KHOA H O C - C d N G N G H e . . 8 6 04/2019
Nghien cuu che tao thiet bj 60 lirong va chuyen 6o\
tin hieu toe dp tau thuy tu dang xung dien sang dang tfn hieu chuan hang hai
I TS. N G U Y I N O I N H THACH - Trddng Dai hpe Hdng hdi Viet Nam
TOM TAT: Bai bao trinh bay ket q u i nghien cuu che tao va thd nghiem thiet b| do ludng va chuyen doi tdc dp tau thdy tu dang xung dien sang dgng do lieu chuan Hang hli NMEA0183 Cac thuat toan xd ly va ket q u i che tao, thd nghiem cung duac de cap trong bai bao
Tllr KHOA: C i m b^n toe dp, du lieu Hang hai NMEA0183, vl dieu khien, thiet b| ghi du lieu hanh trinh (VDR), phin mem 232Analyzer ABSTRACT; This article presents the results of research, fabrication and testing of measuring instruments and converting speed of ship from electrical pulse to standard data of Mantime Navigation NMEA0183, Processing algorithms and test results are also covered in the article KEYWORDS: Speed sensor, maritime data NMEA0183, microcontrollers, travel data recording device (VDR), soft^vare 232Analyzer
I . D A T V A N O ^
Trong qua trinh hanh trinh tren bien thi van de do ludng va g i l m sat dupe thdng so toe do eua tau bien ed vai trd quan trong [1 ]. Nhd v i o tham sd tde dd ma t d do cd the dieu chinh suvan hanh cua con tau sao cho nd tieu thy it nhien lieu va tiet kiem, an toan nhat. Tren cac tau hien dai ngay nay ngoai viee do ludng va g i l m sat tham so tde dp t l u thl them mpt van de dat ra dd la la cac dd lieu ve tham sd tdc dp eua tau can phai dupc ddng gdi theo dang chuan tin hieu hang h l i NMEA0183 va truyen thdng cac gdi dd lieu nay tdi cac thiet bj khic tren tau thuy [2]. Muc dich eda viec ddng gdi diJ lieu va truyen thdng theo chuan NMEA0183 la de nhieu viJng khac nhau tren tau cd the quan sat dUcfc tham so toe dp hien tai v l thiet bj ghi d d lieu hanh trinh (VDR) cd the ghi lai nhat ky ve toe dd cua t l u trong q u i trinh van hanh,
De do duoc thdng so ve toe dp eua tau thuy thi thdng thudng dudi d i y t l u duoc g i n cle cam bien do toe dp [3]. Tin hieu tde dd t d cac elm bien nay dupc dua ve bp dieu khien trung tam de tien hanh xd ly. Cd rat nhieu hang s i n xuat trUdc kia cho ra ddi cle bd dieu khien trung
tam ehi ed t i e dung hien thj va lUu trd tham so tde dp tai cho. DU lieu dau ra eCia elc bd dieu khien trung tam nay ehi la dang xung ti le vdi tham sd tdc dd cua tau thuy (ed 200 xung thi tuong dng vdt 01 hit ly). Trong kht dd, hau het cac thiet bi khae tren tau thuy hien nay yeu cau dau vao toe dp tau la ehuan truyen thdng NMEA0183. De d i p ung duoc van de truyen thdng va lUu trd ddlieu tdc dp tau theo ehuan tin hieu Hang h l i NMEA0183 thi can thiet phaicdthiet bi chuyen doi tdc dp tau thuy t d dang xung dien sang chuan Hang hai NMEA0183 va truyen thdng dd lieu dd tren tau. Cd nhieu hang tren the gidi da nghien cdu ehe tao thanh cong thiet bt do lUdng va ehuyen doi tdc dp tau tU dang xung dien sang dd lieu Hang h l i NMEAOl 83 nhung gta thanh edn eao. Do vay, viee nghien cdu che tao va thd nghiem thanh cdng thiet bi nay mang y nghTa rat Idn, gdp phan tang tfnh canh tranh va npi dja hda san pham cdng nghe nudc nha.
2. CO s d TINH TOAN XAC DjNH T O C D O C O A TAU THOY DLTA VAO sd XUNG DIEN THU DUOC d Bd DIEU KHIEN TRUNG TAM
Trong qua trinh di ehuyen tren bien, tin hieu tdc dp cua tau thuy dupe lay tU cam bien gan dudi day tau. Tin hteu nay 6uac dua ve bd dieu khien trung tam va d day no se dupc xd ly tinh toan va hien thi lien tue. d elc bd dieu khien trung tam eu trudc day thudng khdng cd dau ra dd lieu toe dd NMEAOl 83 ma ehi ed dau ra dang xung ti le vdi tdc dp thyc cda tau vdi tuan suat 200 xung p h i t ra thl tau di ehuyen dupe 01 h l i ly. Giln dd xung p h i t ra md t l nhatren H/n/i 2./.
