Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Thái Nguyên, ngày tháng 5 năm 2012. Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét của giáo viên chấm Thái Nguyên, ngày tháng 5 năm 2012 Giáo viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 1 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng LỜI CÁM ƠN Lời đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến các thầy cô giáo trong Khoa điện tử nói riêng cũng như trong toàn trường nói chung, những người đã nhiệt tình dạy dỗ em trong thời gian qua. Em cũng xin gửi những lời cảm ơn chân thành đến cô giáo Tăng Cẩm Nhung người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo cho em những điều kiện tốt nhất từ khi bắt đầu đến khi hoàn thành đồ án” Thiết kế cân điện tử hiển thị từ 0 – 1 kg” Trong khi thực hiện đồ án do kiến thức còn hạn chế cũng như chúng em chưa có nhiều điều kiện để đi khảo sát thực tế, với một khoảng thời gian ngắn thực hiện, do vậy mà đồ án của chúng em còn nhiều thiếu sót mong các thầy cô đóng góp và bổ xung ý kiến đề đồ án của chúng em đươc hoàn thiện hơn! Chúng em xin chân thành cảm ơn! Ngày 25 tháng 5 năm 2012. Nhóm sinh viên thưc hiện: Nguyễn Văn Hiếu. Phạm Văn Định. Nguyễn Hữu Mạnh. GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 2 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng LỜI CÁM ƠN 2 Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 4 1.1 Giới thiệu về hệ thống cân điện tử 4 1.2 Cơ chế hoạt động của hệ thống cân điện tử 5 1.2.1 Cấu trúc chung 5 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 5 1.3 Giới thiệu về đề tài 5 1.3.1 Cơ sở lựa chọn đề tài 5 1.3.2 Mục đích và yêu cầu bài toán 6 1.3.3 Yêu cầu và giới hạn của hệ thống 6 1.3.4 Lựa chọn giải pháp công nghệ 6 Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 9 2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống 9 2.1.1 Chi tiết từng khối 9 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ 9 2.2 Thiết kế hệ thống. 10 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 10 2.2.2 Giải thích các khối 10 2.3 Thiết kế kỹ thuật 12 2.3.1 Sơ đồ callgraph 12 2.3.2 Sơ đồ đặc tả hệ thống 13 2.3.3 Linh kiện sử dụng trong hệ thống 13 Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 25 3.1 Sơ đồ giải thuật 25 3.1.1 Hiển thị Led 25 3.1.2 Sơ đồ giải thuật 25 3.2 Mã nguồn 26 Kết luận 27 Tài liệu tham khảo 28 GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 3 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 1.1 Giới thiệu về hệ thống cân điện tử. Nhu cầu cân đo cần thiết hằng ngày.Ngày nay, ciệc cân không chỉ dừng lại ở cân vài kg hay vài tạ mà đã mở rộng vài tấn, vài chục tấn hoặc cân cần độ chính xác cao như trong cân vàng, kim loại quý. Cân bình thường không thể đáp ứng được yêu cầu đó.Do đó cân điện tử ra đời. Ngày nay cân điện tử được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực : cân bàn, cân sàn,cân ôtô, cân treo,cân phân tích, cân bỏ túi, cân vàng, cân đếm,cân thủy sản,cân phễu, cân đóng bao, cân đóng phuy, cân công nghệ trong dây chuyền sản xuất, cân trạm trộn bê tông từ 20kg đến 100 tấn. Khối lượng cân được: cân phân tích có khả năng cân từ 52g đến 210g với mức độ chính xác từ 0.0001g đến 0.00001g, cân kỹ thuật từ 100g đến 20kg; cân công nghiệp từ 30kg đến 120tấn; cân xác định trọng lượng ô tô. Một số loại cân: + Cân thủy sản. + Cân xe tải, cân ô tô. + Cân phân tích. + Cân kỹ thuật. + Cân trọng lượng. + Cân bàn điện tử. + Cân sàn điện tử. + Cân công nghiệp. + Cân treo, cân móc cẩu. + Cân siêu thị, cân tính tiền. + Cân vàng, cân thử tuổi vàng. + Cân đếm mẫu. + Cân mũ cao su, cân mini. Hình 1.1.1 Một số loại cân ngoài thị trường. Một hệ thống cân dùng load cell tương tự gồm một hoặc một vài load cell nối song song với nhau qua một hộp nối. GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 4 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Mỗi load cell tải một đầu ra độc lập, thường 1 đến 3 mV/V. Đầu ra kết hợp được tổng hợp dựa trên kết quả của