Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN :KỸ THUẬT MÁY TÍNH o0o Đ" ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG NHÚNG Đề Tài: THI%T K% BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ GVHD: NGUYỄN TUẤN LINH SVTH : NGUYỄN VĂN THƯƠNG MSSV : 11110750267 SVTH : NGUYỄN VĂN VIỆT MSSV : 111107502 SVTH : NGUYỄN VĂN TRƯỜNG MSSV : 11110750278 LỚP : K43KDT Thái Nguyên 2011 Đ n Hê TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ BM Kỹ thuật Máy tính Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Đ" ÁN MÔN HỌC Môn học:……………………… ! " !#$"!#$!! 1.Tên đề tài ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………. 2. Nội dung thuyết minh tính toán ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… 3. Các bản vẽ, chương trình, đồ thị ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. Thông qua phần xác định yêu cầu Thông qua phần thiết kế thông qua phần xây dựng hệ thống Đồng ý cho bảo vệ TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN %&'#() Page * Đ n Hê Nhận xét của giáo viên hướng dẫn +#,!#+-*. Giáo Viên hướng dẫn /01234 Nhận xét của giáo viên chấm +#,!#+-*. %&'#() Page 5 Đ n Hê Giáo Viên hướng dẫn /01234 LÔÌ NOÙI ÑAÀU Ngày nay nhân loại đang trải qua những sự phát triển vượt về mọi mặt.Trong đó điện tử, tự động hoá đóng một vai trò không nhỏ. Điện tử góp phần vào quá trình tự động hoá mọi thứ giúp con người hiện đại hoá cuộc sống. Vận dụng những kiến thức đã được học trong quá trình học tập ở trường nhóm em thực hiện đồ án này. Đồ án này được áp dụng chủ yếu dựa vào vi điều khiển. Mà thực tế là Pic 16F877A, nhằm mục đích giúp em hiểu một cách tường tận hơn về những gì về vi điều khiển, cách đọc, viết và nhận biết về các chân IC mà em đã được học từ thầy cô trong trường, tìm hiểu và nghiên cứu qua sách cũng như cách thức vận dụng nó trong thực tế. Trong thực tế, các ứng dụng của vi điều khiển rất đa dạng và phong phú.Từ những ứng dụng đơn giản chỉ có vài thiết bị ngoại vi cho đến những hệ thống điều khiển phức tạp .Tuy nhiên do pham vi trình độ của em còn hạn chế, nên việc nghiên cứu và tìm hiểu về vi điều khiển còn nhiều điều chưa biết. Trong bài viết của em, em xin giới thiêu ứng dụng Pic 16F877A để thiết kế bộ điều khiển điều hòa nhiệt độ hiển thị lên LCD. Tuy nhiên trong quá trình viết do trình độ hiểu biết của chúng em còn hạn chế, nên còn xảy ra nhiều sai sót mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để chúng em được hiểu biết hơn trong quá trình học tâp tiếp theo. Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! %&'#() Page 6 Đ n Hê MỤC LỤC Trang 78989 : 2.5.4 RƠ LE 23 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay các tiện nghi được sử dụng trong đời sống hiện đại ngày càng phát triển, hoàn thiện và giữ vai trò hết sức quan trọng đối với việc đảm bảo nhu cầu của con người như nghe nhạc, xem truyền hình. Một trong những trang bị tiện nghi phổ biến đó là hệ điều hòa . Ngày nay hệ thống điều hòa ngày càng được phát triển và hoàn thiện phục vụ nhu cầu của con người. Nó tạo ra một cảm giác thoải mái khi sử dụng trong bất kỳ thời tiết nào. Đặc biệt nó giải quyết được vấn đề khí hậu ở Việt Nam, khí hậu khắc nghiệt, không khí bụi bẩn ô nhiễm. Tuy nhiên hệ thống càng hiện đại thì khả năng tiếp cận nó càng khó khăn khi xảy