C.2.4. Phần cứng IoT thu thập dữ liệu từ cảm biến

February 28, 2021
Kiến thức IoT cơ bản
0 Comments

Thu thập dữ liệu là quá trình lấy mẫu để đo lường các đại lượng vật lý hay các tín hiệu điện và chuyển đổi thành các tín hiệu số để có thể thao tác với vi điều khiển, card thu thập dữ liệu, PLC, máy tính nhúng, máy tính công nghiệp.

Quá trình thu thập dữ liệu phụ thuộc vào tín hiệu ra của cảm biến, các dạng tín hiệu ra của cảm biến bao gồm:

Ngõ ra dạng tương tự (analog):
Dòng điện: Thông thường ngõ ra cảm biến trong khoảng 4 – 20mA.
Điện áp: từ mV đến V (áp một chiều).
Ngõ ra dạng số hay logic (0 và 1) (digital):
Ngõ ra dạng NPN, PNP… ngõ ra mức 0 ~ 0v, mức cao ~5VDC hoặc 16VDC đến 24VDC.
Ngõ ra dạng xung như bộ encoder xác định tốc độ quay của động cơ.

Các tín hiệu ra khác nhau thì việc thu thập dữ liệu sẽ khác nhau. Hơn nữa, với các cảm biến có tín hiệu ra dạng tương tự (analog) thường có giá trị nhỏ vài mA hoặc vài mV, rất nhạy, sai số và nhiễu rất lớn. Các cảm biến có tín hiệu ra không phù hợp với điện áp hoạt động của bộ xử lý trung tâm.

Sơ đồ khối tổng quát dùng để thực hiện thu thập dữ liệu từ cảm biến được đề xuất như hình 1.

$D:\2. R-D NNSON\2. Education\Giao trinh\IoT book\c2_thuthapdulieu.jpg$

Hình 1. Sơ đồ khối dùng để thực hiện thu thập dữ liệu từ cảm biến

Trong đó:

(1) Cảm biến: ngõ ra dạng số sẽ kết nối khối (6), ngõ ra dạng tương tự kết nối qua các khâu (2), (3) và (4) cũng có thể không.
(2) tiền khuếch đại: dùng để khuếch đại tín hiệu trước khi lọc nhiễu.
(3) lọc nhiễu: lọc nhiễu cảm biến bằng phần cứng (dùng các linh kiện R, L, C, IC lọc …).
(4) Khuếch đại: dùng để khuếch đại tín hiệu sau khi lọc nhiễu bằng phần cứng cho phù hợp giải biến đổi điện áp của bộ chuyển đổi ADC.
(5)-(8): Bộ xử lý trung tâm. Trong đó, (5) ADC là bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số; (6) là ngõ vào số (DI: digital input); (7) lõi vi xử lý.
(8) Lọc nhiễu: Sau khi dùng MCU để thu thập dữ liệu, chúng ta sử dụng các bộ lọc trung bình, lọc thông thấp, lọc thông cao, lọc bổ phụ, lọc kalman … để lọc nhiễu một lần nữa trước khi dữ liệu này được đem phân tích, lưu trữ… Giai đoạn lọc nhiễu này thường được gọi lọc nhiễu bằng phần mềm.