đầu ra từng load cell. Các thiết bị đo lường hoặc bộ hiển thị khuyếch đại tín hiệu điện đưa về, qua chuyển đổi ADC, vi xử lý với phần mềm tích hợp sẵn thực hiện tính toán chỉnh định và đưa kết quả đọc được lên màn hình hiển thị hiện đại đều cho phép giao tiếp với các thiết bị ngoài khác như máy tính hoặc máy in. 1.2 Cơ chế hoạt động của hệ thống cân điện tử. 1.2.1 Cấu trúc chung. Hình 1.2.1.1 Cấu tạo chung của cân điện tử. - Cảm biến trọng lượng (trọng lực) hay còn gọi là Loadcell: là thiết bị biến đối từ đại lượng vật lý (khối lượng, lực…) thành đại lượng điện. - Bộ khuếch đại: Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ Loadcell khuếch đại tín hiệu lên để đưa vào bộ phận xử lý. - Bộ phận xử lý: Bộ phận xử lý trung tâm nhận tín hiệu về xử lý và đưa ra bộ phận hiển thị. - Bộ phận hiển thị: Hiển thị khối lượng đo được 1.2.2 Nguyên lý hoạt động. Khi cho khối lượng hoặc lực tác dụng thì cảm biến thì cảm biến trọng lượng sẽ biến đổi đại lượng đó thành đại lượng điện. Đại lượng điện được khuếch đại lớn hơn sau khi đi qua bộ phận khuếch đai và được đưa tới đầu vào của Vi Xử Lý. Bộ phận Vi Xử Lý sẽ xử lý thông tin đưa vào sau đó sẽ cho kết quả đưa tới bộ phận hiển thị. 1.3 Giới thiệu về đề tài. 1.3.1 Cơ sở lựa chọn đề tài. Cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử, kỹ thuật thì một số các hệ thống điều khiển đã dần dần được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi điều khiển, PLC … được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp, ít chính xác đã được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước Trong những điều kiện cần đòi hỏi độ chính xác rất cao. Thì cân cơ khí không thể đáp ứng được nhu cầu đặt ra. Cân điện tử sẽ là phương án tốt để thay thế. GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 5 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Hình 2.1.1.1 Một số loại cân cơ khí. Với những yêu cầu như vậy nhóm chúng em xin lựa chọn đề tài:”Thiết kế cân điện tử hiển thị từ 0 – 1 kg “. 1.3.2 Mục đích và yêu cầu bài toán. - Đầu vào là khối lượng thông qua bộ cảm biến và bộ vi xử lý để hiển thị qua LED 7 thanh. Từ đó ta có yêu cầu bài toán như sau : - Hiển thị chính xác khối lượng cần đo. - Hiển thị qua LED 7 thanh. - Hiển thị làm việc ổn định, tốc độ đáp ứng nhanh. 1.3.3 Yêu cầu và giới hạn của hệ thống. a) Các yêu cầu. - Đo và hiển thị khối lượng từ 0 đến 1kg. - Độ chính xác ±1g. - Chịu được nhiệt độ thay đổi. - Cảm biến và công nghệ tùy chọn. - Hiển thị màn hình rõ nét, công nghệ tùy chon. - Chi phí cho hệ thống với giá không quá 300 ngàn. - Có nút bấm khởi động. b) Giới hạn cho hệ thống. - Sử dụng nguồn điện 5V. - Kích thước phù hợp với người sủ dụng. - Hệ thống bê được bằng tay. - Hệ thống có cảnh báo khi khối lượng đo quá tải. - Chịu được quá tải. 1.3.4 Lựa chọn giải pháp công nghệ. • Giải pháp công nghệ. GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 6 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Dựa vào yêu cầu bài toán ‘‘ Thiết kế thiết hệ thống cân điện tử hiển thị từ 0-1 kg” và các kiến thức đã học trong chương trình.  Khối xử lý: Để đáp ứng được yêu cầu của hệ thống đặt ra thì chúng ta có thể sử dụng các dòng vi điều khiển như: 8051,AVR,PIC… Để đáp ứng được theo yêu cầu thì có rất nhiều phương pháp để thực hiện, qua quá trình học và nghiên cứu khảo sát vi điều khiển PIC thì thấy rằng vi điều khiển có ứng dụng rất tốt như yêu cầu của đề tài và muốn hệ thống chính xác đạt được hiệu quả nhanh nhất thì cần phải có bộ sử lý tín hiệu tốt. Ưu điểm : - Vi điều khiển có khả năng điều khiển linh hoạt theo mong muốn của người sử dụng dựa vào phần mềm được viết. - Khả năng thay đổi mã có thể thực hiện được. - Hệ thống đơn giản hơn nhiều,kích thước nhỏ,hơn nữa sẽ giảm được độ kém ổn định do nhiều linh kiện gây ra. - Có thể thay đổi thêm chức năng bằng cách thay đổi mềm. Nhược điểm : - Chất lượng của hệ thống phụ thuộc vào chất lượng được nạp cho vi điều khiển.  