Nội dung nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu về hệ thống điều khiển BMS trong tòa nhà (Building Management System); Nghiên cứu về hệ thống điều hòa thông gió (HVAC); Nghiên cứu về lập trình MikroC cho vi điều khiển pic 18f4550; Xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển bằng MBS.
Tổng quan về hệ thống BMS (Building Management System)
BMS là gì?
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) là giải pháp đồng bộ cho phép kiểm soát và quản lý các hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà, bao gồm điện, cung cấp nước sinh hoạt, thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh và hệ thống báo cháy BMS đảm bảo vận hành chính xác và kịp thời của các thiết bị trong tòa nhà, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn cho người sử dụng.
Hệ thống BMS (Building Management System) đảm nhận vai trò quan trọng trong việc điều khiển và vận hành hệ thống, đồng thời thu thập và quản lý tất cả các thông số kỹ thuật của thiết bị và các hệ thống liên kết Thông qua việc trao đổi thông tin, BMS thực hiện điều khiển các thiết bị chấp hành một cách hiệu quả.
Hệ thống quản lý pin (BMS) được thiết kế để hoạt động theo yêu cầu của người quản lý, đảm bảo đáp ứng các yếu tố kỹ thuật, an toàn và an ninh cho từng hệ thống kỹ thuật khác nhau.
2.1.1 Đối tượng quản lý của BMS
Máy phát điện dự phòng
Hệ thống điều hoà và thông gió
Hệ thống cấp nước sinh hoạt
Hệ thống âm thanh công cộng
Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào
Cho phép các tiện ích (thiết bị thông minh) trong tòa nhà hoạt động một cách đồng bộ, chính xác theo đúng yêu cầu của người điều hành.
Cho phép điều khiển cácứng dụng trong tòa nhà thông qua cápđiều khiển và giao thức mạng.
Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy… qua cổng giao diện mởcủa hệthống với các ngôn ngữgiao diện theo tiêu chuẩn quốc tế
Giám sát được môi trường không khí, môi trường làm việc của con người
Tổng hợp, báo cáo thông tin.
Cảnh báo sự cố, đưa ra những tín hiệu cảnh báo kịp thời trước khi có những sựcố.
Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương trình soạn thảo đồhoạ, lưu trữvà sao lưu dữliệu.
Hệ thống BMS linh hoạt, có khả năng mở rộng với các giải pháp sẵn sàng đáp ứng với mọi yêu cầu.
2.1.3 Lợi ích mang lại từBMS
Hệ thống quản lý toà nhà (BMS) mang lại lợi ích lớn nhất bằng cách tạo ra một môi trường thoải mái, an toàn và thuận tiện cho người dùng Bên cạnh đó, cả người dùng và chủ sở hữu đều có thể tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu nhân lực lao động và đảm bảo rằng các thiết bị luôn hoạt động hiệu quả với độ bền cao BMS rõ ràng mang lại những lợi thế vượt trội trong việc tối ưu hóa quản lý và vận hành toà nhà.
Đơn giản hóa và tự động hóa vận hành các thủ tục, chức năng có tính lặp đi lặp lại.
Quản lý thiết bị trong tòa nhà hiệu quả hơn thông qua hệ thống lưu trữ dữ liệu, chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo cáo cảnh báo.
Giảm sự cố và phản ứng nhanh đối với các yêu cầu của khách hàng hay khi xảy ra sựcố.
Giảm chi phí năng lượng nhờ tính năng quản lý tập trung điều khiển và quản lý năng lượng.
Giảm chi phí nhân công và thời gian đào tạo là một lợi ích quan trọng, nhờ vào cách sử dụng dễ hiểu và mô hình quản lý trực quan trên máy tính Điều này giúp tối ưu hóa chi phí cho nhân sự và quy trình đào tạo, mang lại hiệu quả cao trong quản lý.
Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổchức và các yêu cầu mởrộng khác nhau.
Ưu điểm của hệ thống BMS
2.2.1 Quản lý hiệu quả, tiết kiệm nhân công
Hệ thống BMS giúp quản lý hiệu quả một lượng lớn dữ liệu, đồng thời hỗ trợ việc thực hiện quản lý tinh vi hơn với đội ngũ nhân viên ít hơn.
Hệthống máy móc tự động làm thay và trợ giúp con người trong nhiều việc.
Tích hợp công nghệ giúp điều khiển khối lượng lớn dữ liệu, từ đó tối ưu hóa việc vận hành tòa nhà và các thiết bị với sự tham gia của ít nhân công hơn.
2.2.2 Duy trì và tối ưu hóa môi trường
Nhiệt độ, độ ẩm, khí CO2, độ sạch, ánh sáng v v sẽ được hệ thống kiểm soátởgiá trịtốt nhất cho con người hoạt động.
2.2.3 Tiết kiệm năng lượng, nhiên liệu
Hệ thống BMS (Hệ thống Quản lý Tòa nhà) giúp kiểm soát chính xác tải nhiệt yêu cầu, đồng thời tối ưu hóa nhu cầu sử dụng Việc này không chỉ giảm thiểu thất thoát năng lượng mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Sử dụng hiệu quả năng lượng tự nhiên và hạn chế lãng phí nguyên liệu là rất quan trọng Các biện pháp như điều khiển và duy trì nhiệt độ cài đặt sẵn, cũng như tận dụng khí trời khi cần thiết, giúp kiểm soát tải trong tòa nhà Đặc biệt, hệ thống điều khiển máy điều hòa không khí đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra môi trường thoải mái cho người sử dụng, đồng thời ngăn chặn lãng phí năng lượng thông qua việc điều khiển tối ưu và duy trì hiệu quả liên tục.
2.2.4.Đảm bảo các yêu cầu an toàn
Khả năng tích hợp với các hệ thống an ninh như camera giám sát (CCTV) và kiểm soát ra vào (Access control) đảm bảo rằng tòa nhà luôn được theo dõi chặt chẽ và có khả năng phản ứng tự động trước các mối nguy hiểm.
Bằng cách tập trung thông tin từ tất cả các thiết bị về một đơn vị xử lý trung tâm, chúng ta có thể dễ dàng theo dõi trạng thái thiết bị, vận hành và khắc phục sự cố như mất điện, hỏng hóc hay cháy nổ Hệ thống an ninh tích hợp giúp đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong tòa nhà và bảo mật thông tin cá nhân mà vẫn giữ được sự thoải mái.
2.2.5 Nâng cao sựthuận tiện cho con người sửdụng
Với hệ thống BMS, việc điều chỉnh nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh và kiểm soát khu vực trở nên đơn giản và hiệu quả hơn Người dùng không cần nhiều nhân lực, vì hệ thống máy tính tập trung và kết nối internet cho phép thực hiện các chỉ lệnh từ bất kỳ đâu.
Việc tích hợp nhiều tính năng trong thiết bị mang lại sự thoải mái tối đa cho người dùng, cho phép họ ra vào 24/7 Người dùng dễ dàng cài đặt nhiệt độ, thiết lập chế độ thời gian, theo dõi tình trạng thời tiết bên ngoài và quản lý thông tin điều hành của tòa nhà.
Cấu hình hệ thống BMS
Bộ điều khiến sử dụng vi xử lý tạo nên cấu hình theo kiểu cấp bậc cho hệ thống BMS hay còn gọi là lớp (tier) của bộxửlý.
2.3.1 Bộ điều khiển cấp vùng Đây là bộ điều khiển sửdụng bộvi xửlý, cung cấp khả năng điều khiển trực tiếp tới các thiết nằm trong phạm vi cấp vùng, như bơm nhiệt, hộp điều lượng gió (VAV – Variable Air Volume), thiết bị cấp gió đơn vùng Bộ điều khiển cấp này cũng có thểsửdụng phần mềm quản lý năng lượng.
