vi he thong ngay10&11 - nh nam

Vi hệ thốngVi hệ thống

1

GV: Nguy ễn Hoàng Nam(chương trình Kỹ sư CLC – Khóa 51)

20/10/2010

Vi hệ thống

Chương 3. Các vi hệ thống cụ thể

1. Vi hệ thống biến ñổi năng lượng2. Vi hệ thống truyền tin3. Camera & máy ảnh số

Nguyễn Hoàng Nam2Vi hệ thống

3. Camera & máy ảnh số4. Vi cảm biến5. Cảm biến y sinh – Biosensor6. Bộ chấp hành vi cơ7. Vi hệ thống khả lập – PSoC

Vi hệ thống

3.1 Vi hệ thống biến ñổi năng lượng

Thực hiện một số chức năng xác ñịnh của hệthống, bao gồm biến ñổi ñiện:• Dòngñiện I,• ðiện ápU,


• ðiện ápU,• Công suất P,• Năng lượng 3 pha Ea, En,• Tần số f,• Phaϕ.

Vi hệ thống

Vi hệ thống biến ñổi ñiện - Analog Device ADE 77xx

• ADE 7750: Công tơ (biến ñổi U, I thành Ea dưới dạngsai số 2% với thangñộng 1/1000)• ADE 7751: Công tơ pha sai số 0,1%; 500/1, cho thêmCFñể chỉnhcôngtơ vàño Ptức thời.


CFñể chỉnhcôngtơ vàño Ptức thời.• ADE 7752: Công tơ 3 pha 3 phần tử, sai số 0,1%; trênthangñộng 500/1• ADE 7753: Biến ñổi vạn năng 1 pha, sai số 0,1%, thangño ñộng 1000/1.

Vi hệ thống

Analog Device - ADE 77xx

Sử dụng ADE 7753 và ADE 7754ñể tạo các bộ biến ñổi(Transducer) phục vụ thu thập số liệu trên biến áp và cácphụ tải của trạm biến áp phân phối.

• ADE7753ñược dùngchomạchñiện 1 pha


• ADE7753ñược dùngchomạchñiện 1 pha

• ADE7754 dùng cho mạchñiện 3 pha.

Việc sử dụng kết hợp ADE 7753 hay ADE 7754 với mộtMCU (Micro Controller Unit)ñể hình thành một vi hệthống thu thập dữ liệu nhỏ gọn hơn nhiều so với cácmạch thu thập truyền thống trước ñây.

Vi hệ thống

ADE 77xx – Cơ sở tính toán

N số xung trong 1 chu kỳ lấy mẫu.

∑∫ ⇒=N

i

T

IN

dtiT

U1

2

0

2 11


N số xung trong 1 chu kỳ lấy mẫu.

∑=M

ii UIM

P1

.1

M số xung trong 1 chu kỳ.

Vi hệ thống

PGA ADC

Nhâ

nsố

Trun

gbì

nh

Rem

K1 KAD1

U1

NiSP1

Nu.i

Np

ADE 77xx – Sơ ñồ cơ bản


PGA ADCN

hân

Trun

gbì

nh

N/f

K2 KAD2

U2

Nu xung công tơ

Nu.i

∑= M

iiADAD IUKKKKM

P1 2211 .....

1

Vi hệ thống

� Vi hệ thống có khả năng chuyển ñổi các rungñộng cơhọc thànhñiện năng ñể sử dụng cho các hệ thống nănglượng thấp ( khoảng 100-6 W).

� Sự biến ñổi này thực chất là biến rung ñộng cơ học

Vi hệ thống biến ñổi ñiện – DC/DC Harvesting Energy


� Sự biến ñổi này thực chất là biến rung ñộng cơ họcthành ñiện năng, sử dụng một bộ chỉnh lưuvà một bộbiến ñổi DC/DC ñể tạo ñiện áp ra mong muốn.

Vi hệ thống

Lược ñồ Harvesting Energy


Vi hệ thống

Kĩ thuật Harvesting Energy


Vi hệ thống

Có 2 qui trình chuyển ñổinăng lượngñối với thiết bịMEMS:

• A-B-D-A là quátrình

Kĩ thuật Harvesting Energy


• A-B-D-A là quátrìnhchuyển ñổi sạc.

• A-C-D-A là quá trìnhchuyển ñổi ñiện áp.

Vi hệ thống

Năng lượng vào hệ thống:

Năng lượngcònlại sauMEMS:

Quá trình chuyển ñổi ñiện áp (A-C-D-A)


Năng lượngcònlại sauMEMS:

Năng lượngñạt ñược:

Vi hệ thống

Năng lượng sạc vào hệ thống:

với

Quá trình chuyển ñổi sạc (A-B-D-A)


với

Năng lượng tổng:

Vi hệ thống

Tổng kết kĩ thuật Harvesting Energy


Vi hệ thống



Vi hệ thống

� Dạng tròn xoay

Một số kĩ thuật Harvesting Energy khác


Vi hệ thống


� Dạng Resonator


Vi hệ thống


� Dạng Piezo


Vi hệ thống

3.2 Vi hệ thống truyền tin

Hệ truy ền tin công nghiệp:

� Phương tiện truyền tin: • Dây song ñôi.


• Dây song ñôi.• Cáp ñồng trục.• Cáp quang.• RF.

� Phương thức:• Trực tiếp• ðiều chế, giải ñiều chế.

Vi hệ thống

� Mã hóa:• NZ, RZ, NRZ, Manchester, HART.• Mã số liệu: Nhị phân, nhị thập phân, Hex, ASCII.

