مجمة جامعة طرطوس لمبحوث والد ارسات العممية _ سمسمة العموم الهندسية المجمد )1( العدد )1( 2017 Tartous University Journal for Research and Scientific Studies - Engineering Sciences Series Vol. (1) No. ) 1) 0217 تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د. م. سوزي صالح )2017 / )تاريخ اإليداع.2017 / 6 / 4 ق ب ل لمنشر في 8/24 ممخ ص يتناول ىذا البحث تصميم وتنفيذ منصة الكترونية تعمل كبطاقة تحصيل بيانات منخفضة الكمفة وسيمة االستخدام لدى المستخدم يمكن وصميا بالحاسب الشخصي عن طريق المنفذ التفرعي لمحاسب الشخصي LPT أو المنفذ التسمسمي.COM وىذا التصميم موجو الى المستخدمين قميمي الخبرة في مجاالت البرمجة وااللكترونيات بحيث يتمكن المستخدم من تشغيمو في تطبيقو الخاص بسيولة. تم بناء البطاقة المصممة باستخدام المعالج الصغري,ATmega32 وتمت برمجتو باستخدام لغة.BASCOM البطاقة المصممة ليا 31 منفذ إدخال لالشا ارت الرقمية و 5 منافذ إدخال لالشا ارت التناظرية مع 33 منفذ اخ ارج. في جية الحاسوب الشخصي تم تصميم واجية المستخدم الرسومية باستخدام برنامج Labview لغرض الحصول عمى البيانات وعرضيا والسيطرة عمى جميع منافذ إدخال واخ ارج البطاقة. يمكن استخدام المنصة بشكل فعال في بعض التطبيقات المنزلية وادارة الم ارفق العامة مثل الحدائق, وادارة المنشآت او المشاريع الصغيرة., المنفذ التسمسمي,COM LPT كممات مفتاحية: نظام التحكم االش ارفي واكتساب البياناات,SCADA المنفذ التفرعي المتحكم الصغري, ATmega32 برنامج Labview مدرس,كمية ىندسة تكنولوجيا االتصاالت والمعمومات, قسم ىندسة تكنولوجيا المعمومات, جامعة طرطوس, طرطوس Email: salehsusi@gmail.fr * 6
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح مجمة جامعة طرطوس لمبحوث والد ارسات العممية _ سمسمة العموم الهندسية المجمد )1( العدد )1( 2017 TartousUniversity Journal for Research and Scientific Studies - Engineering Sciences Series Vol. (1) No. (1) 0212 Electronic platform Design for control systems and data acquisition using the LPT and the COM ports Dr.ENG. SUSI SALEH (Received 4 / 6 / 2017. Accepted 24/ 8 / 2017) ABSTRACT This paper desribes the design and the implementation of an electronic platform that does as a low-cost and easy-to-use data acquisition card for the end user, this plarform can be connected with the personal computer through the parallel port (LPT) or the serial port (COM). This design is therefore intended for users that have a little experience in programming and electronics, so that the user can run in its own application easley. The card was designed by using the ATmega32 microprocessor which is programmed in BASCOM language. This designed card have 13 input digital ports and 8 input analog ports with 16 output ports. On the personal computer side, the graphical user interface is designed by using Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (Labview) in order to acquire, and monitor data. In addetion to control all input and output ports. The platform can be used effectively in some home applications and facilities management such as parks, and in small projects. Key words: Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems, parallel port (LPT), serial port (COM), ATmega32 microprocessor controller, Labview. Assistant professor,faculty of information and communication Technology, ICt department, Tartous university, Syria 31