T(s)
1 Hai ly = 200 xung
Hinh 2.1: Giin do xung toe dp phit ra & bd dieu khien trung tim Do dac diem trong khi tau di chuyen thi so lupng xung phat ra la rat it, tdc la thdt gian gida hai xung lien tiep la tuong dot dai neu nhu tau ehay vdi tdc do cham.
Do vay, trong trudng hpp nay, de tinh t o l n dUOc toe dp khdng the sd dung phuong phap dem xung bdt vi phuong phap nay khdng tinh toan dupe tde do tde thdi v l se gay ra sai so rat Idn. Dot vdl trudng hpp nay de ed the tinh ehfnh xae dupc tdc dp eua tau dya vao sd xung
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phat ra thi phai sCt dung phuong phap dem thdi gian phat gida hai xung ke tiep nhau. Moi khi nhan dupc sadn len eua mdt xung thi tien hanh tinh thdi gian gida sUdn len eua xung nay so vdi sUdn len eua xung trade dd. Sau khi tinh duoc thdt gian do thi cd the tinh dUoc tdc do cua tau tai thdi diem tdc thdt dd.
Bp dieu khien trung t i m se phat ra 200 xung khi tau di duoe 01 hai ly. Do dd, quang dudng (D) ma tau di dupe trong khoang thdt gian gida hat xung ke tiep nhau dupe tinh theo cdng thdc sau:
D = ^ ( H a i l y ) (1) 200 ^
Got T(s) ia khoing thdt gian gida hai xung ke tiep nhau tinh theo giay, khi do gia trj van toe V (hit ly/gid) dUPc tinh toan theo cdng thde sau:
V = 3600-
2007: „ - ( H l i ly/gid) (2) Theo (2) thi de tfnh duoe toe dd eua tau V thi can phai tinh dupe chfnh xac thdi gian gida hai xung. De lam duoc dieu nay thi ben trong thiet bi cd sd dyng mdt vi dieu khien va duoe l i p trinh vdl mot t h u i t t o l n thich hop dung de do chfnh xlc thdi gian T (s).
3. CAU T R O C CUA THIET Bf 3.1. Stf do khoi cua thiet b|
Tren cO sd eae nghien cdu, bai b l o dua ra so do khdi cuathietbinhUH;fih3.?.
Hinh 3.1: Cau true ciia thiet bi do ludng va ehuyen doi tin hieu tde dd tau thCiy
Ben trong thiet bi bao gdm khdi xd ly trung tam, khdi truyen thong dd lieu Hang hat NMEA0183, khdi ngudn. CJ khdi dieu khien trung tam eo sd dyng vi dieu khien AtmegaS va eae linh kien phu trP nhU thaeh anh, ty dien, dien trd.., va nhiem vy eua khoi dieu khien trung tam la thu thap cac xung dien tdc dp tau tU bp dieu khien trung t i m va sau do tien hanh tinh t o l n xd ly dUa ra tdc dp eda tau dong thdi ddng gdi dd lieu toe dd theo chuan NMEAOl 83 de truyen thdng tdi cac thiet bi khac tren tau.
Ben trong khdi truyen thdng ddlieu Hang h l i NMEAOl 83 ed sd dung IC Max485 dung de bien ddi tin hieu TTL thu dupc t d vi dieu khien thanh dien ap vi sat, muc dieh eua viee nay II de ed the truyen dd lieu NMEAOl 83 di xa hon va chdng nhieu tren dUdng truyen. Ben trong khdi ngudn ed sd dyng IC dn ap xung LM2576 dung de tao ra ngudn dien 5Vdc on dinh eung cap cho vi dieu khien va IC Max485 hoat ddng. Dien ap dau vao eua khoi nguon la 24Vde lay td tau va dong thdt dien ap nay eung dua den
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tiep diem cua bd dieu khien trung tam de lay ra duoc cle xung tdc dp tau.
3.2. Thi^t ke phan cuiig cho thi^t bt SP do nguyen ly mach dien eua thiet bj the hien trong Hinh 3.2, mach in che tao va md hinh thiet bj do ludng va chuyen doi tde dp xung nhu Hinh 3.3.