Tại cấp xử lý vùng, cảm biến giao tiếp trực tiếp với thiết bị được điều khiển thông qua một bus liên lạc, cho phép các bộ điều khiển chia sẻ thông tin với nhau và với các bộ xử lý trong hệ thống Các bộ điều khiển cấp vùng thường có cổng hoặc kênh giao tiếp để hỗ trợ thiết bị đầu cuối di động trong quá trình thiết lập ban đầu và các lần điều chỉnh sau.
2.3.2 Bộ điều khiển cấp hệthống
Bộ điều khiển cấp hệ thống có công suất lớn hơn bộ điều khiển cấp vùng, đặc biệt trong việc quản lý các điểm, vòng DDC và chương trình điều khiển Thiết bị này thường được sử dụng để điều khiển các hệ thống cơ khí như hệ cung cấp khí, hệ VAV trung tâm và hệ thống làm mát, đồng thời cũng thực hiện chức năng điều khiển ánh sáng.
Bộ điều khiển cấp hệ thống giao tiếp trực tiếp với các thiết bị thông qua actuator và cảm biến, hoặc gián tiếp qua bus liên lạc với bộ điều khiển cấp vùng Nó có cổng kết nối với các thiết bị đầu cuối lập trình và vận hành cầm tay, phục vụ cho quá trình cài đặt ban đầu và điều chỉnh sau này.
Khi bộ điều khiển cấp hệ thống kết nối với bộ xử lý cấp hoạt động, các thay đổi chương trình điều khiển thường được thực hiện tại bộ xử lý này và sau đó tải xuống bộ điều khiển Bộ điều khiển cấp hệ thống còn có khả năng dự phòng khi liên lạc bị đứt, hoạt động độc lập Ngoài ra, nhiều kiểu bộ điều khiển cấp hệ thống cung cấp chế độ bảo vệ an toàn cho tài sản thông qua các tín hiệu cảnh báo hỏa hoạn, cảnh báo an ninh và bảo mật truy cập.
Bộ xử lý cấp này chủ yếu giao tiếp với vận hành viên hệ BMCS, thường là PC được trang bị màn hình hiển thị và các bảng mạch 'plug-in' cho thiết bị vận hành bổ sung, máy in, mở rộng bộ nhớ và bus liên lạc Nó thường đi kèm với phần mềm ứng dụng để thực hiện các chức năng cần thiết.
- Bảo đảm an ninh hệ thống: Hạn chếtruy cập và hoạt động cho những người có thẩm quyền.
- Xâm nhập hệ thống: Cho phép những người có thẩm quyền chọn và lấy dữ liệu thông qua PC và một sốthiết bịkhác.
- Định dạng dữ liệu: Tập hợp các điểm hệ thống ngẫu nhiên thành định dạng nhóm logic đểhiện thịvà inấn.
Lập trình tùy biến cho phép phát triển các chương trình DDC theo nhu cầu cụ thể tại từng cấp độ hoạt động Các chương trình này có thể được tải xuống cho từng bộ điều khiển tại cấp hệ thống, cấp vùng chuyên biệt hoặc từ xa, giúp tối ưu hóa hiệu suất và quản lý hệ thống hiệu quả hơn.
- Đồhọa: Kết hợp với dữliệu động vềhệthống xây dựng các màn hìnhđồhọa theo yêu cầu.
- Report chuẩn: Tự động cung cấp các report chuẩn theo định kỳ và theo yêu cầu hoạt động.
- Report theo yêu cầu: Là các bảng dữliệu, file định dạng Word, và quản lý cơ sở dữliệu.
- Quản lý bảo trì: Tự động lên lịch bảo trì thiết bị dựa trên dữliệu về lịch sử thiết bịvà thời gian hoạt động.
- Tích hợp hệthống: Cung cấp cổng liên lạc và chức năng điều khiển cho các hệthống phụ(HVAC, cứu hỏa, an ninh, điều khiển truy cập.v.v )
2.3.4 Bộxửlý cấp quản lý Đây là cấp cao nhất trong cấu trúc của hệ BMS Nó thực thi điều khiển và quản lý thông qua các hệthống phụ Tại cấp này, vận hành viên có thểyêu cầu dữ liệu và ra lệnh tới các điểm từ bất kỳ đâu trong hệ thống Vận hành hoạt động thường nhật là chức năng thông thường của bộ xử lý cấp hoạt động Tuy nhiên, điều khiển toàn bộ có thể được chuyển sang cho bộ xử lý cấp quản lý trong những trường hợp khẩn cấp.
Bộ xử lý cấp quản lý thu thập và lưu trữ dữ liệu về mức tiêu thụ điện năng, chi phí vận hành, cùng với các hoạt động cảnh báo và báo cáo Những thông tin này là cơ sở quan trọng để hoạch định quản lý và đảm bảo hoạt động lâu dài.
Thiết bị điều khiển tự động
2.4.1 Thiết bị điều khiển điện
Các phần tử cảm biến, bộ điều khiển và thiết bị cài đặt được kết hợp thành một khối đồng nhất Phương thức này cho phép theo dõi các thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm một cách hiệu quả.
Sơ đồ điều khiển máy điều hòa không khí sử dụng cơ chế dịch chuyển cơ học để điều khiển các phần tử cuối như van động cơ, van điều tiết khí và máy nén Điện năng được sử dụng để truyền tín hiệu và cung cấp năng lượng cho các chuyển động cơ học Các thiết bị này có thể lắp đặt trong phòng hoặc trong ống để đo lường nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và các biến số khác Với cấu trúc đơn giản và dễ sử dụng, thiết bị có giá thành thấp và thích hợp cho những ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao.
2.4.2 Thiết bị điều khiển điện tử
Trong các thiết bị điều khiển điện tử, bộ điều khiển và phần tử cảm biến thường được lắp đặt cách xa nhau Bộ điều khiển thường được đặt trong các tủ điều khiển trong phòng điều khiển.
Bộ điều khiển điện tử sử dụng mạch điện tử (mạch số) để xử lý các giá trị đo như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu tốc, CO2 và tỷ trọng Chúng cung cấp khả năng điều khiển chính xác cao, hiển thị và cho phép thiết lập các giá trị đo từ xa Đầu ra của bộ điều khiển là các tín hiệu đa dụng, do đó cần sử dụng các bộ chuyển đổi như bộ lựa chọn cao/thấp, bộ điều chế tỷ lệ hoặc các thiết bị hỗ trợ khác Ngoài ra, bộ điều khiển điện tử còn có thể hoạt động như các bộ điều khiển lựa chọn hoặc điều khiển giới hạn.
- Bộlựa chọn cao /thấp: Thiết bịlựa chọn tín hiệu lớn (hoặc bé) từhai tín hiệu đầu vào và gửi ra.
- Bộ điều chế tỷ lệ: Thiết bị xuất tín hiệu ra, biến đổi điểm đầu, cuối hoặc tốc độ thay đổi của các tín hiệu vào.
2.4.3 Bộ điều khiển kỹthuật sốtrực tiếp DDC
Hình 2.3: Bộ điều khiển trực tiếp DDC
Theo hiệp hội sản xuất thiết bị đo lường điện Nhật Bản, DDC được định nghĩa là "quá trình điều khiển, trong đó các chức năng của bộ điều khiển được thực hiện bởi một thiết bị số" DDC là một bộ điều khiển tích hợp chức năng hệ điều khiển tự động và giám sát từ xa, sử dụng bộ vi xử lý để xử lý dữ liệu Dưới đây là các đặc điểm của DDC, cấu trúc mẫu và sự so sánh với các thiết bị điện tử khác.