Tartous University Journal. Eng. Sciences Series مجمة جامعة طرطوس العموم اليندسية المجمد )3( العدد )3( 7134 1- مقدمة: تم تطوير نظم التحكم عبر الزمن, من التحكم الصناعي البسيط إلى نظم التحكم الموزع DCS PLC مرو ار بالمتحكمات القابمة لمبرمجة )Distribute Control system) Controller) (Programmable Logic وصوال إلى أحدث نظم التحكم المستخدمة في أتمتة المنشآت الصناعية وفي نظم الم ارقبة والتحكم وتحصيل المعطيات SCADA Acquisition).)Supervisory Control And Data ولكن وفي ظل التطور الكبير في االنظمة االلكترونية والكيربائية, فقد كان البد من ايجاد طريقة فعالة لم ارقبة عمل ىذه االنظمة والتحكم بيا لمحصول عمى افضل اداء ممكن دون الحاجة لمم ارقبة البشرية, وبالتالي ظيرت الحاجة الى االعتماد عمى نظام SCADA ايضا. ان نظام SCADA يجمع بين شيئين, األول تجميع البيانات من الوحدات الطرفية البعيدة (Remote,PLC (Programmable Logic Controller) أو المتحكمات القابمة لمبرمجة Terminal Unit) RTU والثاني إرسال تمك البيانات إلى مركز م ارقبة وتحكم مركزي, حيث يتم تحميل ىذه البيانات وتشكيل أوامر التحكم المطموبة, ومن ثم اظيار ىذه المعمومات عمى مجموعة من محطات الم ارقبة عمى شكل واجيات رسومية أو منحنيات متغيرة مع الزمن أو عمى شكل أحداث وانذا ارت [1]. يتمتع نظام SCADA بالمرونة وقابمية التوسع, فيو يمكن أن يكون بسيطا كما نريد, ويمكن أن يوس ع إلى الحد المطموب. فيو يعد البنية البرمجية الوحيدة التي تقوم فوق كيان صمب من أجل تأمين التخاطب مع RTUs أوPLCs أو غيرىا من البنى الصمبة التي تستخدم في عممية التحكم. لذلك تعتبر بنية نظام SCADA كبنية متكاممة ومنسجمة من بنية صمبة )Hardware( واخرى برمجية )Software( ال تعمل أحدىما بدون االخرى[ 2 ]. إن اول خطوة في تصميم نظام SCADA ىي تصميم اجيزة تحصيل لمبيانات فعالة, بيدف قياس ظاىرة ما في النظام االلكتروني المطموب م ارقبتو والتحكم بو من اجل تحميميا ومعالجتيا. ظيرت العديد من االنظمة والتجيي ازت االكترونية التي تتمتع بممي ازت عالية, ويمكن دمجيا مع النظام الم ارد م ارقبتو, باستخدام تطبيقات برمجية بسيطة, لتقوم بعممية الم ارقبة واستحصال البيانات, ليتم الحقا معالجة ىذه البيانات عن طريق برمجيات معينة واعطاء االوامر لمطرفيات بيدف عممية التحكم[ 3 ]. من اجل اج ارء عممية التحكم والمعالجة لمبيانات واعطاء االوامر لمطرفيات, فإنو ال بد من استخدام حاسب (PC) مع امكانية لمتخاطب مع العالم الخارجي بيدف تحويل األوامر من المحيط الخارجي إلى إشا ارت يمكن إدخاليا إلى الحاسب. ومن ىنا كان ال بد من تصميم وتطوير عممية الربط مع الحاسب الشخصي من اجل عممية استحصال البيانات والقدرة عمى التعامل مع أوامر المستخدم باالتجاىين "دخل وخرج" بحيث تترجم ىذه األوامر المدخمة إلى اشا ارت تحكم باجيزة طرفية موصولة معيا. اىتمت العديد من الد ارسات السابقة بتصميم وتطوير عممية الربط مع الحاسب باالعتماد عمى المنافذ الرئيسية لمحاسب )المنفذ التسمسمي, المنفذ التفرعي ومنفذ ال )USB وباالعتماد عمى المتحكمات الصغرية.(microcontroller) لكن ىذه الد ارسات اعتمدت بشكل اساسي عمى منفذ USB مع االختالف بنوع المتحكم الصغري المستخدم [7],[6],[5],[4]. 33