ra hư hỏng. Một sinh viên ngành kỹ thuật cần phải trang bị cho mình những kiến thức cơ bản nhất về tất cả các hệ thống. Đặc biệt là hệ thống điều hòa mà ngày nay sự tiếp cận nó gặp rất nhiều khó khăn. Chính vì vậy việc lựa chọn đề tài: “Thiết kế bộ điều khiển cho máy điều hòa nhiệt độ” là rất cần thiết. Đề tài được hoàn thành sẽ là cơ sở giúp cho chúng em sau này có thể tiếp cận với những hệ thống điều hòa hiện đại 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ Cấu tạo : Máy ĐHKK 2 khối gốm có : dàn lạnh, dàn nóng, ống dẫn gas lạnh nối giữa dàn nóng và dàn lạnh. %&'#() Page : Đ n Hê Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa A. Máy nén (bốc lạnh) F. Van tiết lưu B. Bộ ngưng tụ (Giàn nóng) G. Bộ bốc hơi C. Bộ lọc hay bình hút ẩm H. Van xả phía thấp áp D. Công tắc áp suất cao I. Bộ tiêu âm E. Van xả phía cao áp Dàn lạnh : đặt bên trong phòng có nhiệm vụ thu nhiệt không khí trong phòng chuyển ra dàn nóng qua đường ống dẫn gas. dàn lạnh chỉ có quạt và board điều khiển Dàn nóng : đặt bên ngoài phòng có nhiệm vụ thải nhiệt từ dàn lạnh chuyển đến ra môi trường.dàn nóng gồm máy nén và quạt,. • Nguyên lý hoạt động: Máy điều hòa nhiệt độ thu nhiệt lượng trong phòng kín rồi mang nhiệt này thải ra ngoài trời, nhờ đó mà có thể làm cho nhiệt độ trong phòng kín lạnh xuống theo nhu cầu của người sử dụng. Nguyên lý hoạt động như sau : Trong phòng kín đặt một dàn ống, bên trong dàn ống này cho bay hơi một loại chất lỏng dễ bay hơi (gọi là ga lạnh ),khi chất lỏng bay hơi trong dàn bay hơi ở nhiệt độ thấp sẽ thu nhiệt của không khí trong phòng (được quạt gió thổi qua dàn bay hơi). Không khí nóng trong phòng bị mất nhiệt sẽ lạnh đi và nhiệt độ trong phòng sẽ thấp xuống. Hơi do ga lạnh bay hơi tạo thành theo đường ống tới cửa hút của 1 máy nén và được nén lên áp suất cao, nhiệt độ cao, sau đó tới dàn ngưng tụ đặt bên ngoài phòng lạnh. Hơi nén trong dàn ngưng tụ có nhiệt độ cao nên dễ dàng truyền nhiệt cho không khí bên ngoài (được quạt gió thổi qua), còn bản thân hơi nóng bên trong dàn bị mất nhiệt sẽ ngưng tụ thành chất lỏng %&'#() Page ; Đ n Hê chảy qua đường ống mao dẫn (hoặc qua van tiết lưu ) để hạ áp suất và nhiệt độ chất lỏng xuống thấp rồi đi vào dàn bay hơi trong phòng lạnh, khép kín chu trình làm việc của máy điều hòa nhiệt độ. Trong quá trình máy hoạt động dàn lạnh chạy suốt không nghỉ, dàn nóng lúc chạy lúc nghỉ phụ thuộc vào nhiệt độ trong phòng đã đạt chưa. Quạt dàn lạnh hút và thổi liên tục tạo ra sự luân chuyển và phân tán không khí lạnh đều trong phòng. Trong dàn lạnh có một cảm biến nhiệt độ của không khí nối với board xử lý tín hiệu (gọi tắt là board). Cảm biến này có nhiệm vụ cảm nhận nhiệt độ không khí hồi về dàn lạnh (đây là nhiệt độ trung bình của không khí trong phòng). Khi nhiệt độ trong phòng cao hơn nhiệt độ cài đặt (là nhiệt độ cài đặt trên remote) khoảng 1-2°C thì board sẽ điều khiển dàn nóng chạy. Khi dàn nóng chạy sẽ cung cấp gas lỏng tới dàn lạnh, gas lỏng bốc hơi trong dàn lạnh và thu nhiệt không khí đi qua dàn lạnh, không khí mất nhiệt nên nhiệt độ giảm xuống. Khi nhiệt độ không khí trong phòng giảm xuống bằng nhiệt độ cài đặt thì board sẽ điều khiển ngưng dàn nóng. Quá trình làm lạnh tạm ngưng. Do có nhiệt độ trong phòng thấp hơn bên ngoài, nên có sự truyền