Vi hệ thống truyền tin

�ðặc tính truyền tin:


� Giao thức:• Giá truyền tin (frame)• Tổ chức truyền tin.• Các chuẩn giao thức.

�ðặc tính truyền tin:• Khả năng truyền tin: bit/s (baud)• Hệ số suy giảm của ñường dây: dB/km• Can nhiễu: cảm ứng, phản xạ.• Phát nhiễu.

Vi hệ thống

Hai hệ thông dụng trong Dometic và Imotic:� PLC (Power Line Communication)� OMS (Object Mobile System)

Vi hệ thống truyền tin


� OMS (Object Mobile System)

Vi hệ thống

Hệ truyền tin kiểu PLC

� Dùng ñường dây tải ñiện làm phương tiện truyền tin.• Ưu ñiểm: không phải xây dựng ñường dây.• Khuyết ñiểm: nhiễu 50Hz rất cao.


� Phương thức FKS (Frequency Shift Keying)• Tần số trung tâm:

• 119,3KHz với ñường dây 50Hz.• 133,3KHz với ñường dây 60Hz

• Giải thông 1KHz (HART protocol)

Vi hệ thống

YOKOGAWA ñã xây dựng hệ truyền tin Systech:

AC Coupling AC Amplifier



I/O DigitalCOM

MediumProcess

PowerSupply

SecurityService

RouterService

Instalation Service

NetworkService

Power down Manage

POWER BUS CENTRAL PROCESSING UNIT

Vi hệ thống

� ðầu vào I/O có thể có DI, DO, AI, AO (3 - 5V)� Có thể truyền thông với nhiều hệ (Protocol Stack): SPI, RS232, RS485, I2C, CAN ...� Cho phép làm 1 MODE của mạng.� Chuẩn COMELEC EN56062.



� Chuẩn COMELEC EN56062.� Truyền tin:

• Fast: 9600bps trong môi trường có ít nhiễu.• Robust 2400bps trong môi trường nhiễu.• Suy giảm 90dB• 2 chế ñộ Master slave: 1 master giao tiếp 100 slave và P2P. • 60 subnet: 1 subnet 256 ID.• Router service

Vi hệ thống

Hệ truy ền tin OMS truy ền ở tần số RF

� Mục tiêu:• Môi trường cho cá nhân ở mọi dạng (bản tin, tài khoản, cơ sở dữ liệu, internet, hình ảnh...)• Sử dụng cho thiết bị di ñộng (PC xách tay,


• Sử dụng cho thiết bị di ñộng (PC xách tay, PDA, ñiện thoại,...)• Hạ tầng cơ sở không phức tạp.

Vi hệ thống

� Những vấn ñề cần giải quyết:• ðối tượng rất không ñồng nhất.• Bộ nhớ nhỏ.



• Bộ xử lý và mạng có giới hạn.• Thông tin không dây và ñối tượng tăng lên rất nhanh.• Giao tiếp và phối hợp nhiều ñối tượng không có hạ tầng cơ sở và ổn ñịnh.

Vi hệ thốngkh

ôn

gd

âyHệ truy ền tin OMS truy ền ở tần số RF

802,11b Open air Hiper LAN Bluetooth Hom RF

Mô tả chung

Mạng ñịa phương dùng sóng ñiện từ ñể

thành lập thông tin giữa các thiết bị tin

học.

Kết nối các

ñầu cuối

thông tin

Mạng

dometic

Năm sản

xuất1998 1994 1998


Các

mạn

gkh

ôn

gthườ

ng

dù

ng WLAN WPAM

Lưu tốc 11 Mbit/s 1,9 Mbit/s 19 Mbit/s 1 Mbit/s 1,6 Mbit/s

Gia tốc sóng

mang2,4GHz 2,4GHz 5150/5300 Hz 2,46Hz 2,46Hz

Số kênh 14 kênh 3 kênh ñộc lập78 Kênh

cách nhau

Khoảng

cách tối ña30-600m >500m 5km 100m 50m

Thị trường Nhiều Ít Ít Nhiều Yếu

Vi hệ thống

Trong các hệ OMS thông dụng nhất là Bluetooth. Phần cứng gồm ăngten & phần ñiện tử.� Ăngten:

Quan hệ hiệu dụng = Pvào/ Pra (tính bằng dB)



Quan hệ hiệu dụng = Pvào/ Pra (tính bằng dB)Có 3 loại ăngten:

• Lưỡng cực: Dạng ống, hai sóng, ¼ sóng.• Ăngten giàn: các hình bình hành xếp cùng nhau• Ăngten ceramic.

Vi hệ thống

� ðơn vị truyền:• Bluetooth theo chuẩn TDM (Time Division Multiple) với ñơn vị thực tại là 625 microgiây• Khi kết nối truyền số liệu ñược tiến hành trong 1, 3 hoặc



Khi kết nối truyền số liệu ñược tiến hành trong 1, 3 hoặc 5 khoảng ñơn vị.• Các gói ñược tổ hợp từng ñôi giữa phát và thu.• ðể sử dụng bước nhảy tần số, bluetooth sử dụng chùm FDM (Frequence Division Multiple) 79 hoặc 23 tần số bước nhảy cách ñều nhau.• Kiểu truyền: chủ-tớ.

Vi hệ thống

� Mã thông tin:• ACL (Asynchronous Connection Less) thường nối chủ tớ:

• Một chủ có thể nối với nhiều tớ;



• Một chủ có thể nối với nhiều tớ; • Trao ñổi từng gói.• Cho phép kiểm tra sai và ñảm bảo tính ñầy ñủ của số liệu.

• SCO (Synchronous Connection Oriented).

vi he thong ngay10&11 - nh nam

Documents