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح 2- هدف البحث يقوم البحث عمى تصميم وتنفيذ واجية برمجية قابمة لمتطوير, ومنصة الكترونية منخفضة الكمفة لمتعامل مع أوامر المستخدم باالتجاىين "دخل وخرج" بحيث تترجم ىذه اوامر المستخدم إلى أفعال تحكم, وبالتالي تعمل ىذه المنصة كبطاقة تحصيل معطيات يمكن استخداميا في أنظمة السكادا الصغيرة. تتميز ىذه المنصة بإمكانية ربطيا مع الحاسب الشخصي عن طريق وصميا بأحد المنفذين إما المنفذ التفرعي لمحاسب الشخصي LPT أو المنفذ التسمسمي.COM تم تصميم المنصة االلكترونية المقترحة باالعتماد عمى المتحكم الصغري ATmega32 من عائمة.AVR تم تصميم واجية المستخدم الرسومية باستخدام برنامج Labview كبرنامج بديل لب ارمج سكادا التقميدية لغرض الحصول عمى البيانات وعرضيا والسيطرة عمى جميع خطوط إدخال واخ ارج المنظومة. 3- ط ارئق البحث ومواده: 1-3- وصل الحاسب مع العالم الخارجي تتم عممية نقل البيانات بين الحاسب والعالم الخارجي عن طريق وصالت سمكية أو ال سمكية. يكون ىذا االتصال محكوم ببرتوكوالت مختمفة. حيث يقوم الحاسب عن طريق تطبيق برمجي باستقبال االوامر من المستخدم بيدف تحميميا ومعالجتيا )أوامر كتابية- أوامر صوتية- مظي ارت تقميدية(. وبما أن عممية تخاطب الحاسب مع المحيط الخارجي تتم باستخدام وصالت سمكية أو ال سمكية مزود بيا, فإنو ال بد من وجود منصة تعمل كوسيط تبادل تتمقى االوامر من الحاسب لتترجميا الى إشا ارت كيربائية يتم تبادليا بين المنصة وأي آلة موصولة معيا كما ىو مبين بالشكل )3(. الشكل )1(: التخاطب بين المستخدم والحاسب تنقسم االتصاالت مع الحاسب بشكل أساسي إلى 7 اتصاالت تفرعية 7 حيث تؤمن االتصاالت التفرعية سرعة عالية في نقل البيانات, لمسافات قصيرة وذلك بسبب الضجيج العالي الناشئ عن السعات الطفيمية بين خطوط نقل الكابل التفرعي. 37
Tartous University Journal. Eng. Sciences Series مجمة جامعة طرطوس العموم اليندسية المجمد )3( العدد )3( 7134 اتصاالت تسمسمية 7 حيث تؤمن االتصاالت التسمسمية نقل بيانات منخفضة الكمفة منخفضة الضجيج ولمسافات بعيدة لوجود خط نقل وحيد تنقل فيو البتات بالتتابع, ويكون االتصال فيو مت ازمن أو غير مت ازمن. 1-1-3 منفذ :LPT يعد المنفذ LPT تطبيقات عديدة في مجال التحكم. يمتمك ىذا المنفذ ومن اىم منافذ االتصاالت التفرعية, يستخدم بشكل قطب 72 (25 pin) وقد صمم من قبل شركة الطابعة[ 8 ]. يمكن تصنيف أقطابو إلى ثالثة أقسام رئيسية كما يمي 7 -أقطاب البياناتport(7 )data وىي ثمانية ) D0 إلىD7 (. -أقطاب الحالةport(7 ) status وىي خمسة ) In3 إلىIn7 (. -أقطاب التحكمport(7 )control وىي أربعة ) out0 إلىout3 (. الثمان أقطاب المتبقية ىي عبارة عن نقطة أرضي.GND اساسي لوصل الطابعة بالحاسب, ولو IBM - كواجية قياسية لالتصال مع ىذه االقطاب تتصل داخميا مع مسجالت وظيفية يمكن الوصول الييا عن طريق معرفة عنوان المسجل. يمكن أن يعمل ىذا المنفذ وفق ثالثة انماط 7 النمط القياسي 7(standard parallel port )SPP حيث تت اروح سرعة نقل البيانات بين.KB وتتميز أقطاب البيانات في ىذه النمط عمى أنيا أقطاب خرج فقط (50-200).one-Direction - النمط المطورEPP 7)Enhanced Parallel port) حيث تكون سرعة نقل بيانات أقطاب البيانات كأقطاب دخل وخرج.Bi-Direction,2[MB] وفيو تعمل - النمط الموسعECP 7)Extended Capabilities Port) حيث تكون سرعة نقل بيانات 2[MB] وفيو تعمل أقطاب البيانات كأقطاب دخل وخرج Bi-Direction مع تقنية المصافحة Handshaking يمتمك ىذا المنفذ ثالث مسجالت كل منيا بطول 8 bit ىي مسجل البيانات ومسجل الدخل )أو مسجل الحالة( ومسجل التحكم. حيث تتم عممية التخاطب مع ىذا المنفذ عن طريق ىذه المسجالت مثال كتابة قيم ضمن المسجالت, أو ق ارءة قيم منيا, ويتم ذلك باستخدام تعميمات برمجية معينة. 2-1-3 منفذ :COM يمكن أن يحوي الحاسب الشخصى عمى عدد من منافذ االتصال التسمسمية والتي تعمل وفق المعيار RS232 وتسمى com"),(serial port " ويمتمك المنفذ التسمسمي تسع أقطاب معينة الجدول )3( يبين وظائف اقطاب المنفذ التسمسمي. [9] (DB -9 pin) لكل قطب ميمة 31
