Tiểu luận tốt nghiệp Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 1 Tiểu luận tốt nghiệp Nhận xét của cán bộ phản biện …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 2 Tiểu luận tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Đề tài nghiên cứu này giúp cho sinh viên có thể nắm vững hơn những kiến thức đã học về dòng vi xử lý MSP430, từ đó có thể góp phần tạo nên hiệu quả hơn trong sinh hoạt và đời sống con người với nhu cầu ngày càng cao . Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức và thời gian hạn chế nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của em đạt được trong quá trình học tập cùng với sự hướng dẫn của thầy Trương Quốc Bảo. Em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo tiểu luận tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2013 Sinh viên Lê Nhật Trường 3 Tiểu luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đề tài của em cơ bản đã hoàn thành. Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình đã hỗ trợ về tài chính và tinh thần, tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành được đề tài tiểu luận này. Em xin cảm ơn quý thầy, cô trong bộ môn Điện – Điện tử đã dạy cho em những kiến thức bổ ích, đặc biệt là thầy Trương Quốc Bảo đã nhiệt tình giải thích, hướng dẫn, góp ý làm cho tiểu luận của em thêm hoàn chỉnh. Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng cũng không thể tránh khỏi sai sót. Em rất mong nhận được sự thông cảm và nhiều góp ý từ thầy, cô và các bạn để đề tài tiểu luận tốt nghiệp được hoàn chỉnh và phát triển hơn. 4 Tiểu luận tốt nghiệp MỤC LỤC Danh mục bảng Danh mục hình ABSTRACT 5 Tiểu luận tốt nghiệp Today the electric and electronic devices are used in almost of our daily activities. The main purpose of this assignment is design a measure and temperature control circuit using MSP430. This circuit can be applied to measure current weather temperature and warm us the dangerous temperature that is related to preassure and temperature of a factory. The device is performed by temperature sensing circuit and LCD display. The control program run on MSP430 to alert when the temperature is not suitable for requirement of users. The temperature device is good performant, stable. The arccuracy of circuit is about ± 2 o C. Keywords: MSP430, LCD, Temperature warning, Temperature control Title: Design a measurement and temperature control circuit TÓM TẮT Ngày nay các thiết bị điện, điện tử được sử dụng hầu hết trong các sinh hoạt hằng ngày của chúng ta. Mục tiêu của đề tài này là thiết kế thiết mạch đo và điều khiển nhiệt độ. Thiết bị đo và điều khiển nhiệt độ dùng để nhận biết nhiệt độ thời tiết hiện tại, nó có thể cảnh báo cho chúng ta biết nhiệt độ nguy hiểm của một nhà máy đang hoạt động có liên quan đến áp suất và nhiệt độ. Việc thiết kế được thực hiện bằng 1 mạch cảm biến và cho hiển thị nhiệt độ ra LCD. Chương trình trên MSP430 để cảnh báo khi nhiệt độ không thích hợp tùy chỉnh của bạn, và hiển thị cảnh báo ra 1 đèn LED. Mạch thiết kế hoạt động tốt, ổn định với độ chính xác khoảng ± 2 o C . Từ khóa: MSP430, LCD, Cảnh báo nhiệt độ, Điều khiển nhiệt độ Tiêu đề: Thiết kế mạch đo và điều khiển nhiệt độ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6 Tiểu luận tốt nghiệp Nội dung chính: • Đặt vấn đề. • Lịch sử thực hiện • Phạm vi • Phương pháp nghiên cứu • Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ. Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến trên thế giới, nhu cầu cuộc sống ngày càng thay đổi, hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt các thiết bị với những đặc điểm nổi bật như: độ chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…góp phần làm cho hoạt động của con người ngày càng đạt hiệu quả hơn. