Mục Lục

Lời mở đầu 1

Chương 1 CẢM BIẾN VÀ THU THẬP DỮ LIỆU NHỜ CẢM BIẾN 3

1.1. Tổng quan về cảm biến (sensor) 3

1.2. Cảm biến ánh sáng 4

1.2.1. Ánh sáng và phép đo quang 4

1.2.1.1. Tính chất của ánh sáng 4

1.2.1.2. Đơn vị đo năng lượng quang. 4

1.2.2. Một vài loại vật liệu và linh kiện chuyển đổi quang - điện 5

1.2.2.1. Tế bào quang dẫn 5

1.2.2.2. Photodiode 6

1.2.2.3. Phototransistor 8

1.2.2.4. Cảm biến quang phát xạ 9

1.3. Cảm biến ánh sáng/ tần số 9

1.3.1. Sơ đồ khối của một bộ cảm biến ánh sáng/ tần số 10

1.3.2. Sơ đồ nguyên lý 10

1.4. Thu thập dữ liệu nhờ cảm biến 10

1.5. Cảm biến thông minh 12

1.6. Ưu điểm của cảm biến lối ra tần số ( gọi tắt là cảm biến tần số ) 13

Chương 2 XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG CẢM BIẾN THÔNG MINH 16

2.1. Chuyển đổi các đại lượng vật lý khác sang miền tần số 16

2.2. Phương pháp thu thập dữ liệu cho hệ thống cảm biến đa kênh

16

2.2.1. Phương pháp thu thập dữ liệu với kênh chia sẻ thời gian

16

2.2.2. Thu thập dữ liệu với kênh chia sẻ không gian 17

2.3. Các phương pháp chuyển đổi tần số sang mã 18

2.3.1. Phương pháp đếm chuẩn trực tiếp 19

2.3.2. Phương pháp đếm gián tiếp (đo chu kỳ) 22

2.3.3. Phương pháp kết hợp hai bộ đếm 28

2.4. Các phép toán xử lý tín hiệu trong cảm biến thông minh / tần số

29

2.4.1. Toán tử cộng và trừ 30

2.4.2. Bộ nhân và bộ chia 31

2.4.3. Toán tử vi phân và tích phân 32

2.4.4. Một ứng dụng các toán tử 33

2.5. Thuật toán thông minh và giao tiếp bus 34

2.5.1. Thuật toán thông minh 34

2.5.2. Giao tiếp bus 34

Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội

Lâm Hữu Thực Khoá luận tốt nghiệp

- 5 -

Chương 3 HỆ VI ĐIỀU KHIỂN NHÚNG VÀ LOẠI VI ĐIỀU KHIỂN MC68HC11

CỦA MOTOROLA 35

3.1. Các bộ vi điều khiển và các bộ xử lý nhúng 35

3.1.1. Bộ vi điều khiển so với bộ vi xử lý phổ thông 35

3.1.2. Các bộ vi điều khiển cho các hệ thống nhúng 35

3.1.3. Lựa chọn một bộ vi điều khiển 38

3.2. Tổng quan về MC68HC11E 39

3.2.1. Đặc trưng của họ vi điều khiển MC68HC11E 39

3.2.2. Cấu trúc khối MC68HC11E 41

3.2.3. Chân và cổng vào ra của MC68HC11E 41

3.2.3.1. VDD và VSS 44

3.2.3.2. RESET 45

3.2.3.4. Yêu cầu ngắt và che ngắt ( IRQ and XIRQ/VPPE)

46

3.2.3.5. STRA/AS và STRB/R/W 46

3.2.3.6. MODA, MODB chân điều khiển chọn mode 46

3.2.4. Bộ vi xử lý trung tâm 49

3.2.4.1. Các thanh ghi của CPU 50

3.2.4.2. Kiểu dữ liệu dùng trong CPU 51

3.2.4.3. Mã lệnh và toán tử 51

3.2.4.4. Các mode địa chỉ 51

3.2.5 Kết luận 51

3.3. Lựa chọn vi điều khiển MC68HC11 cho bộ cảm biến 51

Chương 4 XÂY DỰNG THỰC TẾ HỆ THỐNG THU THẬP DỮ LIỆU NHIỀU

KÊNH, THÔNG MINH DÙNG CẢM BIẾN ÁNH SÁNG/TẦN SỐ DỰA TRÊN HỌ

VI ĐIỀU KHIỂN MC68HC11 53

4.1. Mạch điện hỗ trợ chức năng tính toán của HC11 53

4.1.1. Thiết kế mạch điện (layout) 53

4.1.2. Sơ đồ khối bảng mạch 54

4.1.3. Miêu tả chung 55

4.1.4. Thiết bị trong EVB, và các thông số 56

4.2. Giới thiệu về C-spy 57

4.2.1. Tổng quan 57

4.2.2. Tiến hành cài đặt và sử dụng 57

4.2.2.1. Cài đặt 57

4.2.2.2. Sử dụng 58

4.3. Chương trình điều khiển và kết quả thực nghiệm 62

Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội

Lâm Hữu Thực Khoá luận tốt nghiệp

- 6 -

Tóm tắt nội dung đề tài

Nội dung đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu nhiều kênh,

thông minh trên cảm biến ánh sáng / tần số dùng Mc68HC11. Nội dung gồm hai phần:

Phần thứ nhất: nghiên cứu hoạt động của hệ thống thu thập dữ liệu đa kênh

thông minh. Phần này được viết trong 3 chương đầu. Nội dung mô tả nguyên lý hoạt

động của cảm biến ánh sáng / tần số, cấu trúc và hoạt động của chíp MC68HC11 và

cách thức xử lý tín hiệu trong cảm biến thông minh. Từ đó cung cấp cho ta tư duy để

xây dựng hệ thống cảm biến dùng trong hoạt động thu thập dữ liệu với sự trợ giúp của

máy tính.

Phần thứ hai, chương còn lại báo cáo kết quả và quá trình xây dựng thực tế

một hệ thống thu thập dữ liệu dùng cảm biến ánh sáng