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح الجدول) 1 (: وظائف أقطاب المنفذ التسمسمي 2-3 تصميم واجهات قيادة في بيئة :Labview ان برنامج مختبر المشغل اليندسي لألجيزة االفت ارضية Labview Workbench) (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering ىو برنامج محاكاة من انتاج شركة National Instrument يحوي عدد كبير من البموكات الرسومية الجاىزة والتي يمكن االستفادة منيا لتصميم واجية المستخدم الرسومية كبرنامج بديل لب ارمج سكادا التقميدية لغرض استحصال البيانات من الوسط المحيط ومعالجتيا وتحميميا والتحكم بيا[ 10 ].تتكون األجيزة االفت ارضية بشكل عام من واجيتين أساسيتين 7 7Front Panel وىي الواجية المرئية لمجياز االفت ارضي وتحوي المدخالت "Control" والمخرجات."Indicator" 7Block Diagram وىو المخطط الرسومي المعبر عن تدفق البرنامج ويحتوي التعميمات البرمجية. 1-2-3 التخاطب مع منفذ الطابعة في بيئة :Labview يحتوي Labview عمى مجموعة من الداالت التي تسمح بالتخاطب مع منفذ الطابعة لمحاسوب الشخصي والتي يمكن االستفادة منيا لتصميم واجية المستخدم الرسومية واستحصال البيانات من الوسط المحيط, الشكل )7( يبين الشكل العام لدالة الق ارءة ودالة الكتابة. (b) (a) الشكل )2( : الشكل العام لدالة الق ارءة )a( ولدالة الكتابة) b ( تقوم دالة الق ارءة 7 بق ارءة معطيات من الذاكرة بعرض 32 bit ابتداءا من العنوان المحدد ب "address" وتعيد ىذه المطيات من خاللو المخرج.Data read الشكل )1( يظير الواجية الرسومية panal) (Front والتعميمات البرمجية Diagram( )Block الالزمتان الختبار منفذ الطابعة في النمط القياسي. حيث تقدم الواجية الرسومية إمكانية التحكم بجميع أقطاب الخرج "محتوى مسجل البيانات" وكذلك ق ارءة جميع قيم مسجالت المنفذ "التحكم والحالة والبيانات". وتسمح التعميمات 31
Tartous University Journal. Eng. Sciences Series مجمة جامعة طرطوس العموم اليندسية المجمد )3( العدد )3( 7134 البرمجبة بتحديد عنوان المنفذ بالقيمة الست عشرية في عنصر االدخال Address" "LPT Base وبتغيير محتوى مسجل البيانات من خالل مصفوفة Control" "Data Pins وكذلك بعرض قيم المسجالت في المصفوفة Indicator"."Oll Pins (b) (a) الشكل )3( تطبيق اختبار منفذ الطابعة: ( a )الواجهة الرسومية panal) (b),(front التعميمات البرمجية Diagram(.)Block من أجل اختبار منفذ الطابعة في النمط المطور تم تعديل التجربة السابقة مع إضافة مفتاح لتحديد العممية المطموب استخدام اقطاب البيانات ألجميا. عند تفعيل عممية الكتابة فان اقطاب البيانات سوف تكون أقطاب دخل وبالتالي تستخدم لق ارءة قيم من الوسط الخارجي ليكون لدينا 13 قطب دخل و 5 أقطاب حالة و 8 أقطاب بيانات. المفتاح Boolean3 مسؤول عن تحديد العممية الم ارد القيام بيا كما ىو مبين بالشكل )1(. (b) (a) )Block Diagram( التعميمات البرمجية (b) الشكل) 4 ( تطبيق اختبار منفذ الطابعة في النمط المطور (a) الواجهة الرسومية panal(,)front 2-2-1 حمول برمجية لتسهيل التخاطب مع منفذ الطابعة في بيئة :Labview من اجل سيولة التعامل مع المنفذ التفرعي, يمكن ربط العناصر األساسية الخاصة بيذا المنفذ بحيث تشكل ىذه العناصر دالة واحدة )supvi( تتضمن دالة الق ارءة ودالة الكتابة المرتبتطين بالمصفوفات الثنائية. تقوم ىذه الدالة بالتعامل مع اقطاب الدخل والخرج فقط في النمط القياسي.يتم إدخال العنوان الصحيح إلى address يمكن ادخال مصفوفة بوليانية بثمان عناصر إلى control Array إلخ ارجيا عمى أقطاب البيانات والحصول عمى قيم أقطاب الدخل الخمسة من خالل الدالة Indicator Array وقيم اقطاب البيانات المخرجة من خالل 32