Hinh 3.3: Mach in che tao va md hinh cua thiet bi
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. S o 04/2019
3.3.Thuat toan xAIy cho thi^t bi
Thuat toan chuong trinh chinh cho thiet bj nhu Hinh 3.4. Khi b i t d i u thuc hi^n ehuong trinh II cac thO tuc khai bao cac cong vao ra cho vi dieu khien, vi dieu khien cd sii dung PORTD de thuc hien truyen gdi d d lieu toe dp NMEA0183 va thu nhan cle xung tdc dp, cu the viec khai bao bSng eleh viet hai ddng lenh PORTD = OxOF, DRD = 0x06 ben trong ehuong trinh ehinh. dehuong trinh ehinh cung thyc hien khai b l o bien dung de ehda g i l tri tdc dp tau V, bien nay cd ki^u so thac Float va khai bao hai bien index, new_data dung de xlc dinh dupe xung thU nhat va xung ke tiep phyc vy eho viec tfnh toan. Khai bao ba bien u, m, s kieu unsigned long dung de lUu trd cle bien trung gian trong viec tinh toan toe dp.
Khai bao cac c6ng vao ra;
Khai bao bifn tdc d6 V;
Khai bao 2 bifi'n index, new_data;
Khai bao 3 bien u, m, s kieu long;
Phat ban tin d5 HSu tdc dO lau theo chu^nNMEAl083
Hinh 3.4: Thuat toin chuong trinh chinh Sau khi khai b l o cac bien va dau vao ra, tiep theo ben trong ehuong trinh ehfnh cd sd dung ham tao tre 01s. Mue dich cda tao tre I I cd 01s lai phat di mpt ban tin dd lieu tdc dp phu hpp theo tieu chuan tfn hieu hang hit NMEA0183. Cuoi eung sau kht tao tre 01s thi thye hien chaong trinh con phat b i n tin dd lieu tdc dp chuan NMEAOl83.Thult t o l n chUOng trinh con phat b i n tin d d lieu NIVlEA0183nhUH/n/j3.5.
Cdng viee dau tien ben trong chUdng trinh eon phit dd lieu toe dd la vi^e khat bao 4 mIng k^ t y header_NMEAl, header_NMEA2, header_NMEA3, header_NMEA4. D i y I I elc mang ky t u cd ehda cle ky t y theo dung tieu chuan gdi dd lieu toe dd t l u theo chuin NMEA0183. Myc dieh cua viec khai b l o I I dung de chen cle mIng ky t y nly vdi bien tdc dp va phat di tdi cac thiet bl khie. Bgn trong chuong trinh eon cdn thyc hien viec khai b l o bien Km dang sd thyc kieu float vdi muc dfch ehda gia trj toe dd eua tau theo don vj (km/h). Tiep theo ben trong chuong trinh con la elu lenh tfnh toan g i l tri toe do vdi don vj (km/h) theo cong thdc km = V*1.852 vdi V la tde dp c6 dOn vj (hli l;^/h). Sau khi cd dupc hai g i l tn km vaV thi thyc hi&n dong gdi hai bien nay vdt eae mIng do lieu da khai bao ban d i u va p h i t di. Theo tieu ehuan gdi di? lieu NMEAOl 83 ve toe dp cua tau thi bat bude moi
lan p h i t di hat b i n tin va hai ban ttn do phat ehda e l hai g i l tri toe dp vdi dOn vj la (km/h) va (hli ly/h). 0 cuoi moi ban tin dupc chen hat ky t u Checksum, trong do hat ky t y nay dupe tfnh toan bang phep XCR cle ky t y ben trong ban tin dd. Cau true ve ban tin dU lieu toe dp NMEAOl 83 phat di cua tau nhu sau [2]:
$VMVHW„„,xxj<x,N,yyy.yy,K*hh (3)
$VMVBW,zzz.zz„A„,V„V„V*mm (4) Gil tri XX.XX d (3) chinh la tdc dp tau ed don vj h l i ly/
gid, yyy.yy d (3) la toe dp tfnh theo don vj km/gid, hh d (3) la hai kytychecksum eua b i n tin ddlieu (3). Gia trj zzz,zz 6 (4) la toe dp eda tau tinh theo don vi km/gid va hai ky t y mm d (4) la hai ky t y checksum cua b i n tin dd lieu (4).
De ed the do duac ehinh xlc tdc dp V cua tau dUa vao sd xung phat ra thi can phai tinh t o l n dupc ehfnh xac thdi gian gida hai xung phat ra ke tiep nhau T(s) theo nhUcdng thde (2). De l l m dupe dieu nay thl can sddyng den chuang trinh n g i t dau vao xung eua vi dieu khien.
Moi khi ed sUdn len eua xung dau vao thi vi dieu khien ngay lap tde nhly den chaong trinh xd ly ngat. Ben trong chaong trinh ngSt cd sd dyng Timerl dung de dem thdi gian chinh xac gida hai xung.