- Cài đặt, hiển thị và xử lý, khử lỗi trong quá trình truyền và tính toán, cho phép đo lường và điều khiểnở độchính xác cao.
- Tất cảcác tín hiệu vào và ra đều được chuyển vềthiết bị giám sát trung tâm, có thểquản lý chính xác và chi tiết hơn.
DDC cho phép quản lý và điều khiển phân tán đến từng đơn vị, không chỉ đối với máy điều hòa không khí mà còn bao gồm các dàn lạnh (FCU), các khối VAV (đơn vị thể tích khí thay đổi) và máy làm lạnh.
- Chức năng truyền phát cùng được tích hợp Chỉ yêu cầu một cảm biến vừa thực hiện đo lường vừa điều khiển.
- Thành phần có chức năng tựchẩn đoán cho phép phảnứng nhanh khi phát sinh lỗi.
- Thiết bị cài đặt màn hình LCD và các cảm biến không dây có thểkết nối dễ dàng giúp điều khiển dễdàng.
- Chương trình dễ dàng bổ sung và sửa đổi để thích ứng với các thay đổi trong phòng, chẳng hạn khi dịch chuyển các bộphận, thiết bị.
- Chức năng điều khiển và trạm kiểm soát từ xa được tích hợp trong bộ điều khiển đểtiết kiệm diện tích tủ điều khiển.
- Dễdàng nâng cấp và bổsung các cảm biến và các điều khiển cuối cùng loại.
Có khả năng truyền phát tín hiệu tín hiệu vào ra của cảm biến và các phần tử điều khiển cuối.
2.4.4 Phần tửthông minh Đểbổsung chức năng cho DDC, người ta tạo ra chuỗi phần tửlà các thiết bị cấp trường cung cấp thông tin bản thân thiết bị và điều kiện điều khiển Đặc tính và cấu hình mẫu của chúng được chỉ ra dưới đây.
- Truyền tất cả các tín hiệu vào/ra tới BMS trung tâm thông qua kênh truyền thông SA-net Tốc độtruyền dữliệu tốt hơn trên đường dây thường.
- Từ cảm biến nhiệt độ phòng đến van điều khiển, các thiết bị chính trong điều khiển AHU đều nằm trong thành phần chuỗi.
ACTIVAL PLUS là một thành phần quan trọng trong chuỗi phần tử thông minh, hoạt động như một van điều khiển động cơ Nó có chức năng đo lường và điều chỉnh lưu lượng nước, giúp kiểm soát vận tốc của dòng nước lạnh và nóng thông qua việc đo lưu lượng, thay vì chỉ điều chỉnh độ mở của van.
ACTIVAL PLUS xác định lưu lượng bằng cách đo độ chênh áp, sử dụng cảm biến áp suất bên trong Giá trị lưu lượng được tính bằng cách nhân độ chênh áp với hệ số Cv, được xác định dựa trên vị trí mở van và một hằng số cố định.
Hình 2.4: Sơ đồkết nối bộ điều khiển trực tiếp (DDC)
- Màn hình LCD lắp trên tường đểhiển thị giá trị đo của áp suất, nhiệt độ, tốc độdòng tínhđược từACTIVAL PLUS.
Cơ sở điều khiển tự động
Phần này giới thiệu về cơ sở điều khiển tự động trong hệ thống máy điều hòa không khí, nhấn mạnh các yếu tố quan trọng như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và lưu tốc, tất cả đều đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa hiệu suất và sự thoải mái của người sử dụng.
2.5.1 Tổng quan về điều khiển tự động Đối với một hệthống điều khiển, sự thay đổi các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ, độbức xạ mặt trời và những thay đổi trong phòng như số người đều được xem như những nhiễu loạn Nếu không có thay đổi nào của các điều kiện bên trong cũng như bên ngoài thì một khi van (phần tử điều khiển cuối) được đóng ở chế độ vị trí tối ưu, nhiệt độsẽ được giữ không đổi Tuy nhiên luôn có sự dao động của các điều kiện bên trong, bên ngoài, do vậy chúng ta luôn cần đến điều khiển tự động.
Hình 2.5:Sơ đồkết nối hệthống điều khiển trung tâm
Khi nhiệt độ thay đổi hoặc có nhiễu loạn, sẽ xuất hiện một giai đoạn trễ trong hệ thống cho đến khi nhiệt độ thực tế của phòng bắt đầu thay đổi Giai đoạn này được gọi là độ trễ, và thời gian từ khi nhiệt độ bắt đầu thay đổi cho đến khi ổn định được gọi là hằng số thời gian.
Yêu cầu chất lượng của hệ điều khiển tự động bao gồm tốc độ phản ứng nhanh và độ ổn định cao Tốc độ phản ứng nhanh giúp đạt được giá trị điều chỉnh nhanh nhất có thể, trong khi độ ổn định được đánh giá qua khả năng duy trì giá trị điều chỉnh không đổi Khi thiết kế hệ điều khiển tự động, cần xác định chức năng và chất lượng phù hợp với đặc điểm ứng dụng và ngân sách.
2.5.2.Ứng dụng thiết bị điều khiển tự động
Theo nguyên lý hoạt động và cấu tạo, các thiết bị điều khiển tự động trong hệthống điều hòa không khíđược phân loại như sau:
- Điều khiển điện-khí nén
Điều khiển kỹ thuật số trực tiếp (DDC) tại Nhật Bản ít sử dụng phương pháp khí nén/điện-khí nén so với Mỹ và Châu Âu Phương pháp này chủ yếu được áp dụng trong các hệ thống như máy làm lạnh, hệ thống chống nổ với các van lớn, và trong các bệnh viện nơi có nhu cầu sử dụng nhiều van điều chỉnh.
Hình 2.6: Thay đổi thông số đặt theo thời gian
Trong lĩnh vực điều khiển điện, các thiết bị thường sử dụng các phần tử cơ khí như tấm ngăn và đĩa nhựa, kết hợp với các phần tử cảm biến và điều khiển trong một khối riêng biệt Những thiết bị này được ưa chuộng nhờ tính tiện lợi và chi phí thấp.
Người ta đang mong chờ sự chuyển đổi từ thiết bị điện sang sản phẩm điện tử số hóa với các tính năng tương tự Bộ vi xử lý đã được áp dụng nhanh chóng trong các thiết bị điện tử, nhưng bộ điều khiển số trực tiếp DDC mới thực sự được sử dụng phổ biến Bộ điều khiển DDC không chỉ đa chức năng mà còn tiện lợi nhờ khả năng kết nối với hệ thống quản lý tòa nhà chính, tạo nên sự khác biệt so với các thiết bị điện tử tích hợp bộ vi xử lý.
Tổng quan về hệ thống điều hòa- thông gió (HVAC)
Hệ thống HVAC l à gì?
HVAC là viết tắt của Heating, Ventilation, and Air Conditioning (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí).Đề cập đến công nghệ môi trường trong nhà h oặc
Hệ thống HVAC ô tô là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật cơ khí, dựa trên các nguyên tắc của nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng, truyền nhiệt và làm lạnh Thiết kế của hệ thống này đôi khi được mở rộng thành HVAC & R hoặc HVACR, và thuật ngữ thông gió có thể được rút gọn thành HACR, như trong trường hợp chỉ định HACR để đánh giá bộ phận ngắt mạch.