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح الدالة Control array state دون القيام بأي عمميات أخرى, حيث أن الدالة ستقوم بتسمسل العمميات كاممة ىذه الدالة مبينة بالشكل )2(. (a) LPT sub VI تسمسل التعميمات البرمجية لمدالة (b) (b) الشكل) 5 (: )a( الدالة supvi 3-3 التخاطب مع المنفذ التسمسميCOM في بيئة :Labview يحتوي Labview مجموعة من الدوال التي تسمح بالتخاطب مع المنفذ التسمسمي أوالمنفذ com لمحاسوب الشخصي والتي يمكن االستفادة منيا لتصميم واجية المستخدم الرسومية واستحصال البيانات من الوسط المحيط[ 12 ],[11], كما ىو مبين بالجدول )7(. الدالة الجدول )7( 7 بعض دوال التخاطب مع المنفذ التسمسمي الوظيفة تقوم ىذه الدالة بكتابة البيانات المتوضعة في " write "buffer إلى الجياز المتوضع عمى المنفذ التسمسمي المحدد ب VISA resource name VISA write تقوم ىذه الدالة بق ارءة البيانات من المنفذ التسمسمي المحدد ب name" " VISA resource وبعدد البايتات المصرح عنيا في byte count وتعيد قيمة تمك البيانات إلى.read buffer ميمة ىذه الدالة اغالق جمسة االتصال مع الجياز المتصل بالمنفذ التسمسمي المحدد ب VISA resource name VISA read VISA close تقوم ىذه الدالة بمقاطعة عمل الجمسة المحددة ب VISA Duration لمدة مساوية لمقيمة resource name المقدرة بالميمي ثانية ثم تعيد الجمسة إلى اعداداتيا السابقة. VISA serial break 33
Tartous University Journal. Eng. Sciences Series مجمة جامعة طرطوس العموم اليندسية المجمد )3( العدد )3( 7134 ميمة ىذه الدالة تحديد حجم رتل ال I/O لمجمسة مع المنفذ المحدد ب.VISA resource name قيمة ال Mask تحدد وفق الجدول 7 VISA I/o set Buffer size 7 Size يحدد حجم الرتل بالبايت. حيث القيمة االفت ارضية لو ىي 4096 مع المالحظة أنو يجب أن يكون حجم ىذا الرتل اكبر بقميل من حجم البيانات التي سيتم تبادليا عبر المنفذ. النتائج والمناقشة : تمت د ارسة المنفذ التفرعي لمحاسب الشخصي LPT والمنفذ التسمسمي COM والدوال الممكنة لمتعامل مع ىذين المنفذين في بيئة ال.Labview واالن سنقوم بتصميم منصة الكترونية تعمل كبطاقة تحصيل معطيات مع امكانية ربطيا مع الحاسب الشخصي عن طريق وصميا بأحد ىذين المنفذين. 1-1 م ارحل تصميم المنصة: يحتاج أي نظام الكتروني إلى وحدة تغذية لتأمين الجيود الالزمة لعمل مختمف أج ازئو. يمكن تأمين التغذية من وحدة تغذية خاصة بالنظام مصممة كجزء منو, أو من وحدة تغذية مناسبة خارجية, وكذلك من وحدة الطاقة الخاصة بتغذية الحاسب, أو من منفذ USB حيث يؤمن تغذية مناسبة لدا ارت.TTL بإعتبار أن الدارة المصممة سوف تربط مع جياز حاسب مكتبي فيذا يعني أن تيار المدينة مؤمن دائما, لذلك سوف نقوم بتصميم وحدة تغذية مستمرة خطية لتأمين عمل الدارة. 1-1-1 مكونات وحدة التغذية: تتألف وحدة التغذية بشكل اساسي من 7 - مربط الدخل 7 يستخدم لتأمين التغذية المناوبة [V] AC 220 إلى مدخل التغذية. منيا ما تكون ثنائية أو ثالثية أو رباعية أو ثمانية أو... - محول جيد 7 سنستخدم محول جيد من [V]220 AC إلى [V] AC 12 - مقوم جسري 7 اربع ديودات من نوع 1N5401 تقوم عمى تغيير إشارة الدخل الجيبية إلى إشارة خرج جيبية بالقيمة المطمقة. - مكثفات الترشيح والتنعيم 7 تعتمد ىذه المكثفات في عمميا عمى عممية شحن سريعة وعممية تفريغ بطيئة وبالتالي امكانية الحصول عمى جيد قريب من المستمر, ومرشح التنعيم يكون بسعة صغيرة اذا زمن شحن قميل وزمن تفريغ بطيء لتنعيم قمم اإلشارة شبو المستمرة. - منظم جيد [V]5 ممثل بالدارة المتكاممة,IC7805 حيث يعطي ىذا المنظم إشارة جيد منظمة عمى القيمة 5V وتيار بقيمة 1A ويستخدم لتغذية أج ازء الدارة. -1 34