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm. Điện tử đã đáp ứng được những yêu cầu, đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến những nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hang ngày. Một trong những ứng dụng quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật đo và điều khiển nhiệt độ. 1.2 LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. Kỹ thuật đo và điều khiển nhiệt độ là một ứng dụng quan trọng của ngành công nghiệp điện tử. Sử dụng cảm biến nhiệt được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong đời sống với những thiết bị điều khiển nhiệt rất tinh vi. 7 Tiểu luận tốt nghiệp Xuất phát từ đó, em đã thiết kế mạch đo và điều khiển nhiệt độ, một trong những ứng dụng nhỏ của lĩnh vực điện tử. 1.3 PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI. Đề tài gồm 2 phần: Đo và điều khiển nhiệt độ. Để thực hiện đề tài cần giải quyết các vấn đề sau: + Giao tiếp giữa MSP430 với cảm biến nhiệt độ DS18B20. + Hiển thị nhiệt độ lên màn hình LCD 16x2. 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 1.4.1 Lý thuyết Phần lý thuyết để thực hiện đề tài được nghiên cứu từ các giáo trình chuyên ngành trong quá trình học tập, kết hợp sự trao đổi với giảng viên hướng dẫn. 1.4.2 Phần cứng Phần cứng hệ thống gồm các linh kiện chủ yếu: Vi điều khiển MSP430G2452, màn hình LCD 16x2, cảm biến nhiệt độ DS18B20. 1.4.3 Phần mềm Sử dụng phần mềm IAR để viết chương trình cho vi điều khiển MSP430. 1.4.4 Thực tế Ngoài kiến thức học ở trường, sinh viên cần tìm thêm về những ứng dụng thực tế của đề tài đang nghiên cứu, từ đó có thể phát triển đề tài để phù hợp với nhu cầu trong đời sống của con người. 8 Tiểu luận tốt nghiệp 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.5.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài giúp sinh viên củng cố những kiến thức đã học, và hiểu biết thêm về những ứng dụng thiết thực trong đời sống. Ngoài ra, chúng ta có thể xây dựng và phát triển đề tài kết hợp cùng các hệ thống điều khiển khác nhằm đáp ứng và nâng cao hiệu quả trong cuộc sống. 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn Với mô hình đã xây dựng, chỉ cần một số linh kiện điện tử thông dụng sinh viên đã hoàn thành bài thực tập điện tử. Có thể phát triển thêm các mạch điện tử khác nhau với mức độ phức tạp hơn nhằm giúp sinh viên tự nghiên cứu thưc tập và nâng cao chất lượng học tập. 9 Tiểu luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nội dung chính: • Tổng quan về MSP430G2452 • Giới thiệu cảm biến nhiệt DS18B20 • Giới thiệu màn hình LCD • Giới thiệu phần mềm IAR 2.1 TỔNG QUAN VỀ MSP430G2452 2.1.1 Giới thiệu về MSP430 “ MSP430 là một sự kết hợp chặt chẽ của một CPU RISC 16 bit, những khối ngoại vi và hệ thống xung linh hoạt. MSP430 đã đưa ra những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng dụng với nhiều phiên bản khác nhau. MSP430 có một số phiên bản khác nhau như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx, MSP430x4xx, MSP430x5xx. Những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển MSP430: • Kiến trúc nguồn điện cực thấp để mở rộng tuổi thọ của pin. - 1μA duy trì RAM - 0.8 μA chế độ xung thời gian thực - 250 μA / MIPS tích cực • Xử lý tín hiệu tương tự với hiệu suất cao. - 12 bit hoặc 10 bit ADC – 200ksps. - 12 bit kép DAC. • 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần ở kích thước code lập trình. - Thanh ghi lớn nên loại trừ được trường hợp tắt nghẽn tập tin khi dang làm việc. - Thiết kế nhỏ gọn làm giảm lượng tiêu thụ điện và giảm giá thành. - Tối ưu hóa cho những chương trình ngôn ngữ bậc cao như C, C++ - Có 7 chế độ định địa chỉ. - Khả năng ngắt theo vector lớn. • Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi code một cách linh hoạt, phạm vi rộng, bộ nhớ Flash còn có thể lưu lại nhật kí dữ liệu.”[3] 2.1.2 Sơ đồ và chức năng của các chân MSP430G2452 10 [...]