Hệ thống HVAC đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế các phương tiện truyền thông cho các tòa nhà văn phòng và công nghiệp lớn, như tòa nhà chọc trời, cũng như trong các môi trường đặc thù như bể cá Việc duy trì điều kiện xây dựng an toàn và lành mạnh, bao gồm kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm, được thực hiện thông qua việc sử dụng không khí trong lành từ bên ngoài.
Điều hòa không khí AHU
Các hệ điều hòa không khí được phân loại thành ba loại chính: điều hòa không khí ngoài trời, điều hòa không khí trong phòng và điều hòa không khí quanh phòng Phân loại này dựa trên tải trọng mà mỗi máy điều hòa không khí phải chịu.
Tùy từng hệ thống điều hòa không khí, ta có các loại AHU khác nhau Có nhiều cách khác nhau đểphân loại AHU.
3.2.1.Máy điều hòa không khí ngoài trời
Trong AHU này, chỉkhí trời được hút vào và xửlý mà không có khí hồi lưu trảvềhệthống.
Trong một số trường hợp, máy trao đổi nhiệt tổng được sử dụng để kết hợp với dàn quạt lạnh, thích hợp cho các phòng đơn trong khách sạn, bệnh viện và các AHU trên mỗi tầng trong tòa nhà văn phòng Hệ thống này điều khiển dựa trên nhiệt độ khí cung cấp và nhiệt độ đọng sương.
Hình 3.2:Máy điều hòa không khí ngoài trời
Tuy nhiên cũng có thể không sử dụng các bộ chuyển đổi nhiệt khi làm mát không khí nếu thời tiết trong mùa thuận lợi.
3.2.2 Bộ điều khiển lưu lượng gió cố định (CAV)
Phương pháp này được sử dụng để xử lý tải phòng (khí hồi lưu) và tải khí trời (khí ngoài), hoặc chỉ đơn giản là tải phòng và phân bố lượng khí không đổi trong các ống Người ta áp dụng ống nóng, ống lạnh hoặc kết hợp cả hai loại ống để đạt hiệu quả tối ưu.
Phương pháp điều khiển này được áp dụng cho các khu vực có đặc tính tải không đổi, từ nhà hát và trung tâm thương mại cho đến các toà nhà nhỏ và lớn Bộ điều khiển lưu lượng gió cố định AHU đảm nhiệm việc điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong các phòng thông qua việc kiểm soát lượng khí trả về từng phòng Đồng thời, nó cũng quản lý nhiệt độ phòng và nồng độ CO2 bằng cách điều chỉnh tải khí trời và kiểm soát lượng khí trời được đưa vào.
3.2.3 Bộ điều khiển lưu lượng giócó điều khiển (VAV)
Phương pháp này chia nhỏ vùng điều khiển thành các khu vực chịu tải đồng đều, sử dụng các khối điều khiển lưu lượng gió đơn để đảm bảo ổn định và áp dụng biến tần để tối ưu hóa hiệu suất.
Hình 3.3: Bộ điều khiển lưu lượng gió CAV
Bộ điều khiển lưu lượng gió VAV giúp giảm khối lượng khí tổng cộng của AHU, mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng vượt trội so với bộ điều khiển lưu lượng gió cố định Nhờ khả năng điều chỉnh theo tải ở từng khu vực nhỏ, các bộ điều khiển này tối ưu hóa việc phân phối không khí, cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Phương pháp này thích hợp cho các tòa nhà văn phòng có quy mô trung bình đến lớn, với diện tích xử lý không khí rộng và chú trọng đến chi phí Các bộ điều lưu lượng gió được trang bị AHU giúp điều khiển nhiệt độ tại từng khu vực nhỏ, kiểm soát nhiệt độ khí cấp và khối lượng khí của quạt.
Các AHU (Air Handling Unit) điều khiển khí trời và mật độ CO2 tương tự như các bộ điều khiển lưu lượng gió cố định Tùy thuộc vào từng hệ thống điều hòa không khí, có nhiều loại AHU khác nhau, và chúng có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau.
3.2.4.Điều hòa không khí cục bộ Đây là thiết bị đặt trong phòng có gắn thêm máy nén Có hai loại: máy nén lạnh kèm máy sấyđiện và loại bơm nhiệt Ngoài ra cũng có loại dùng nguồn nước hoặc một sốloại kết hợp.
Phương pháp điều hòa không khí này phù hợp cho các không gian có đặc điểm tải và thời gian vận hành riêng biệt như phòng máy tính, kho chứa, và văn phòng nhỏ Trong hệ thống điều hòa không khí cục bộ, việc điều khiển bật/tắt các khối điều hành máy nén được thực hiện dựa trên nhiệt độ phòng, giúp duy trì môi trường thoải mái và hiệu quả.
Hình 3.5:Điều hòa không khí cục bộ
Máy điều hòa không khí thu gọn bao gồm quạt, ống dẫn và bộ lọc, chủ yếu thực hiện tuần hoàn không khí mà không hút khí từ bên ngoài hoặc phun ẩm Các loại máy này có thể được đặt trên sàn, treo lên trần hoặc dạng khối xách tay.
Phương pháp này thích hợp cho các không gian như khách sạn, bệnh viện và hành lang toà nhà văn phòng FCU điều chỉnh nhiệt độ phòng hoặc khối khí trả về thông qua việc điều chỉnh các van độc lập hoặc nhóm cho các vùng khác nhau Chúng giúp tối ưu hóa tải chung với các hệ thống điều hòa không khí bên trong và bên ngoài, đồng thời thực hiện việc tiết kiệm năng lượng hiệu quả.
Hệ thống máy l àm lạnh
Có nhiều loại máy làm lạnh với cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau, bao gồm máy lạnh kiểu hút, kiểu bơm nhiệt và kiểu nồi đun Các thiết bị bổ trợ như bơm nước nóng/lạnh, bơm nước mát và tháp giải nhiệt cũng đóng vai trò quan trọng Ngoài ra, máy làm lạnh còn được phân loại theo kiểu ống kín, ống mở, phương pháp nhận DHC (làm lạnh và sấy nóng khu vực) và kiểu máy lạnh đơn lẻ của các bộ điều hòa không khí cục bộ.
Tài liệu này giới thiệu về hai kiểu ống: ống kín và ống mở Phương pháp ống kín được chia thành hai loại: dòng không đổi và dòng thay đổi Trong phương pháp dòng không đổi, nước nóng hoặc lạnh được cung cấp cho toàn bộ tòa nhà với tốc độ ổn định, được điều khiển bởi van ba ngả theo tải của máy điều hòa không khí Ngược lại, phương pháp dòng thay đổi cho phép điều chỉnh dòng nước nóng/lạnh thông qua van hai ngả, giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
Hình 3.6: Quạt dàn lạnh (FCU) theo tải Phần này chủ yếu mô tả phương pháp dòng thay đổi, cho phép tiết kiệm năng lượng hơn.
3.3.1 Hệthống bơm đơn ống kín
Phương pháp bơm thứ cấp, hay còn gọi là bơm kép, bao gồm bơm sơ cấp điều khiển phần đầu hệ máy lạnh và bơm thứ cấp chia sẻ tải để cân bằng với tải máy điều hòa Mặc dù có chi phí ban đầu và không gian lắp đặt lớn hơn so với hệ bơm đơn, phương pháp này giúp tiết kiệm năng lượng nhờ việc sử dụng bơm thứ cấp riêng biệt cho từng hệ máy lạnh và điều khiển các khối vận hành Phương thức này thường được áp dụng cho các tòa nhà có quy mô trung bình đến lớn.
Hệ bơm đôi điều khiển số cho phép bơm thứ cấp hoạt động dựa trên lưu lượng, đồng thời điều khiển van bypass hoặc các bộ chuyển đổi theo áp suất chênh lệch giữa trước và sau các bơm.