Khai bao mang ky tir header_NMEAl []="SVMVHW„„."
Khai bao mang ky tir header_NMEA2[|="K*";
Khai bao mang ky tu header NMEA3[]="$VMVBW,0":
Khai bao mang ky tuheader3lMEA4n="„A„,V„V„V*'^
Khai bao bien toe do don vt Km kieu float,
Tinh toan toe d6 Km=V* 1.852;
Dong goi hai bi^n V va Km vdi cac mang ky tu da khai bao;
Phat di hai goi dO lieu tfl'c d6 co chiJa hai bifi'n V va
Hinh 3.5: Thuat toan ehuong trinh eon phit bin tin duUeu tde dp tau theo ehuan NM£A0183
4.KETQUATHU'CNGHI|M
Mo hinh thiet bi do ladng va ehuyen doi toe dd tau thuy t d dang xung sang dd lieu Hang h l i NMEA0183 daoe md ta nhu trong Hinh 3.3. De kiem tra dp chinh xlc ket q u i do, thiet bj dupe lap dat tren tau va ket noi vdt tiep diem dau ra cua bp do toe dd thuong mai Furuno tren tau ed dp ehinh xac + 1 % . Thiet bi dapc ket not vdi
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may tfnh de dpc ddlieu NMEAOl 83 dau ra thdng qua bd ehuyen dot tin hieu USB/RS485 v l phan mem doc dd lieu 232Analyzer, sau dd so sinh g i l trj tde dp tau hien thi d thiet bi do tdc do tau Furuno va ban tin dd lieu tdc dp NMEAOl 83 the hien tren phan mem 232Analyzer tren may tinh. Mpt so ket q u i thUc nghiem hien thi tdc dp tren thiet bi Furuno va ban tin tdc dp NMEAOl 83 tren phan mem 232Analyzer dupe eho trong Bdng 4.1.
Bang 4.1. Thuc nghiem so sinh dp chinh xie ciia thiet bj Toe d6 tau hien thi t
I thiet bl Furuno (hii iy/gic>)
uNMEA0183hlenthi m 232Anaty2er 1 1241
1 15.65 5.45
SVt/VHW,„„12.41,N,022.98,K'60 SVIU1VBW,012.41„A.„V,V„V57 i SVMVHW„„,15.65,N,D28.98,K*6B '
SV(V1VBW,015.65„A,„V„V„V56 1 SVIulVHW,.„,05.45,N,010.09,K*6fl
SVMVBW,005.45„A,„V„V„V5S SVMVHW,„„10.59,N,019.61,K'65 i I ^ 2 l _ I SVMVBW.OI 0.59.,A.„V„V„V5C |
Can c d v i o mdt SO ket q u i trong bing thuc nghi&med the thay rang, gia trj toe dp cua tau thdy hien thi tren thiet bi Furuno va gia tri toe do d gdi dd lieu tdc dp NMEAOl 83 p h i t ra t d thiet bt do ladng va chuyen doi la hoan toan gidng nhau.Thiet b| do ladng va ehuyen doi tdc dd tau t d dang xung dien sang dd lieu NMEAOl 83 boat ddng chinh xae, khdng bt sai so.Tien hanh ghep ndi thiet bj vdi bp ghi dd lieu hanh trinh (VDR) thi thay bd ghi dd lieu hanh trinh da dpc dupc dd lieu toe do NMEAOl 83 phat ra t d thiet bt, dieu nay chdng td dd lieu toe dp NMEAOl 83 phat ra tU thiet bj la dung theo chul'n Hang hai.
Ngay nhan bai: 01/3/2019 Ngay chap nhan dang: 27/3/2019 NgUcri phan bien: PGS.TS.Oao Minh QuSn
PGS.TS.OinhAnhTuSn
5. KET LUAN
Bat b l o da trinh bay nguyen ly eo sd cua viec do tdc do tau thuy dUa vao viec tinh toan thdi gian gida eae xung dien p h i t ra t d eae tiep diem phat xung toe do d tr^n tau thuy. Ben eanh dd, bat bao eung trinh bay chi tiet elu true va thuat toan xd ly cua thiet bj da che tao.
Viee nghien edu che tao thanh cdng thiet bj nham d i p Ung nhu eau doi vdt nhdng tau thuy ma d do bp do tdc dp khdng ed dd lieu NMEAOl 83 dau ra ma chi cd dau ra la elc xung tdc dd. Viec che tao thanh edng thiet bi eung nham gdp phan nang cao tinh npi dia hda eae san pham cdng nghe nudc nha va tang tinh canh tranh vdi cac thiet bt ngoai nhap.
Tai lieu tham khao
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