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح - منظم جيد [V]9 ممثل بالدارة المتكاممة,IC7809 حيث يعطي ىذا المنظم إشارة جيد منظمة عمى القيمة 9V الستخدامو في التطبيقات الخارجية, الشكل )3( يبين مخطط وحدة التغذية الشكل ) 6 (:مخطط وحدة التغذية يتألف ىذا المخطط من 7 3- مدخل التغذية المتناوبة 220VAC,50Hz من خالل م اربط الدخل "الجزء 1". 7- محولة 12v,3A تقوم بتحويل الجيد من 220 إلى " 12 الجزء 2". 1- مقوم موجو كاممة يقوم بنقل الموجو المتناوبة الجيبية إلى موجو تتغير في القسم الموجب فقط "الجزء 3". يميو مكثفات الترشيح. 1- مرحمة التنظيم لمحصول عمى قيمة مستمرة ثابتة ولضمان استق ارر العمل يتم إضافة مكثف 100uF عمى مدخل ومخرج كل منظم "الجزء 4 ". تعمل الديودات المحيزة عكسيأ فيي عمى تمرير النبضات العكسية منعا إلتالف المنظم. 2- م اربط الخرج إلخ ارج القيم المستمرة المنظمة "الجزء ". 5 2-1-1 تصميم الدارة المقادة باستخدام LPT بعد عرض إمكانية استخدام منفذ الطابعة لمتحكم واستحصال البيانات, تم بناء واجيو شمولية لمتعامل مع ىذا المنفذ بالنمط القياسي كما ىو مبين بالشكل )4(. (a) (b) الشكل) 7 (: تطبيق قيادة منفذ الطابعة في النمط القياسي: )Block Diagram( التعميمات البرمجية (b),)front panal( الرسومية ( a )الواجهة بما أن منفذ الطابعة غير قادر عمى تأمين جيود سوى جيود TTL وبتيارت صغيرة, وبما أن ميمة المنصة المصممة ىي قيادة ثمان أجيزة عن طريق اقطاب الخرج, سنقوم بإضافة مصفوفة ت ارنزستورية لقيادة م ارحل 35
Tartous University Journal. Eng. Sciences Series مجمة جامعة طرطوس العموم اليندسية المجمد )3( العدد )3( 7134 الخرج. المصفوفة الت ارنزستورية ىي عبارة عن دا ارت متكاممة تحوي بداخميا عدد من الوصالت الترنزستورية لتأمين الوصل بين دا ارت ذات جيود TTL أو CMOS مع عناصر تعمل عمى جيود أو تيا ارت كبيرة. سنستخدم الدارة ULN2803 لقيادة م ارحل الخرج حيث أن لمنفذ الطابعة 8 أقطاب لمخرج, وسنستخدم الدارة ULN2003 لوصل أومر الوسط الخارجي إلى مداخل منفذ الطابعة غير المعكوسة أما القطب المعكوس سيتم وصمو مباالكامل لدارة قيادة منفذ الطابعةشرة, الشكل )5( يبين المخطط الشكل )8( : المخطط الكامل لدارة قيادة منفذ الطابعة تتكون ىذه الدارة من االج ازء التالية 7 3- م اربط الدخل لموصل بين الكابل التفرعي والمنصة " الجزء ". 1 7- ثنائيات ضوئية لعرض الحالة المخرجة من المنفذ التفرعي ولكل قطب بيانات, ىذه الثنائيات موصولة مع المقاومة المناسبة "الجزء ". 2 1- يتم وصل أقطاب البيانات الى المصفوفة الت ارنزستورية " ULN2803 الجزء " 3 1- تقود المصفوفة الت ارنزستورية ريمييات الخرج التي تفصل مكونات الدارة عن األحمال الموصولة في الخرج " الجزء " 4 يتم ادخال القيم من م اربط الدخل الى أقطاب الدخل, حيث يتم وصل "القطب 33" إلى in7 مباشرة ألن الحالة المنطقية لو معكوسة, اما باقي أقطاب الدخل فيتم وصميا إلى الدارة ULN2003 التي تستخدم لتوحيد الحالة المنطقية مع القطب " in7 الجزء ". 5-1 36
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح 1 3-1- تصميم الدارة المقادة باستخدام المنفذ 7COM 1-3-3-1 تخاطب المنفذ com مع المنصات االلكترونية 7 المنفذ com ىو منفذ اتصال تسمسمي ال مت ازمن, ال يعمل وفق المنطق TTL ومصمم ألغ ارض االتصال. وبالتالي الستخدامو في أغ ارض التحكم يجب وجود صيغة لتحويل تسمسل البتات المرسمة والمستقبمة إلى إشا ارت مستقمة وكذلك وحدة مالءمة لتحويل المستويات المنطقية لإلشارة من والى المنطق.TTL لتحقيق ذلك تم استخدام الدارة المتكاممة IC Max232 والتي تعمل كدارة عزل وتحويل بين TTL<-.>RS232 وبما أن اإلمكانيات التي يقدميا ىذا المنفذ محدودة بالمتحكم المصغر المستخدم, فقد اعتمدنا عمى المتحكم المتحكم المصغر ATMega32 من العائمة [14],[13] ATMegaXXX عند بناء ىذه المنصة حيث انو يضم معظم الواحدات المحيطية المتوفرة في العائمة,Mega وقد تم برمجة المتحكم باستخدام لغة,Bascom الشكل )6( يبين تطبيق قيادة المنفذ التسمسمي. الشكل )9(: تطبيق قيادة المنفذ التسمسمي:الواجهة الرسومية والتعميمات البرمجية. الختبار تطبيق قيادة المنفذ التسمسمي, يتم وصل واجيو Labview مع بيئة Proteus بإنشاء منفذي COM وىميين باستخدام برنامج virtual serial port kit واستخدام احدىما في Labview واألخر في.Proteus الشكل )31( يوضح مكونات التجربة في بيئة.Proteus 71