Hình 3.7: Hệthống bơm ống kín
Hệ thống này sử dụng các tấm kép và thùng chứa nước nóng/lạnh từ máy làm lạnh, chủ yếu là kiểu động cơ, để cung cấp trực tiếp cho các máy điều hòa không khí Để tiết kiệm năng lượng, hệ thống tận dụng nguồn năng lượng ngoài giờ cao điểm hoặc ngưng hoạt động trong giờ cao điểm nhằm giảm chi phí và nâng cao hiệu quả sử dụng điện Ngoài ra, nó còn được sử dụng như một hệ thống dự phòng để hồi nhiệt hoặc trong trường hợp máy lạnh gặp sự cố.
Hệ thống này yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu lớn để lắp đặt bể nước, bơm thứ cấp và đo đạc chống xói mòn, nhưng lại rất tiết kiệm trong quá trình sử dụng Nó chủ yếu được áp dụng cho các tòa nhà lớn và trung tâm máy tính.
Điều khiển tự động HVAC
3.4.1 Điều khiển nhiệt độphòng (khíđầu vào và khí hồi lưu)
- Xác định nhiệt độ phòng bằng cảm biến nhiệt và điều khiển tỉ lệ các van nước nóng, lạnh Khi sửdụng DDC, có thể điều khiển tích phân.
- Trong phương pháp cuộn đơn, tác động của mỗi van chỉ nằm bên trong
Hình 3.9: Điều khiển van nước nóng và lạnh Điểm đặt nhiệt độchính (cuộn kép) Điểm đặt sấy nóng Điểm đặt làm lạnh
Van nước lạnh Van nước nóng
(Sấy nóng cuộn đơn) (Làm mát cuộn đơn)
Van mở đường nét đứt ởhình trên.
Vị trí điểm đặt trong phương pháp cuộn kép được minh họa trong hình bên, cho phép điều chỉnh linh hoạt khi sử dụng các bộ DDC Các điểm đặt chính, điểm đặt sấy nóng và làm mát có thể được thiết lập theo yêu cầu.
Sử dụng cảm biến nhiệt để xác định nhiệt độ phòng và điều chỉnh tỉ lệ các van nước nóng, lạnh cũng như van điều tiết khí trời, khí hồi lưu và khí thải khi làm mát khí trời Việc áp dụng thiết bị điện tử và các bộ DDC cho phép thực hiện điều khiển tích phân hiệu quả.
- Sửdụng năng lượng tựnhiên thực hiện làm mát khí trời khi việc hút khí vào có hiệu quả.
Khi hệ thống có một bộ trao đổi nhiệt tổng cộng, nó sẽ chuyển sang chế độ ống bypass hoặc vận hành động cơ liên tục trong quá trình làm mát, đặc biệt khi khí trời đạt yêu cầu.
Hình 3.10: Điều khiển van nước nóng, lạnh và làm mát khí trời Điểm đặt làm mát khí trời Điểm đặt sấy nóng Điểm đặt làm lạnh
Van điều tiết khí trời
Mở tối thiểu Điểm đặt nhiệt độchính (cuộn kép) mãn các điều kiện sauđây,việc hút khí vào có hiệu quả.
Nhiệt độkhí trời < Nhiệt độphòng (so sánh nhiệt độ)
Nhiệt độkhí trời > Nhiệt độgiới hạn dưới củađiểm đặt (so với tải độ ẩm)
Nhiệt độ đọng sương ngoài trời < Nhiệt độ đọng sương giới hạn trên của điểm đặt (so với tải sấy khô)
- Đảm bảo độ mở nhỏ nhất cho đầu hút khí trời để đảm bảo đúng với lượng khí trời và mật độ CO2 như thiết kế.
3.4.2.Điều khiển bậc thang nhiệt độ khí đầu vào
Thay đổi điểm đặt nhiệt độ khí đầu vào giúp kiểm soát nhiệt độ đầu ra của phòng, từ đó điều chỉnh nhiệt độ phòng hiệu quả hơn Việc này không chỉ giảm độ trễ mà còn hạn chế các nhiễu loạn, mang lại sự ổn định cho môi trường sống.
3.4.3.Điều khiển giới hạn nhiệt độ khí đầu vào
Chức năng này kiểm soát nhiệt độ của khí đầu vào trong các giới hạn cao và thấp, nhằm ngăn ngừa quá nhiệt trong quá trình sấy nóng, đồng thời tránh hiện tượng phân tầng nhiệt độ và ngưng tụ ở đầu ra khi làm mát.
Các chuẩn truyền thông và cảm biến thông dụng
Chuẩn truyền thông RS-232
Để đảm bảo tính tương thích giữa các thiết bị truyền dữ liệu nối tiếp từ các nhà sản xuất khác nhau, hiệp hội Công Nghiệp Điện Tử EIA đã phát triển chuẩn giao diện RS232 vào năm 1960 Sau đó, chuẩn này đã được cải tiến thành RS232A vào năm 1963, tiếp theo là RS232B và RS232C vào những năm 1965 và 1969 Hiện nay, RS232 là chuẩn giao diện I/O phổ biến nhất, mặc dù nó được phát triển trước khi có vi mạch vi điện tử TTL, dẫn đến sự không tương thích về mức điện áp vào/ra Cụ thể, trong RS232, mức "1" tương ứng với điện áp từ -3V đến -25V.
Để kết nối RS232 với máy tính, cần sử dụng bộ biến đổi điện áp như MAX232, giúp chuyển đổi mức logic TTL sang mức điện áp RS232 và ngược lại Điện áp "0" tương ứng với khoảng từ 3V đến 25V, trong khi khoảng từ -3V đến +3V không xác định Các chip IC MAX232 thường được sử dụng để điều khiển đường truyền.
Cổng nối tiếp RS232, hay còn gọi là cổng COM, là một trong những giao tiếp phổ biến nhất hiện nay Nó truyền dữ liệu theo dạng nối tiếp với tốc độ do người lập trình quy định, thường là 1200, 2400, 4800, hoặc 9600 bps Khác với hệ thống Bus, RS232 cho phép thiết lập kết nối điểm giữa hai thiết bị cần trao đổi thông tin Dữ liệu được truyền đi có thể là 7 hoặc 8 bit, kèm theo các bit Start, Stop và Parity để tạo thành một khung truyền Tuy nhiên, do tốc độ truyền hạn chế, cổng RS232 thường không được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao.
Khung truyền dữliệu như sau:
Start bit D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Parity bit Stop bit Ý nghĩa của các chân quan trọng được mô tả dưới đây:
RXD (receive Data): Đường nhận dữliệu.
TXD (Transmit Data): Đường gửi dữliệu.
Chân DTR (Data Terminal Ready) báo hiệu rằng thiết bị đầu cuối (DTE) đã sẵn sàng để thiết lập kênh truyền thông, như tự động quay số hoặc tự động trả lời Khi DTR ở trạng thái ON, thiết bị có thể nhận cuộc gọi từ xa, trong khi trạng thái OFF cho thấy thiết bị không muốn DCE chấp nhận cuộc gọi.
DSR (Data Set Ready): Báo DCE sẵn sàng,ở chế độ trảlời, 1 tone trảlời và DSR ON sau 2 giây khi Modem nhấc máy.
DCD (Data Carrier Detect): Tín hiệu này tích cực khi Modem nhận được tín hiệu từtrạm từxa và nó duy trì trong suốt quá trình liên kết.
RTS (Request To Send) is a control signal that manages the direction of data transmission When a station needs to send data, it activates the RTS line to ON, signaling its modem to prepare for communication.
CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, Modem xác nhận là DTE có thểtruyền sốliệu Quá trình ngược lại nếu đổi chiều truyền sốliệu
RI (Ring Indicator) là tín hiệu mà modem sử dụng để thông báo cho trạm đầu cuối khi nhận được tín hiệu chuông điện thoại Khi tín hiệu chuông xuất hiện, RI sẽ chuyển ON/OFF một cách tuần tự, cho thấy rằng một modem ở xa đang yêu cầu thiết lập liên kết dial-up.
Chuẩn truyền thông RS-485
Khi truyền thông tin ở tốc độ cao hoặc qua khoảng cách lớn, phương pháp đơn cực không hiệu quả Truyền dẫn dữ liệu vi sai mang lại hiệu quả cao hơn trong hầu hết các trường hợp Tín hiệu vi sai giúp loại bỏ ảnh hưởng từ sự thay đổi nối đất và giảm nhiễu điện áp chung trên mạng.
Mạng multi-network bao gồm nhiều mạch phát và nhận kết nối vào một đường dây bus chung, trong đó mỗi node đều có khả năng phát và nhận dữ liệu Chuẩn RS485 đáp ứng yêu cầu này, cho phép tối đa 32 mạch truyền và nhận kết nối vào một đường dây bus đơn Với sự hỗ trợ của bộ repeater tự động và các bộ truyền/nhận có trở kháng cao, giới hạn này có thể mở rộng lên tới 256 node trong một mạng.
RS485 có khả năng chịu đựng xung đột dữ liệu và các lỗi trên đường truyền Để khắc phục xung đột dữ liệu trong mạng multi-drop, phần cứng như converters, repeaters và micro-processor controls được thiết kế để duy trì trạng thái nhận cho đến khi có dữ liệu cần truyền Node master sẽ gửi yêu cầu đến một slave node bằng cách định địa chỉ, và phần cứng sẽ phát hiện bit start của ký tự truyền để kích hoạt bộ truyền Sau khi truyền xong, phần cứng trở lại trạng thái nhận trong vài micro giây, cho phép bộ truyền tự động kích hoạt lại khi có ký tự mới Nhờ vậy, slave node đã được định địa chỉ có thể phản hồi ngay lập tức mà không cần delay dài, giúp tránh xung đột.
Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị chuyển đổi nhiệt thành các đại lượng vật lý như điện áp, dòng điện, và áp suất Đây là phần tử thiết yếu trong hệ thống đo lường và điều khiển nhiệt độ, có khả năng nhận diện tín hiệu nhiệt độ chính xác và chuyển đổi thành các tín hiệu đo lường như điện áp, dòng điện, và điện trở.
Khoảng làm việc của cảm biến là nhiệt độ mà nó có thể hoạt động hiệu quả trước khi bị bão hòa Độ cao hay thấp của khoảng làm việc này phụ thuộc vào cấu tạo và tính chất lý hóa riêng của từng loại cảm biến.
Độnhạy: được định nghĩa bởi biểu thức: dx s df
Với: df: sự thay đổi đại lượng đo của cảm biến dx: sự thay đổi đại lượng vật lý.
Ngưỡng độnhạy: là mức thấp nhất mà cảm biến có thểphát hiện được.
Tính trễ của cảm biến, hay còn gọi là quán tính, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo Để đo chính xác, tốc độ thay đổi của đại lượng đo cần phải phù hợp với tính trễ của cảm biến Nếu đại lượng đo thay đổi quá nhanh trong khi quán tính của cảm biến lớn, sẽ dẫn đến sai số trong kết quả đo Mọi cảm biến đều có tính trễ, điều này phần nào do ảnh hưởng của vỏ bảo vệ.
Cảm biến nhiệt là thiết bị quan trọng với nhiều loại và cấu tạo khác nhau, mỗi loại có ứng dụng riêng Tuy nhiên, tất cả chúng đều có điểm chung là khả năng xác định nhiệt độ của vật chất.
Cặp nhiệt điện là dụng cụ đo nhiệt độ phổ biến trong công nghiệp, hoạt động dựa trên các nguyên lý như hiệu ứng Thomson, trong đó dòng điện I và chênh lệch nhiệt độ T1 - T2 tạo ra sự hấp thụ hoặc tỏa nhiệt Hiệu ứng Peltier cho thấy khi có dòng điện qua mối nối của hai dây dẫn, sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ hoặc tỏa nhiệt tại vị trí mối nối Hiệu ứng Seebeck chỉ ra rằng trong một dây dẫn, sự chênh lệch nhiệt độ tại một điểm sẽ sinh ra suất điện động Cuối cùng, theo định luật Macmut, trong một mạch điện kín với dây dẫn đồng nhất, tổng suất điện động luôn bằng không bất kể sự phân bố nhiệt độ.
Nhiệt kế điện trở hoạt động dựa vào sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của các vật liệu dẫn điện Có hai loại nhiệt điện trở: nhiệt điện trở kim loại, với hệ số nhiệt lớn, điện trở cao, ổn định lý hóa tốt và tính thuần khiết cao; và nhiệt điện trở bán dẫn, thường được chế tạo từ thermistor, với thành phần chính là bột oxit kim loại hoặc các hỗn hợp tinh chế như MgAl2O4 và Zn2TiO4 Nhiệt điện trở bán dẫn được chia thành hai loại chính.
Nhiệt điện trở Pct: là loại nhiệt điện trởcó hệsốnhiệt dương, nghĩa là nhiệt độ tăng thìđi ện trở giảm.
Nhiệt điện trở Nct: thành phần chính là bột kim loại như: MnAl 2 O 4 và
Zn 2 TiO 4 Độ tin cậy của nhiệt điện trở bán dẫn phụ thuộc vào độ tinh khiết của vật liệu chếtạo.
IC cảm biến nhiệt độ là mạch tích hợp chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành điện, cho phép đo dưới dạng điện áp hoặc dòng điện Một số IC cảm biến phổ biến bao gồm LX5700, LX135, LM235, LM335, AD590 và LM134.
Cảm biến CO2
Hệ thống thông gió điều khiển theo yêu cầu DCV (demand-control ventilation) dựa trên mức CO2 giúp tiết kiệm chi phí cho các không gian có tỉ lệ chiếm chỗ thay đổi như phòng hội thảo, thính phòng, và sân bay Công nghệ này cũng được áp dụng tại bệnh viện và casino, nơi quản lý cần đảm bảo thông gió hiệu quả và nhận cảnh báo sớm khi có sự cố Cảm biến CO2 thường được lắp đặt trên tường hoặc tích hợp trong bộ điều nhiệt thông minh.
Van điện từ (Motorize valve)
Van điện từ có nhiều loại khác nhau, nhưng chúng đều dựa trên nguyên lý cơ bản là có một cuộn điện Các loại van này có cấu tạo khác biệt, nhưng chức năng chính của chúng là điều khiển dòng chảy của chất lỏng hoặc khí thông qua việc sử dụng điện năng.
Van điện từ hoạt động dựa trên nguyên lý của một lõi sắt và lò xo nén Khi không có điện, lò xo sẽ giữ lõi sắt để đóng van Khi có điện, cuộn dây tạo ra từ trường hút lõi sắt ra, vượt qua lực của lò xo và mở van Các ứng dụng phổ biến của van điện từ bao gồm van cấp nước và van xả nước trong máy giặt, cũng như van đảo chiều trong điều hòa không khí.