nhiệt từ ngoài vào trong cùng với các vật tỏa nhiệt bên trong làm nhiệt độ không khí trong phòng từ từ tăng lên cho đến khi cao hơn nhiệt độ cài đặt khoảng 1-2°C (khoảng chênh lệch nhiệt độ này tùy thuộc vào thiết kế của mỗi nhà sản xuất) thì board sẽ điều khiển dàn nóng chạy lại. Quá trình làm lạnh tiếp tục. Khi dàn nóng chạy, dàn lạnh mới có chức năng làm lạnh. Khi dàn nóng ngưng, dàn lạnh chỉ là cái quạt luân chuyển không khí trong phòng. Với một máy ĐHKK đã lắp đặt và đang sử dụng, làm sao chúng ta biết được là đang sử dụng hiệu quả hay đang lãng phí điện? Mỗi máy ĐHKK lắp vào một phòng nào đó, khi hoạt động sẽ đạt được nhiệt độ thấp nhất nào đó. Đây là nhiệt độ cuối cùng mà máy có thể đạt được, không thể thấp hơn được. Nếu cài nhiệt độ trên remote thấp hơn nhiệt độ này thì dàn nóng sẽ chạy suốt và tiêu hao điện tối đa. Một phòng điều hòa không khí theo tiêu chuẩn thiết kế dùng cho sinh hoạt phải đạt nhiệt độ 24°C. Nhiệt độ môi trường mà cơ thể con người thích nghi nhất trong khoảng 25-27C Tóm lại, để một máy ĐHKK hoạt động hợp lý thì phải cài nhiệt độ remote sao cho dàn nóng phải có lúc chạy lúc nghỉ. 1.3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 1.3.1 Phân tích lựa chọn giải pháp Để điều khiển nhiệt độ, hiện nay có nhiều phương pháp như: Điều khiển bằng vi điều khiển, bằng PLC… • Điều khiển bằng vi điều khiển %&'#() Page < Đ n Hê Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp (khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các modul vào/ra, các modul biến đổi số sang tương tự và tương tự sang số, Ở máy tính thì các modul thường được xây dựng bởi các chíp và mạch ngoài. Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự động… Những bộ vi điều khiển mới hiện nay của các hãng như: ATMEL, MOTOROLA, MICROCHIP… Bên trong đã tích hợp nhiều thiết bị ngoại vi như khối ADC, khối PWM, các loại bộ nhớ bộ đệm, các cổng truyền thông như I2C, UART, CAN, PSP, USB, khối điều khiển LCD, thậm chí cả các khối thu phát không dây RF. Điều này khiến cho việc thực hiện các ứng dụng với vi điều khiển trở nên dễ dàng, giảm được kích thước mạch điện và chi phí. Phương pháp thiết kế này đáp ứng tốt những yêu cầu của hệ thống, gọn nhẹ dễ dàng trong bảo trì và sửa chữa và giá thành rẽ. Tuy nhiên mạch này dễ bị nhiễu và bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường, nên cần thường xuyên bảo trì và có chế độ bảo quản tốt. • Điều khiển bằng PLC PLC (Programable Logical Controller. Bộ điều khiển logic có thể lập trình được) là một thiết bị điều khiển đa năng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi người sử dụng. Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC có thể được sử dụng để điều khiển nhiều máy móc khác nhau. Điều quan trọng là chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển và cách kết nối thì ta có thể dùng PLC để điều khiển thiết bị máy móc khác. Những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp: - Khả năng kháng nhiễu rất tốt Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng cải tạo nâng cấp - Có những modul chuyên dụng để thực hiện các chức năng đặc biệt hay những modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hay mạng internet… - Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động - Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được %&'#() Page = Đ n Hê - Thuộc vào hệ thống sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình. Phương pháp thiết kế này có giá thành tương đối cao chỉ thích hợp với việc điều khiển một hệ thống có nhiều máy liên kết với nhau. 1.3.2 chức năng và yêu cầu của hệ thống điều khiển Chức năng quan trọng nhất của hệ thống điều hòa không khí là duy trì các thông số khí hậu trong một phạm vi nào đó không phụ thuộc vào điều kiện môi trường xung quanh và sự thay đổi của phụ tải. Hệ thống điều khiển có chức năng nhận các tín hiệu thay đổi của môi trường và phụ tải để tác động lên hệ thống thiết bị nhằm duy trì và giữ ổn định các thông số khí hậu trong không gian điều hòa không phụ thuộc vào điều kiện khí hậu bên ngoài và phụ tải bên trong. Các thông số cơ bản cần duy trì là : nhiệt độ, độ ẩm;áp suất; lưu lượng.Trong các thông số trên nhiệt độ là thông số quan trọng nhất. -Ngoài chức năng đảm bảo các thông số vi khí hậu trong phòng, hệ thống điều khiển còn có tác dụng bảo vệ an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa các sự cố có thể xãy ra; đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và kinh tế nhất; giảm chi phí vận hành của con người. • Yêu cầu đối với hệ thống - Hệ thống được thiết kế gọn nhẹ, dễ sử dụng và vận hành - Điều khiển hệ thống bằng vi điều khiển PIC16F877A - Đảm bảo độ chính xác cao sai lệch nhiệt độ không quá 0.1 – 0.2 độ - Hệ thống áp dụng được cho tất cả các loại điều hòa vừa và nhỏ - Điện áp hoạt động 220V AC có nguồn nuôi dự phòng khi mất điện, có hệ thống bảo vệ quá áp, đảm bảo an toàn cho người sử dụng - Tự động vận hành theo các chế độ lập trình sẳn - Hệ thống điều khiển được xây dựng để từ tín hiệu vào (tín hiệu đặt , tín hiệu điều khiển)ta có tín hiệu đầu ra theo yêu cầu, thỏa màn lượng đặt, ổn định trong khoảng cho phép - Điều khiển tối ưu về năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí. - Các thông số có thể cài đặt dễ dàng qua một giao diện người dùng thân thiện. - Có nhiều chế độ điều khiển: tự động (Auto) và bằng tay (Manual) thuận tiện khi vận hành. - Ngưỡng nhiệt độ cho phép từ 0 – 50 0 C - Hiển thị nhiệt độ thực tế trên màn hình LCD - Hệ thống phải được bảo vệ chống ẩm ướt, đảm bảo độ bền cao • Các yêu cầu phi chức năng cho hệ thống: +khả năng bảo trì tốt %&'#() Page > Đ n Hê +Mang tính thiết thưc +Chi phí phát triển thấp %&'#() Page ?. [...]... thời giám sát (Watch Dog Timer) - 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển - 1 cổng nối tiếp - 15 nguồn ngắt GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 16 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 17 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ - Đặc điểm của PIC16F877A: • • • • • • • • • • • • • • • PIC16F877A có………………………… 40 chân Tần số hoạt động... chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 24 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ 2.