Tartous University Journal. Eng. Sciences Series مجمة جامعة طرطوس العموم اليندسية المجمد )3( العدد )3( 7134 الشكل )10(: اختبار دارة منفذ COM في بيئة Proteus المخطط الكامل لدارة قيادة المنفذ التسمسمي مبين بالشكل )33( حيث تتكون ىذه الدارة من االج ازء م اربط الدخل لموصل بين الكابل التسمسمي والمنصة الدارة المتكاممة ICMax232 لمتحويل بين منطق TTL لممتحكم ومنطق.COM المتحكم الصغري.ATmega32 المصفوفة الت ارنزستورية ULN2803 ومجموعة ريميييات قيادة الخرج النيائي..3 التالية 7.7.1.1.2 الشكل )11( : المخطط الكامل لدارة قيادة المنفذ التسمسمي 7-1 الدارة النيائية لممنصة تم رسم الدارة النيائية المصممة) دارة التغذية ودارة قيادة المنفذ التفرعي ودارة قيادة المنفذ التسمسمي( باستخدام مع اخذ مجموعة من المعايير بعين االعتبار مثل المسا ارت أقصر ما يمكن لمتقميل من برنامج Eagle الضياعات, عدم وجود حواف عمى شكل زوايا قائمة )جعل االنعطاف بالمسار عمى شكل قوس( ألن الزوايا المطبوعة "layout" لممنصة الدارة مخطط القائمة تعيق التيار والتأريض الجيد لمدارة.الشكل )37( يبين االلكترونية المصممة والدارة النيائية. 73
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح (b) (a) الشكل )12( : مخطط الدارة المطبوعة "layout" لممنصة االلكترونية المصممة والدارة النهائية. أظير االختبار المخبري لموحة استجابة الموحة لقيم دخل منوعة وامكانية تغيير االستجابة بشكل حر برمجيا والتالي توافق كبير بين الموحة والواجيات البرمجية المختمفة, بمعنى اخر القدرة عمى استخدام نفس التصميم مع امكانية تغيير الميمة بشكل ديناميكي من خالل تعديالت بسيطة برمجيا عمى نفس الواجية البرمجية العامة أو من خالل بناء واجيات مخصصة لتطبيق محدد كما ىو مبين بالشكل )31(. الشكل )13( : تطبيق اختبار الدارة الكاممة برمجيا 5 -االستنتاجات والتوصيات: اعتمد البحث تصميم الكتروني لمنصة تعمل كبطاقة تحصيل بيانات منخفضة الكمفة وسيمة االستخدام لدى المشغل )المستخدم النيائي( يمكن وصميا بالحاسب الشخصي عن طريق المنفذ التفرعي لمحاسب الشخصي وتم اختبار المنصة من خالل واجيات برمجية متنوعة عن طريق ادخال قيم LPT أو المنفذ التسمسمي.COM 9V لتغذية الدارة وتغذية 5V الى الموحة وقياس المخرجات مخبريا. تتميز ىذه المنصة بتغذية منظمة 77
Tartous University Journal. Eng. Sciences Series مجمة جامعة طرطوس العموم اليندسية المجمد )3( العدد )3( 7134 الستخدامو في تطبيقات خارجية واستثمار جيد لمنفذي LPT وCOM مع ومجال واسع من الحموالت التي يمكن قيادتيا عن طريق فصل دارة التحكم عن الحمل باستخدام الريميو, وكذلك إمكانية استحصال القيم من الحساسات الرقمية والتشابيية. تم تصميم المنصة بشكل بسيط منخفض الكمفة وسيل االستخدام لدى المشغل )المستخدم النيائي( مما يسمح لو ضبط قيمو الخاصة لتعديل استجابة الموحة بشكل ميسر وبالتالي ىذا التصميم موجو الى المستخدمين قميمي الخبرة في مجاالت البرمجة وااللكترونيات بحيت يتمكن من تشغيمو في تطبيقو الخاص ويكمن أن يكون استخداميا فعال في نظم استحصال البيانات المنزلية التي تستخدم ضمن المنازل بحيث تؤمن مجال جيد لم ارقبة با ارمت ارت محددة وتوليد انذا ارت أو تحكم محدد, وكذلك في ادارة الم ارفق مثل الحدائق) نظام الحماية ضد الح ارئق, ادارة مواقف السيا ارت, االنارة, نظم الري والتحكم بيا(. وبما أن الموحة ال تمبي الموحة