Trong hệ thống điều hòa không khí và thông gió, van điện từ (MOTORIZED VALVE) hoạt động dưới sự điều khiển của hệ thống BMS Van này có chức năng ON/OFF các ống dẫn nhiệt và khí, đồng thời được điều chỉnh bởi bảng điều khiển nhiệt độ Bảng này cũng kiểm soát tốc độ quạt trong FCU và nhận tín hiệu từ tủ DDC, nơi thực hiện việc đóng mở tiếp điểm tác động lên van Tủ DDC được lập trình với các tín hiệu số DI, DO, AI, AO để xử lý thông tin từ máy tính.
Van điện từ (solenoid valve) có nhiều loại như 2 ngả, 3 ngả, và 5 ngả, phục vụ cho các ứng dụng khác nhau như khí nén, nước, gaz và hơi nước Có hai loại chính: loại thường đóng (NC) và loại thường mở (NO) Van thường đóng sẽ ở trạng thái đóng khi không có điện và mở khi có điện, trong khi van thường mở hoạt động ngược lại Điện áp cuộn hút của van có thể là 24VDC, 110VAC hoặc 220VAC.
Ngôn ngữ lập trình
Ngôn ng ữ lập tr ình MikroC
5.1.1 Giới thiệu về MikroC cho vi điều khiển PIC
MikroC cho PIC là một công cụ mạnh mẽ và phong phú, được phát triển dành riêng cho vi điều khiển PIC Công cụ này được thiết kế nhằm cung cấp giải pháp dễ dàng nhất cho lập trình viên trong việc phát triển ứng dụng cho hệ thống nhúng, đồng thời không làm ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng điều khiển.
PIC là con chip 8-bit phổ biến nhất thế giới, được sử dụng trong nhiều ứng dụng, trong khi ngôn ngữ lập trình C nổi bật nhờ hiệu quả của nó, trở thành lựa chọn lý tưởng cho phát triển hệ thống nhúng MikroC cho PIC mang đến sự tương thích hoàn hảo với tính năng IDE, trình biên dịch tuân thủ ANSI tiên tiến, cùng với bộ thư viện phần cứng phong phú, tài liệu chi tiết và nhiều dự án sẵn sàng để triển khai.
Hình 5.1: Giao diện phần mềm MikroC
File / New / New Project sẽxuất hiện hình sau
Bấm Next tiếp tục rồi bấm finish
Chúng ta cần phải chọn các thông số ởcửa sổproject mới này.
5.1.3 Giới thiệu về vi điều khiển PIC18F4550
PIC18F4550 là một vi xử lý đa chức năng, giá rẻ, thuộc dòng vi xử lý PIC của công ty Microchip, có trụ sở tại Chandler, Arizona, Mỹ Điểm nổi bật của PIC18F4550 là khả năng hỗ trợ USB tích hợp, cho phép kết nối trực tiếp với máy tính mà không cần mạch kéo hay linh kiện ngoài nào khác.
Bộ xử lý hỗ trợ tinh thể và dao động ký với nhiều tần số đầu vào, cho phép hoạt động độc lập ở tần số 48 MHz khi kết nối với bộ cân bằng.
Hình 5.4: Hình viđiều khiển pic 18f4550
Khi kết thúc hoạt động, dao động ký được kết nối thông qua các bit cấu hình, với tốc độ 48 MHz là điều kiện tiên quyết để chuyển sang chế độ toàn tốc nhỏ của cổng USB Driver USB sẽ chuyển sang chế độ toàn tốc (1.5 Mbyte/giây) và tương thích với chuẩn USB 2.0 Thiết bị này có 35 chân vào/ra số chung và đi kèm với vỏ bọc DIP-40, rất thuận tiện cho các nhà phát triển và những người đam mê.
Bộ nhớ của thiết bị bao gồm 32KB Flash để lưu trữ chương trình, 2KB SRAM bay hơi và 256 byte EEPROM, cho phép lưu trữ lâu dài dữ liệu như cấu hình.
Các chỉ thị trong hệ thống thường dài 1 byte, ngoại trừ một số như CALL, MOVFF và GOTO LSFR có độ dài 2 byte Hệ thống sử dụng kỹ thuật che đường ống để thực thi mã, cho phép các chỉ thị liên tiếp hoạt động trong 4 xung, cùng với 4 lần nhảy xung bổ sung.
Các đặc tính nổi bật bao gồm đồng hồ và ngắt (cả đồng hồ gắn trong và gắn ngoài) với hai mức ưu tiên, cùng với việc sử dụng cả hai mức này như bộ so sánh tương tự Bên cạnh đó, bộ phát điện tiêu chuẩn có 16 mức, rất hữu ích khi sử dụng trigger ở mức phần cứng.
Cuối cùng, CHIP đã phát triển một bộ chuyển đổi tương tự 10 bit; tuy nhiên, dao động ký không đáp ứng được yêu cầu về tốc độ cao cần thiết Do đó, máy phát dao động cần có tốc độ tối ưu để hoạt động hiệu quả.
48 MHz giữa thời gian trễ do truyền tải và các ngắt khác (vòng lặp ) Không thể đạt được tốc độlớn hơn 200 kHz.
Hình 5.5: Sơ đồ chân vi điều khiển pic 18f4550
Hình trên là sơ đồchân của PIC18F4550 trong hộp DIP-40 Đặc biệt, có thể nhận ra chân D- và D+ từkết nối USB (chân 23 và 24).
Bảng 5.1: Bảng mô tảcác chức năng chân của PIC18F4550
Chân Hướng Mô tảchức năng và các đặc tính
AN0-AN12 I 13 kênh Input, Analog, AN6 và AN7 còn dùng cho lập trình dữliệu và xung clock vào.
V DD Nguồn dương cho môđun tương tự
V SS Nguồn Ground cho modul tương tự
CLKI I Lối vào của xung Clock ngoài, luôn kết hợp với chân OSC1 CLKO O Lối ra của bộ dao động tinh thể, nối với tinh thể hoặc bộ cộng hưởng trong che độ dao động thạch anh Giống như CKLO trong che độRC hoặc EC. Luôn kết hợp với chân chức năng OSC2.
RD0-RD7 I/O Port D Đểhiểu rõ chức năng nhiệm vụcủa từng chân vi điều khiển Pic 18f4550, chúng ta tham khảo bảng Data sheet theo địa chỉ sau: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39632e.pdf
Ngôn ngữ lập trình Delphi
Delphi là ngôn ngữ lập trình cao cấp với trình biên dịch hoàn hảo, hỗ trợ mạnh mẽ các kiểu dữ liệu có cấu trúc và thiết kế theo hướng đối tượng (OOP) của Borland Pascal Hiện nay, Delphi đã phát triển thành môi trường xây dựng ứng dụng tức thời (RAD), cho phép giải quyết các vấn đề phức tạp trong phát triển phần mềm như lập trình cơ sở dữ liệu, mạng, đa phương tiện, trò chơi và đồ họa, không chỉ trên Windows mà còn trên Linux và NET Bài viết này chỉ tập trung vào các khái niệm của Delphi trong hệ điều hành Windows Với khả năng mạnh mẽ, Delphi là lựa chọn an toàn để triển khai các ứng dụng quy mô nhỏ hoặc lớn, đồng thời là ngôn ngữ thân thiện với người dùng, phù hợp cho cả người mới bắt đầu và lập trình viên chuyên nghiệp.
5.2.2 Môi trường phát triển tích hợp của Delphi
Môi trường soạn thảo và thiết kế ứng dụng của Delphi 7 bao gồm năm phần chính: cửa sổ chính của chương trình, cửa sổ thiết kế biểu mẫu, cửa sổ liệt kê các thành phần dạng cây, cửa sổ thiết lập thuộc tính đối tượng và cửa sổ soạn thảo mã lệnh Với IDE này, người dùng có thể thiết kế, biên dịch và gỡ lỗi ứng dụng một cách hiệu quả.
