V.28 ( กนไฟไมมากนกในโหมดพลงงานตำากนกระแสไฟเพยง 5 ไมโครวตตเทาน/น ) ภายใน MAX232 มวงจรทวแรงดนและวงจรกลบข /วแรงดนโดยตองมตวคอนเดนเซอรชนดอเลคโทรไลตกมาตอรวมภายนอกเพมอก 4 ตวจงจะทำางานไดสมบญไอซ MAX232 ขณะน/สามารถหาซ/อมาทดลองไดงาย เพราะม ผสงเขามาจำาหนายกนแลว และมใหเลอกใชหลายเบอรเชนเบอร MAX232,MAX232A,MAX220,รวมท/ง HIN232 กเชนเดยวกน


รปท 2.10 MAX220/MAX232/MAX232A Pin Configuration and Typical Operating Circuit

2.6.1 RS-232 Waveforms

การสอสารโดย RS-232 เปนการสอสารแบบ asynchronous หมายความวาสญญาณ clock ทใชควบคมจงหวะไมไดสงไปพรอมกบ Data แตจะใช start bit เปนตว sync.ในแตละ word ของการสอสารและใชสญญาณ clock ภายในของแตละดานเปนตวใหจงหวะเอง

รปท 2.11 TTL/CMOS Serial Logic Waveform

รปท2.8 แสดงลกษณะของสญญาณจาก UART เมอใช format แบบ 8N1 คอ 8 data bits ไมม parity bit และม 1 stop bit ขณะท idle จะอยในสถานะ “Mark” หรอ logic “1” การสงจะเรมจากการสง start bit คอ logic “0” และตามดวย LSB bit จนหมด data bits และถาม parity bit กจะสงทจดน/แลวลงทายดวย stop bit ซงมคาเปน logic “1” ในรปไดแสดง bit ทตอถดจาก stop bit ซงมคาเปน logic “0” หมายความวาเปน start bit ของ การสง word ถดไป แตถายงไมมการสง word ถดไป กตองอยในสถานะของ logic “1” ซงเปนสถานะของ idle และถาสายอยในสถานะของ logic “0” นานกวาเวลาของการสง 1 full word ระบบจะถอวาเปนสญญาณ “Break” เพอหยดการสอสาร ดงน/นตองไมลมทจะสงในสายกลบสสถานะ idle เมอส/นสดการสง


การรบ-สงขอมลในลกษณะน/เรยกวาแบบ frame คอมกรอบปดลอมขอมลไวดวย start bit และ stop bit

2.6.2 RS-232 Level Converters

สญญาณ RS-232 มคาแรงไฟตางจากทใชใน UART ดงแสดงใน Figure 5. ดงน/นจงตองม converter เพอแปลงระดบสญญาณใหเหมาะสมกอนทจะเชอมตอกบ serial port หรอ RS-232 port ของ computer

รปท 2.12 RS-232 Logic Waveform

สำาหรบสญญาณ RS-232 น�น

logic “0” ---------------- > จะมคา +3 V ถง +25 V

logic “1”--------------------- > จะมคา –3 V ถง –25 V

สวนคาระหวาง –3 V ถง +3 V เปนคา undefined

ระดบสญญาณน/ใชกบทกสญญาณไมใชเฉพาะสญญาณรบ-สงขอมลเทาน /นแตยงรวมถงสญญาณควบคมตาง ๆ เชน DTR, RTS, CTS, DCD, DSR เปนตน

IC ทใชจะเปนเบอร 1488 (RS-232 Driver) และ 1489 (RS-232 Receiver) โดยภายในแตละตวจะประกอบดวย inverter 4 ตวและตองการไฟเล/ยง 2 ชดคอ +7.5 V ถง +15 V และ –7.5 V ถง –15 V ซงอาจจะมปญหาในเครองทมไฟเล/ยง +5 V เพยงชดเดยว แตกยงม IC อกตวหนงทนยมใชบานเรากนอยางแพรหลายคอเบอร MAX-232 ซงมวงจร charge pump สามารถสรางไฟ +10 V และ –10 V จากไฟ +5 V ได พรอมท/งม 2 Tx และ 2 Rx อยใน package เดยวกน และรองรบ baud rate ไดถง 120 Kbps จงสะดวกมากเพราะใช IC เพยงตวเดยว


รปท 2.13 IC MAX232 Pin Configuration and Typical Operating Circuit

สวนการทเราจะนำาขอมลมาใชงานกตองแปลงเปน parallel กอนซงเปนหนาทของ UART ซงปจจบน microprocessor และ microcontroller มกจะม serial communication interface (SCI) อยในตว แตอาจจะมงานบางอยางทไมไดใช microcontroller และตองการ process ขอมลกบ serial comm. เชน ตอ ADC เขากบ UART หรอตอ LCD display เขากบ Serial computer กตองใช UART ชวย แตม UART อกพวกหนงทแยก Tx bus กบ Rx bus ออกจากกน ทำาใหมความคลองตวมากข/น