Khối cảm biến: Trên thị trường hiện nay thì có các phương pháp để đo được khối lượng như dùng cảm biến khối lượng Loadcell , dùng điện trở. Qua khảo sát chúng em thấy rằng dùng biến trở trong hệ thống vì tính rẻ tiền, dễ kiếm xong vẫn đáp ứng được các yêu cầu của công nghệ.  Khối hiển thị : Yêu cầu đặt ra khối hiển thị là thân thiện với người sử dụng trên cơ sở ta có 2 phương án sau : Phương án 1 : Dùng led 7 thanh. Ưu điểm : - Đơn giản , rẻ và có góc nhìn rộng. Nhược điểm : - Không chỉ dẫn cụ thể, giới hạn ký tự hiện ra. Nếu muốn hiển thị dài cần nhiều LED và đi kèm nó là bộ giải mã. Điều này làm cho hệ thống trở nên cồng kềnh, phức tạp. Việc lập trình quét hàng quét cột để hiển thị phức tạp. Phương án 2 : Dùng LCD. Ưu điểm : - Hiển thị rò ràng kèm theo chỉ dẫn. - Thay đổi nội dung linh hoạt xử lý lập trình đơn giản hơn LED 7 thanh. GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 7 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Nhược điểm : - Giá thành đắt. Kết luận: Sau khi cân nhắc các phương án đưa ra và khả năng phối hợp giữa các khối, phù hợp với đề tài, chúng em lựa chọn giải pháp : - Sử dụng PIC16F877A. - Sử dụng Led 7 thanh. - Sử dụng cảm biến điện trở cuốn dây. • Giải pháp thiết kế. - Thiết kế mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus 7. - Công cụ lập trình: phần mềm PIC C Compiler (CCS). GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 8 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Chương 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống. Hình 2.2.1.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống. 2.1.1 Chi tiết từng khối. - Khối cảm biến trọng lượng. + Khối có chức năng thu nhận tín hiệu dưới dạng tương tự khi mà có khối lượng đặt vào hệ thống cân rồi chuyển tới ADC theo dạng tín hiệu điện. - Khối vi điều khiển. + Khối xử lý có chức năng tiếp nhận tín hiệu gửi đến sau đó xử lý để đưa ra khối hiển thị. - Khối hiển thị. + Khối hiển thị có chức năng hiển thị kết quả đo. Có thể hiển qua màn hình LCD, LED 7 đoạn hoặc LED đơn - Khối Reset. + Khối có chức năng reset lại hệ thống, giúp hệ thống làm việc từ đầu. - Khối nguồn. + Cung cấp điện cho các khối trong sơ đồ. 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ. Khi có khối lượng tác động vào hệ thống thì khối cảm biến có nhiệm vụ phát hiện và gửi tín hiệu về ADC để ADC làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự về tín hiệu số sau đó chuyển cho khối Vi Điều Khiển xử lý. Khi khối Vi Điều Khiển xử lý xong thì nó đưa kết quả xử lý ra ngoài khối hiển thị. GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 9 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng 2.2 Thiết kế hệ thống. 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý. Hình 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 2.2.2 Giải thích các khối. • Module khối điều khiển. Hình 2.2.2 Module điều khiển GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 10 [...]... ]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x 80, 0x 90 };//Anot chung unsigned char dv,ch,tr,ng; void HienThi(int16 kl) //khai bao bien //khoi tao ham HienThi co tham so truyen vao kl { dv=((kl% 10 0 0)% 10 0 )% 10 ; // hang don vi ch=((kl% 10 0 0)% 10 0 )/ 10 ; // hang chuc tr=(kl% 10 0 0)/ 10 0 ; ng= kl/ 10 0 0; // hang tram // hang nghin //Thuc hien quet led xuat (so[ng]);output_high(Pin_d0); delay_ms( 10 ) ;output_low(Pin_d0);... bao gồm: TMR0 (địa chỉ 01 h, 10 1 h): chứa giá trị đếm của Timer0 - INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10 Bh, 18 Bh): cho phép ngắt hoạt động (GIE và PEIE) OPTION_REG (địa chỉ 81h, 18 1h): điều khiển prescaler *Timer 1 - Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong hai thanh ghi (TMR1H:TMR1L) Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF (PIR1 ) Bit điều khiển của Timer1 sẽ là TMR1IE (PIE ) - Tương... nhúng Chương 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3 .1 Sơ đồ giải thuật 3 .1. 1 Hiển thị Led Hình 3.2 .1. 1 Thuật toán hiển thị led 3 .1. 