Cửa sổliệt kê các đối tượng dạng cây
Cửa sổcác thuộc tính và sựkiện của đối tựng
Cửa sổsoạn thảo mã lệnh
Hình 5.6: Giao diện dựán tạo mới trong Delphi 7.0
Cửa sổ chính của Delphi là nơi hiển thị tên dự án (Project name) mà bạn đang phát triển, bao gồm thực đơn chính (Main menu), thanh công cụ (Toolbar) và bảng thành phần (Component palette).
Thực đơn chính (Main menu)
Bài viết sẽ đề cập đến các thực đơn thả xuống như File, Edit, Search, View và Help, trong đó chứa đựng nhiều chức năng quan trọng như mở dự án mới, lưu dự án, biên dịch, gỡ lỗi và chạy chương trình Thông tin chi tiết về các chức năng này sẽ được trình bày ở phần sau của luận văn.
Trong Delphi, có nhiều thanh công cụ như thanh công cụ chuẩn, thanh gỡ lỗi và thanh hiển thị Mỗi nút trên thanh công cụ đại diện cho một thao tác hoặc lệnh, ví dụ như biên dịch, chạy chương trình hoặc kết thúc chạy chương trình.
Bảng chứa các thành phần của Delphi (Component Palette)
Hình 5.7: Thanh thực đơn chính
Hình 5.8: Các thanh công cụ
Hình 5.9: Bảng chứa các thành phần trong thẻStandard
Thành phần (Component), hay cònđuợc gọi làđiều khiển, chính làđối tuợng có sẵn trong Delphi mà bạn có thểthao tác trên nó trong thờiđiểm thiết kếform Có
Có hai loại thành phần trong lập trình: thành phần trực quan (visual component) và thành phần không trực quan (nonvisual component) Mỗi loại thành phần có những tính chất riêng và được quản lý thông qua các thuộc tính (Properties), sự kiện (Events) và phương thức (Methods) Các thuộc tính này cho phép bạn điều khiển và quản lý chương trình hiệu quả Khi thêm một thành phần vào form, nó sẽ hiển thị trong cửa sổ Object TreeView và Object Inspector Bảng chứa các thành phần có nhiều thẻ khác nhau như Standard, Addition, Win32, System, Data Access, ADO, Internet, Rave, Server, với các biểu tượng (icon) đại diện cho từng thành phần.
Khi bắt đầu một dự án mới trong môi trường phát triển IDE của Delphi, hệ thống sẽ tự động tạo ra một biểu mẫu mới để bạn tùy chỉnh các thuộc tính và thủ tục sự kiện thông qua Object Inspector Thông thường, mỗi dự án sẽ có ít nhất một form, và cùng với các thành phần từ bảng thành phần, bạn có thể thiết kế giao diện chương trình một cách thân thiện với người dùng.
Các giá trị của form và các component trên form được lưu trữ trong tập tin có phần mở rộng dfm, với tên giống như tên của đơn vị chương trình form Tập tin này chứa đựng thông tin về các giá trị của form cũng như các component được thiết kế trên đó.
5.2.2.3 Cửa sổliệt kê các đối tượng dạng cây (Object TreeView)
Object TreeView hiển thị các thành phần trực quan và không trực quan trên form hiện tại, với chỉ một form duy nhất được liệt kê tại mỗi thời điểm.
5.2.2.4 Cửa sổcác thuộc tính và sựkiện của đối tựng (Object Inspector)
Hình 5.11: Cửa sổliệt kê các đối tuợng dạng cây trên frmPTB1
Hình 5.12: thẻProperties của Form và thẻEvents của Button
The Object Inspector window for forms or components features two tabs: Properties and Events The Properties tab allows users to visually define the characteristics of the current object (Form or component), such as Caption, Name, Position, and Visibility Meanwhile, the Events tab is used for programming event responses, specifying how the object reacts to mouse or keyboard actions, including OnClick, OnClose, and OnEnter events, through event procedures Any changes made to the values in the Properties tab during the design process will automatically update the corresponding code in the code editor.
5.2.2.5 Cửa sổsoạn thảo mã lệnh
Mỗi form trong dự án được quản lý trong một tập tin đơn vị chương trình (Unitfile/Form unit) với phần mở rộng pas, chứa các khai báo và hàm sự kiện cho form cùng các component Để chuyển đổi giữa cửa sổ soạn thảo mã lệnh và cửa sổ thiết kế biểu mẫu, người dùng có thể sử dụng chức năng View/Toggle Form/Unit từ menu chính hoặc nhấn phím chức năng tương ứng.
Hình 5.13: Cửa sổsoạn thảo mã lệnh cho form unit untPtb1.Pas
F12 Ví dụ 1: Trong project “Giai phuong trinh bac nhat” ởtrên, talưuunit file với tên untPtb1.Pas và form file sẽ đuợc tự độngđặt theo là untPtb1.dfm.
5.2.3 Các kiểu dữliệu sơ cấp chuẩn, lệnh đơn
5.2.3.1 Các kiểu dữliệu sơcấp (Simple type)
Kiểu số nguyên biểu diễn một tập hợp con các số Delphi phân làm hai loại số nguyênđượcđịnh nghĩa bởi các từkhóa nhưsau:
Từkhóa Phạm vi Kích thước
Integer -2147483648 2147483647 Sốnguyên có dấu 32 bit
Trong đó, kiểu Integer còn đuợc chia ra thành một số tập con được định nghĩa bởi các từkhóa sau:
Bảng 5.3: Bảng các kiểu sốnguyên
Từkhóa Phạm vi Kích thước
Shortint -128 127 Sốnguyên có dấu 8 bit
Smallint -32768 32767 Sốnguyên có dấu 16 bit
Longint -2147483648 2147483647 Sốnguyên có dấu 32 bit
Int64 -2^63 2^63-1 Sốnguyên có dấu 64 bit
Kiểu ký tự cơ bản bao gồm AnsiChar và WideChar AnsiChar là ký tự thông thường với kích thước một byte, tương tự như bộ ký tự ASCII Trong khi đó, WideChar là ký tự hai byte, được sử dụng để biểu diễn bộ mã Unicode cho tập hợp ký tự.
Tuy nhiên, ta vẫn có thểkhai báo sửdụng kiểu ký tựvới từkhóa Char Và trên thực tế thì kiểu Char tương đương với kiểu AnsiChar Ngoài Char và AnsiChar,
Delphi hỗ trợ các kiểu ký tự một byte như PChar, PAnsiChar và AnsiString, đồng thời cũng cung cấp khả năng làm việc với ký tự Unicode thông qua các kiểu PWideChar và WideString, bên cạnh kiểu WideChar.
Ký tự trong lập trình được đặt trong dấu nháy đơn ('') Để trao đổi thông tin hiệu quả, các ký tự cần được sắp xếp và đánh số, tạo thành bảng mã Bảng mã phổ biến hiện nay là ASCII (American Standard Code for Information Interchange), sử dụng 7 bit hoặc 8 bit để biểu diễn tối đa 128 hoặc 256 ký tự khác nhau, mã hóa theo cơ số 16.
Bảng 5.4: Bảng mã ASCII với 128 ký tựchuẩn
Trong Delphi, kiểu số thực (Real type) được sử dụng để biểu diễn các số có dấu chấm động, bao gồm các kiểu float và real Kích thước của kiểu số thực phụ thuộc vào từ khóa được sử dụng trong khai báo.
Bảng 5.5: Bảng các từkhóa kiểu thực
Từkhóa Phạm vi Kích thước (byte)