2.7 แผนผงการทำางานของสลาฟ

เนองจากท/งมาสเตอร คอไมโครคอมพวเตอร และสลาฟทกตวในเครอขาย คอ ไมโครคอนโทรลเลอร ททำางานตามโปรแกรมชดคำาสงทถกบนทกไวในหนวยความจำาโปรแกรม ดงน/น แผนผงการทำางานกคอ แผนผงหรอโฟลวชารตของโปรแกรมสลาฟนนเอง เพอใหมาสเตอรและสลาฟสามารถทำาการรบสงขอมลระหวางกนได การทำางานของท/ง 2 ฝายตองสอดคลองประสานกน ไมวาจะเปนการกำาหนดอตราเรวในการรบสงขอมลซง การกำาหนดจงหวะ รปแบบ และการแปลความหมายของสญญาณขอมล ท/งขอมลแอดเดรส และขอมลทเปนตวขอมลจรง ๆ เพอใหถกตองเกดความแมนยำาไดกำาหนดอตราเรวในการรบสงขอมลขนาด 2400

ในโครงงานน/ไดเลอกใชไมโครคอนโทรลเลอรของ ของ Microship ตระกล pic16f62x เบอร ของ PIC16F628

แผนผงในรปท 2.14 เมอจายไฟเล/ยงวงจรใหกบสลาฟ โปรแกรมภายในตวสลาฟจะสงใหระบบกำาหนดคาเรมตนของโปรแกรม และคาของพอรตอนกรม ซงเปนพอรตทมความเหมาะสมกบการรบสงขอมลดวย RS-485 ตวสลาฟจะรอรบ ID โดยมตว ซงกอนมาสเตอรสง ID จะตองสง “@” ไปยงมาสเตอรกอนเพอเขาสโปรแกรมยอยสำาหรบรบ ID มาทำาการหาคาและตรวจสอบวาเปน ID ของตวเองหรอไม ถาไมใชใหกลบไปรอรบ ID อกคร/ง แตถาใชกใหรเทรน “R” กลบมายงมาสเตอรเพอแสดงวาตดตอกบสลาฟตวทเรยกไปไดแลว หลงจากน/นสลาฟจะวนรอรบคอมมาน “A”, “Z” ,“S” ซงคอมมานแตละตวมความหมายดงน/


:A หมายความวา ให Slave เรมนบความถ :Z หมายความวา ให Slave หยดนบความถ และเขยนขอมลลง Eeprom :S หมายความวา ให Slave อานคาใน Eeprom และสง และสงขอมลไปยง master

ซงถา Slave ไดรบ คอมมาน “A” แลวกจะรเทรน “P” กลบไปเพอใหมาสเตอรรวา ID น/นๆ กำาลงนบความถอย และ กลบไปรอรบ ID อกคร/ง

หลงจากน/นถา Slave ไดรบ คอมมาน “Z” กจะรเทรน “Q” กลบไป เพอใหมาสเตอรรวา Slave หยดนบความถแลว แลวกกลบไปรอรบ ID อกคร/งเชนกน

ตอจากน/นถา Slave ไดรบ คอมมาน “S” กจะสงคาทนบไดไปยงมาสเตอรและ รอรบ ID อกคร/ง ซงรปแบบการรบสงขอมลระหวางมาสเตอรกบสลาฟมลำาดบการทำางานดงน/

มาสเตอรสง ------ > :@:ID:A

สลาฟรเทรน ------ > “R”, “P”

มาสเตอรสง ------ > :@:ID:Z

สลาฟรเทรน ------ > “R”, “Q”

มาสเตอรสง ------ > :@:ID:S

สลาฟสง ------ > DATA

สงเกตวากอนสง ID ทกคร/งจะตองสง @ กอนทกคร/งเพอแยกระหวาง ID กบคอมมาน A,Z,S เพอปองกนไมใหสลาฟแฮงคและปองกนการคำานวณผดพลาด เนองจากเครอขายตอขนานกนบน RS-485 สลาฟทกตวจะไดรบขอมลทเหมอนๆกนจงตองมคอมมาน “@” เขามาชวยเพอปองกนความผดพลาดดงกลาว



รปท 2.14 แผนผงการทำางานของสลาฟ

2.8 วงจรสำาหรบแปลงสญญาณจากหววดเลเซอรและรบสงขอมลบน RS-485

วงจรแปลงสญญาณจากหววดเลเซอรและรบสงขอมลบน RS-485 ทำาหนาทรบสญญาณ output รปสญญาณดงรปท 2.15 เขามายงขา 2 ของ CN2 ดงรปท 2.17 เพอนำามาปรบระดบสญญาณใหเหมาะสมกบขาอนพทของไมโครคอลโทรลเลอรซงม R2,R3,R5,D3,D4 ทำาหนาทปรบระดบสญญาณเพอปอนเขาขาอนพทและนบความถจากภายนอกโดย ไทเมอรขนาด 16 บต ซงรปสญญาณทปรบใหเหมาะสมกบอนพทแบบชมตรทรกเกอรของไมโครคอลโทรลเลอรแสดงดงรปท 2.16