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 25 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ 2.7 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 2.7.1 Khối vi xử lý Nguyên lý : Sử dụng vi điều khiển pic... tưởng của mình.Mạch mô phỏng vẽ bằng proteus như hình trên • Mạch nguyên lý • Mạch in +khối nguồn GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 31 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ + khối bộ điều khiển 3.2 XÂY DỰNG PHẦN MỀM GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 32 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ • LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH: BE GIN KHỞI TẠO PORT B,D LÀ PORT XUẤT KHỞI TẠO CHẾ ĐỘ... có 2 nhiệm vụ : on/off khi chế độ điều khiển bằng tay và chế độ tự động được cài đặt • Yêu Cầu: + hoạt động chính xác theo sự điều khiển của khối xử lý trung tâm GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 13 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ 2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN Các linh kiện được sử dụng trong mạch vao gồm: 1 Vi điều khiển PIC16F877A 2 Cảm biến nhiệt độ LM35 3 LCD 16x2 4 IC ổn áp 7805 (ổn... : MCLR là ngõ vào reset tích cực mức thấp ,Vpp là ngõ vào nhận điện áp lập trình • Chân RA0/AN0(2) : RA0 là xuất/nhập số ,AN0 là ngõ vào tương tự của kênh thứ 0 GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 14 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ • Chân RA1/AN1(3) : RA1 là xuất/nhập số, AN1 là ngõ vào tương tự của kênh thứ 1 • Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF(4) : RA2 là xuất/nhập số, AN2 là ngõ vào tương... độ I2C • Chân RC4/SDI/SDA(23) : RC4 xuất /nhập số, SDI dữ liệu vào SPI,SDA là xuất /nhập dữ liệu I2C • Chân RC5/SDO(24) : RC5 xuất /nhập số, SDO dữ liệu ra SPI GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 15 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ • Chân RC6/TX/CK(25) : RC6 xuất /nhập số, TX là chuyền đồng bộ USART,CK là xung đồng bộ USART • Chân RC7/RX/DT(26) : RC7 xuất /nhập số, RX là nhận bất...Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG CẢM BIẾN NHỆT ĐỘ KHỐI ĐIỀU CHỈNH KHỐI VI ĐIỀU KHIỂN PIC ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HIỂN... ngoại vi timer Khối giao tiếp nối tiếp Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số -ADC Khối các port xuất nhập 2.5.2 Cảm biến nhiệt LM35 • Các tính năng của LM35: GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 18 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ + Tuyến tính : +10mV/°C + Sai số 0.5°C khi đạt đến 25°C + Phạm vi đo lớn từ −55° to +150°C + Hoạt động từ 4 đến 30 V +Có ưu điểm là rẻ tiền +Khuyết điểm... (đất) LM35 có: + Điện áp 0V khi ở 0°C + Điện áp 0.29V khi ở 29°C Khi ta chọn độ phân giải 10 bit cho vi điều khiển Pic16F877A thì được tính toán nhiệt độ như sau : GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 19 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ ở 29°C : Value_ADC = (290mV*1024)/5000mV = 59.392 Khi đọc giá trị từ cảm biến LM35 thì trong vi điều khiển sẽ có giá trị là: Value_ADC = 59.392 Vì vậy... hiển thị : 16x2 dòng + Màu hiển hiển thị : đen trắng + Chế độ giao tiếp : 8 hoặc 4 bít + Cỡ chữ hiển thị : 5x7 hoặc 5x10 + Số chân : 14 Sơ đồ chân của LCD 1602 GVHD:Nguyễn Tuấn Linh Page 20 Đồ Án Hệ Thống Nhúng Chân số Tên Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ Chức năng Chân nối đất cho LCD, khi thiết ta nối chân này với GND của vi điều khiển 1 vcc 2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế ta nối
Ngày đăng: 08/08/2014, 23:21
Xem thêm: án Hệ thống nhúng(CHUAN) pptx
