แสง ตา และการมองเห็น - Blog of RMUTLการกระจายแสงการกระจายแสง (diffusion) (diffusion) ร ปท
สารบัญ - LEXiTRON · Web viewRb ในร ปท 2.19 ค อ R1,R11 ร ปท 2.18...
Transcript of สารบัญ - LEXiTRON · Web viewRb ในร ปท 2.19 ค อ R1,R11 ร ปท 2.18...
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 2
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 3
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 4
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)
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 5
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 6
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 7
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 8
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 9
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 10
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 11
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 12
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 13
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/
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 14
: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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 15
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 16
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 17
รปท 2.16 สญญาณอนพททปอนเขาขาไมโครคอลโทรลเลอรแบบชมตทรกเกอร
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 18
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 19
รปท 2.17 วงจรสำาหรบแปลงสญญาณจากหววดเลเซอรและรบสงขอมลบน RS-485
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 20
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 21
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 22
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
รายงานสรปทางดานเทคนค โครงการเครองอานคาแบบอตโนมตจากมาตรวดนำ/าระบบ Laserงานวจยระบบอเลกทรอนกสและการควบคม หนา 23