احتياجات نظم استحصال البيانات الصناعية المعقدة, فإنو يمكن استخداميا في المنشآت او المشاريع الصغيرة) ميام محددة في خطوط االنتاج الصغيرة كعد القطع عمى الخط او ق ارءة بعض البا ارمت ارت وضبطيا, مشاريع االنتاج الز ارعي كالتحكم بالري وقياس الح اررة والرطوبة أو م ارقبة والتحكم بمشاريع االنتاج الحيواني كالمداجن(. عمى الرغم من عدد التطبيقات الكبير التي يمكن أن تدعميا ىذه اال أنيا غير مزودة بواجية السمكية لالتصال بالحاسب السمكيا. وبالتالي يمكن االستفادة من المنصة مع امكانية تزويدىا بواجية السمكية لالتصال بالحاسب السمكيا, وىذا يستمزم بناء واجيات قيادة تعمل عمى التواصل والتنسيق بين المنصات بحيث يعطي نموذج لشبكة حساسات السمكية مقادة مركزيا. 71
تصميم منصة الكترونية لنظم التحكم االش ارفي واكتساب البيانات باستخدام المنفذين التفرعيLPT والتسمسمي COM د.صالح الم ارجع: [1] SCADA/Model Integration: The Rules for Success. Bentley Systems, Incorporated. All rights reserved, 2004. http://wateronline.com/content/news/article.asp?bucket=article& [2] PATEL, Sandip C.; SANYAL, Pritimoy." Securing SCADA systems". Information Management & Computer Security, 2008, 16.4: 398-414. [3] NGUYEN,Vinh Ich; BENJAPOLAKUL, Watit; VISAVATEERANON, Krisada. "A high-speed, low-cost and secure implementation based on embedded ethernet and internet for scada systems". In: SICE, 2007 Annual Conference. IEEE, 2007. p. 1692-1699. [4] POPAL, M.; MARCU, M.; POPA, A. S. "A microcontroller based data acquisition system with USB interface". In: Electrical, Electronic and Computer Engineering, 2004. ICEEC'04. 2004 International Conference on. IEEE, 2004. p. 206-209. [5] SOMKUARNPANIT, S. Thanee S.; SAETANG, K. "Fpga-based multi protocol data. acquisition system with high speed usb interface". In: Proceedings of the international Multi Conference of Engineers and Computer Scientists. 2010. [6] SHARMA, Manisha; AGARWAL, Nidhi; REDDY, S. R. N. "Design and development of daughter board for USB-UART communication between Raspberry Pi and PC". In: Computing, Communication & Automation (ICCCA), 2015 International Conference on. IEEE, 2015. p. 944-948. [7] Dhiya.M Fairs; Kasim.A Ahmed. "USB Data Acquisition Using Periphera Interface Control Microcontroller". Tikrit Journal of Engineering Sciences/Vol.20/No.3/March 2013, (10-21) [8] AXELSON, Jan. "Parallel Port Complete: Programming, Interfacing & Using the PC'S Parallel Printer Port". Lakeview research llc, 1996. [9] AXELSON, Jan."Serial Port Complete: The Developer's Guide". Lakeview Research LLC, 2007. [10] TRAVIS, Jeffrey; KRING, Jim. "LabVIEW for everyone: Graphical programming made easy and fun (National instruments virtual instrumentation series)". Prentice Hall PTR, 2006. [11] MACHACEK, J.; DRAPELA, J. "Control of serial port (RS-232) communication in LabVIEW". In: Modern Technique and Technologies, 2008. MTT 2008. International Conference. IEEE, 2008. p. 36-40. [12] DEXIANG, Pan. "The Flexible Application of VISA in LabVIEW [J]". Instrument Standardization & Metrology, 2007, 6: 017. [13] DATASHEET, ATMEL. "8-bit avr microcontroller with 4/8/16/32k bytes in-system programmable flash". 2010. [14] DATASHEET, ATMEL. "AVR Atmega16, Atmega16L Datasheet". Atmel Corporation, 2004. -3 71