... lệnh điều khiển hoạt động của DS18B20 Những lệnh này cho phép vi điều khiển ghi và đọc dữ liệu từ bộ nhớ Scratchpad của DS18B20 • Sau khi đọc nhiệt độ từ DS18B20, vi điều khiển sẽ gửi các lệnh đến để điều khiển LCD hiển thị nhiệt độ đọc được từ DS18B20, đồng thời vi điều khiển cũng so sánh nhiệt độ mà DS18B20 đo được với nhiệt độ ngưỡng ( do chúng ta đặt ) để điều khiển đèn Led hoạt động như mong muốn... cho mục đích sử dụng trong cuộc sống hàng ngày 4.3 ỨNG DỤNG Dùng để đo đạc và hiển thị nhiệt độ Dùng để điều khiển động cơ ( hay tải bất kì ) theo nhiệt độ, ví dụ: máy nước nóng, máy điều hòa nhiệt độ hoặc tắt/mở động cơ khi nhiệt độ quá nóng hoặc quá lạnh Ngoài ra, còn có thể sử dụng trong những trường hợp cần phải theo dõi nhiệt độ như: lò sấy, lò ấp trứng… 36 ... đồ mạch nguyên lý 22 1 7 3 12 11 10 9 8 Tiểu luận tốt nghiệp Nguyên tắc hoạt động: • Khối cảm biến nhiệt nhận nhiệt độ từ môi trường bên ngoài, bên trong DS18B20 sẽ có bộ chuyển đổi giá trị nhiệt độ sang giá trị số và được lưu trong các thanh ghi ở bộ nhớ Scratchpad • Khối điều khiển khi hoạt động, xác định địa chỉ thiết bị cần giao tiếp thông qua các lệnh ROM, vi điều khiển sẽ gửi các lệnh điều khiển. .. khi thiết kế mạch ta nối chân này với 16 Tiểu luận tốt nghiệp GND của mạch điều khiển 2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển Điều chỉnh độ tương phản của LCD 3 VEE 4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi + Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ. .. bits, 12 bits Ở chế độ mặc định thì DS18B20 hoạt động ở chế độ phân giải 12 bits • Để bắt đầu đọc nhiệt độ và chuyển đổi từ giá trị tương tự sang giá trị số thì vi điều khiển gửi lệnh Conver T [44h], sau khi chuyển đổi xong thì giá trị nhiệt độ sẽ được lưu trong hai thanh ghi nhiệt độ ở bộ nhớ scratchpad và IC trở về trạng thái nghỉ • Giá trị nhiệt độ lưu trong bộ nhớ gồm 2 bytes – 16bits, số âm sẽ... mẫu và chuyển sang số nhanh, nhỏ hơn 200 ms [7] 2.2.2 Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của DS18B20 Sơ đồ khối: [7] Hình 2.4 Sơ đồ khối của DS18B20 Nguyên lý hoạt động: • Bên trong DS18B20 có bộ chuyển đổi giá trị nhiệt độ sang số và được lưu trong các thanh ghi ở bộ nhớ scratchpad, độ phân giải nhiệt độ đo có thể được cấu 15 Tiểu luận tốt nghiệp hình ở chế độ 9 bits, 10 bits, 11 bits, 12 bits Ở chế độ. .. hoạt động • Lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 18 Tiểu luận tốt nghiệp Khối cảm biến Khối điều khiển Khối hiển thị Hình 2.6 Sơ đồ khối Chi tiêt từng khối: - Khối cảm biến: gồm 1 cảm biến nhiệt độ DS18B20 và 1 điện trở 10k - Khối điều khiển: gồm 1 MSP430G2452 và 1 điện trở 330 Ohm - Khối hiển thị: gồm 1 LCD, 1 led đơn, 1 biến trở 10k,1điện trở 330 Ohm 3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG... là chân dữ liệu kết nối với khối xử lý tín hiệu GND Chân số 3 của DS18B20 mắc với nguồn từ 3V đến 5.5V U2 GND DQ VCC 27.0 1 2 3 R3 P2.1 10k +5v DS18B20 Hình 2.7 Khối cảm biến nhiệt độ 3.2.2 Khối điều khiển Khối điều khiển: Đảm nhận chức năng nhận tín hiệu từ khối cảm biến, xử lý biến đổi D AD sau đó hiển thị thông qua khối hiển thị Khối điều khiển gồm vi điều khiển MSP430G2452 Vi điều khiển thuộc họ... ) để điều khiển đèn Led hoạt động như mong muốn 23 Tiểu luận tốt nghiệp 3.4 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.4.1 Lưu đồ giải thuật Bắt đầu Đọc nhiệt độ từ DS18B20 Sai 40oC ≤ Nhiệt độ ≤ 70oC Led sáng Hiển thị nhiệt độ ra LCD Đúng Led tắt Kết thúc 24 Tiểu luận tốt nghiệp 3.4.2 Chương trình điều khiển #include "string.h" #include "msp430g2452.h" #include union reg { struct... Khối cảm biến Khối cảm biến: Có nhiệm vụ tiếp nhận và đưa dữ liệu vào khối xử lý tín hiệu ( P2.1) Khối này gồm 1 IC chức năng DS18B20 DS18B20 là nhiệt kế số có độ phân giải từ 9 bit – 12 bit giao tiếp với khối điều khiển qua 1 chân duy nhất DS18B20 hoạt động với điện áp từ 3V-5,5V DC có thể cấp nguồn qua chân DQ (chân trao đổi dữ liệu) Nhiệt độ có thể đo được từ -55oC đến 125oC 19 Tiểu luận tốt nghiệp . thiết bị điện, điện tử được sử dụng hầu hết trong các sinh hoạt hằng ngày của chúng ta. Mục tiêu của đề tài này là thiết kế thiết mạch đo và điều khiển nhiệt độ. Thiết bị đo và điều khiển nhiệt. hoạt động tốt, ổn định với độ chính xác khoảng ± 2 o C . Từ khóa: MSP430, LCD, Cảnh báo nhiệt độ, Điều khiển nhiệt độ Tiêu đề: Thiết kế mạch đo và điều khiển nhiệt độ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6 Tiểu. vực khác trong đời sống với những thiết bị điều khiển nhiệt rất tinh vi. 7 Tiểu luận tốt nghiệp Xuất phát từ đó, em đã thiết kế mạch đo và điều khiển nhiệt độ, một trong những ứng dụng nhỏ