2 Sơ đồ giải thuật Hình 3.2.2 .1 Thuật toán chương trình Main GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 25 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng 3.2 Mã nguồn #include #device ADC= 10 //do phan giai 10 bit #include #use delay(clock= 800 000 0) //khai bao tao tre #define xuat output_b... đến Timer1 bao gồm: INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10 Bh, 18 Bh): cho phép ngắt hoạt động (GIE và PEIE) PIR1 (địa chỉ 0Ch): chứa cờ ngắt Timer1 (TMR1IF) PIE1( địa chỉ 8Ch): cho phép ngắt Timer1(TMR1IE) TMR1L (địa chỉ 0Eh): chứa giá trị 8 bit thấp của bộ đếm Timer1 TMR1H (địa chỉ 0Eh): chứa giá trị 8 bit cao của bộ đếm Timer1 T1CON (địa chỉ 10 h): xác lập các thông số cho Timer1 *TIMER2 Timer2 là bộ định thời... nhúng Điện trở Sử dụng điện trở có các giá trị như sau: 2 20 ,10 K ,1K Tụ điện - Tụ hóa: + 33pF cho mạch dao động + 10 4 cho mạch nguồn - Tụ 1 chiều: 10 F cho mạch ổn áp nguồn và phím bấm (reset và đặt thời gian) Thạch anh Hình 2.4.3.9 Thạch anh thực tế 20Mhz tạo giao động cho vi điều khiển Nút bấm (Button) Sử dụng loại có 1 cặp tiếp điểm thường mở IC ổn áp 7 805 Hình 2.4.3. 10 Sơ đồ chân của IC 7 805 - Điện. .. Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài - Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit - Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như: + Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 10 0 .00 0 lần + Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1 .00 0 .00 0 lần + Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm - Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm Nạp được chương... được điều khiển bởi bit TMR1CS (T1CON ) GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 18 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Hình 2.4.3.4 Sơ đồ khối của Timer1 Ngoài ra Timer1 còn có chức năng reset input bên trong được điều khiển bởi một trong hai khối CCP (Capture/Compare/PWM) Khi bit T1OSCEN T1CON) được set, Timer1 sẽ lấy xung clock từ hai chân C1/T1OSI/CCP2 và RC0/T1OSO/T1CKI làm xung đếm Timer1 sẽ bắt... TRISC và PORTC được gán giá trị 0 Khi clear bit T1OSCEN Timer1 sẽ lấy xung đếm từ oscillator hoặc từ chân RC0/T1OSO/T1CKI Timer1 có hai chế độ đếm là đồng bộ (Synchronous) và bất đồng bộ (Asynchronous) Chế độ đếm được quyết định bởi bit điều khiển (T1CON) Khi =1 xung đếm lấy từ bên ngoài sẽ không được đồng bộ hóa với xung clock bên trong, Timer1 sẽ tiếp tục quá trình đếm khi vi điều khiển... Timer0 cho phép ta lựa chọn xung clock tác động và cạnh tích cực của xung clock - Ngắt Timer0 sẽ xuất hiện khi Timer0 bị tràn Bit TMR0IE (INTCON) là bit điều khiển của Timer0 TMR0IE =1 cho phép ngắt Timer0 tác động, TMR0IF= 0 không cho phép ngắt Timer0 tác động Hình 2.4.3.3 Sơ đồ khối của timer0 - Muốn Timer0 hoạt động ở chế độ Timer ta clear bit TOSC (OPTION_REG), khi đó giá trị thanh ghi TMR0 sẽ... while (1) { int16 x=read_adc(); int16 sogam= 10 2 2-x; // doc gia tri dau ra adc // chuyen doi ve muc hien thi theo yc hienthi(sogam); if(sogam> 10 0 0) // hien thi so gam tuong ung //neu khoi luong vuot qua 10 0 0g { output_high(Pin_c7); delay_ms (1) ; //bao can da qua khoi luong cho phep hienthi(sogam); } output_low(Pin_c7); } } GVHD TH.S Tăng Cẩm Nhung 26 Bộ môn Tin Học Công Nghiệp Đồ án hệ thống nhúng Kết luận . tông từ 20kg đến 10 0 tấn. Khối lượng cân được: cân phân tích có khả năng cân từ 52g đến 210 g với mức độ chính xác từ 0. 000 1g đến 0. 000 01g, cân kỹ thuật từ 10 0 g đến 20kg; cân công nghiệp từ 30kg. 9 2 .1. 1 Chi tiết từng khối 9 2 .1. 2 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ 9 2.2 Thiết kế hệ thống. 10 2.2 .1 Sơ đồ nguyên lý 10 2.2.2 Giải thích các khối 10 2.3 Thiết kế kỹ thuật 12 2.3 .1 Sơ đồ callgraph 12 2.3.2. THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 4 1. 1 Giới thiệu về hệ thống cân điện tử 4 1. 2 Cơ chế hoạt động của hệ thống cân điện tử 5 1. 2 .1 Cấu trúc chung 5 1. 2.2 Nguyên lý hoạt động 5 1. 3 Giới thiệu về đề tài 5 1. 3.1