รปท 2.15 สญญาณ Output ของเลเซอรเมอนำ/าไหลผานมาตรวดนำ/า


รปท 2.16 สญญาณอนพททปอนเขาขาไมโครคอลโทรลเลอรแบบชมตทรกเกอร



รปท 2.17 วงจรสำาหรบแปลงสญญาณจากหววดเลเซอรและรบสงขอมลบน RS-485



รปท 2.18 วงจรแปลง RS-232 เปน RS-485จากรปท 2.19 D1 ซงเปน LED สแดง จะกระพรบเมอมนำ/าไหลผานมาตรวดนำ/า และ D2 เปน LED

สเขยวจะกระพรบทกคร /งท ทมาสเตอรสง ID และคอมมานมายงสลาฟ เปนการแสดงวามาสเตอรและสลาฟกำาลงตดตอรบสงขอมลกน และจะตดคางเมอสลาฟไปรอรบ ID อกคร/งท เมนโปรแกรม

ในสวนทสงขอมลจากไมโครคอลโทรลเลอรไปยงเครองไมโครคอมพวเตอรจะตองมตวขบสญญาณขอมลในระบบบส เพอรองรบมาตรฐาน ITA/EIA-485-A จงสามารถตอทำางานรวมกนไดโดยม ไอซ SN75176 ทำาหนาทรบสงขอมล และการทจะตอเปนเครอขายไมโครคอลโทรลเลอรจำาเปนทจะตองปรบอนพทอมพแดนซของตวรบสงขอมล เพอปองกนสญญาณรบกวนทจะเขามาและทำาใหการรบสงขอมลมเสถยรภาพท R1 โดยปกตคาจะประมาณ 100-200 โฮหม ซงการอนเตอรเฟสสลาฟเพอตดตอแบบ RS-485 แสดงดงรป 2.19 จากรป Rt คอ R1 ทกลาวถงในวงจรรป 2.17

ดงรป 2.19 แสดงการอนเตอรเฟสสลาฟเพอตดตอแบบ RS-485

ซงในการตอเครอขายไมโครคอลโทรลเลอรแบบ RS-485 จะตองปรบอนพทอมพแดนซของตวรบสงบนสลาฟตวแรกและตวสดทายของเครอขาย( Rt) และสายทเลอกใชควรจะเปนแบบ TwisPair ทมชลสตอลงกราวดเพอใหการรบสงมเสถยรภาพและปองกนสญญาณรบกวนจากภายนอก ซงการตอลกษณะน/สามารถรบสอขอมลไดไกลสดถง 1500 เมตร แตถาเพยงแตรบสงระยงทางไมเกน 300 เมตรกไมจำาเปนตองตอ Rt ตวสดทายท/งน/จะใสหรอไมใส Rt ข/นอยกบสภาวะแวดลอมของสญญาณรบกวนดวย

ในระบบรบสงขอมลระหวางไมโครคอมพวเตอร(Master)กบมลตเป/ ลไมโครคอลโทรลเลอร (Slave)ไมสามารถสงไดโดยตรงจำาเปนทจะตองแปลง RS-232 เปน RS-485 จงจะสามารถรบสงขอมลระหวางกนไดโดยมวงจรแปลงสญญาณดงรปท 2.18 เนองจากวงจรชดน/ดานนงตอกบไมโครคอมพวเตอรและอกดานตอเขากบเครอขายไมโครคอลโทรลเลอร เพอปองกนกระแสไฟฟารวไฟลผานไมโครคอมพวเตอรเขามายงเครอขายดดผใชจงไดมการแยกกราวดและแหลงจายไฟออกเปน 2 ชด ชดแรกจายใหกบอปกรณ RS-232 ผาน Opto transistor ชดท2 จายใหกบอปกรณ RS-485


Rb ในรปท 2.19 คอ R1,R11 รปท2.18 ปองกนความผดพลาดในการรบสงขอมลของมาสเตอรใชความตานทานขนาด 620-680 โฮหม แตถาในระบบสลาฟมมากกวา 8 ตว ควรใชความตานทานขนาด 4.7 กโลโฮหม

เนตเวรค RS485 เปนแบบ half-duplex ในการตตตอรบสงขอมลระหวางกนใชสายเพยง 2 เสนเทาน/น เพอใหระบบสมบรณและเหนภาพการอนเตอรเฟสระหวางไมโคร

คอมพวเตอร(Master)และ มลตเป/ ลไมโครคอลโทรลเลอร(Slave) แสดงภาพรวมของระบบดงรปท2.20ซงในการรบสงขอมลระหวางมาสเตอรสลาฟทใชไมโครคอลโทรลเลอรตะกล PIC สามารถ กำาหนดอตราเรวไดสงสดถง 9600 รบสงขอมลไดคร /งละ 8 บต ซงจำากดทขนาดพอรตอนกรมของไมโครคอลโทรลเลอรทเรยกวา UART นนเอง

รปท 2.20 การตอไมโครคอลโทรลเลอรเขากบไมโครคอมพวเตอรเปนเครอขายแบบ RS-485


Documents

สารบัญ - LEXiTRON · Web viewRb ในร ปท 2.19 ค อ R1,R11 ร ปท 2.18 ป องก นความผ ดพลาดในการร บส งข อม