Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, khi công nghiệp tự động hóa ngày càng phát triển thì việc sử dụngmáy tính để điều khiển các hệ thống tự động đã trở nên rất phổ biến. Với mộtchiếc máy tính và một số thao tác chúng ta có thể điều khiển được cả một dâytruyền sản xuất tự động, các hệ thống đèn điện…Máy tính có thể giao tiếp với các thiết bị ngoài thông qua cổng RS232 ( cổngnối tiếp), cổng LPT ( cổng song song ), qua các khe cắm mở rộng ISA … Trongcông nghiệp thông dụng nhất hiện nay là sử dụng RS232 và LPT để máy tínhgiao tiếp với mạch ngoài. Ngôn ngữ lập trình được sử dụng có thể là VisualBasic, Turbo Pascan, hay ngôn ngữ lập trình C…Với kiến thức được học trên lớp và qua quá trình tìm tòi học hỏi chúng em đãthực hiện đồ án “Thiết kế mô hình đo và điều khiển nhiệt độ phòng sử dụng cổng nối tiếp ”Trong quá trình thiết kế chắc không thể tránh được những thiếusót, vì vậy chúng em rất mong nhận được sự nhận xét và đóng góp của thầy côgiáo.
Đồ án môn: Đo lường điều khiển máy tính Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Đồ án môn : Đề tài : Đo Lường Và Điều Khiển Bằng Máy Tính Đo Và Điều Khiển Nhiệt Độ Phòng Giáo viên hướng dẫn : Hùng Nhóm sinh viên thực : Nguyễn Văn Khoa Ngô Tấn Phát Hoàng Đăng Chiến Nguyễn Thanh Ngọc Trần Văn Thảnh Dương Văn Tùng Lớp : ĐH Điện CLC1-K7 Hà Nội 12/2015 Đo điều khiển nhiệt độ phòng Page Đồ án môn: Đo lường điều khiển máy tính LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghiệp tự động hóa ngày phát triển việc sử dụng máy tính để điều khiển hệ thống tự động trở nên phổ biến Với máy tính số thao tác điều khiển dây truyền sản xuất tự động, hệ thống đèn điện… Máy tính giao tiếp với thiết bị thông qua cổng RS232 ( cổng nối tiếp), cổng LPT ( cổng song song ), qua khe cắm mở rộng ISA … Trong công nghiệp thông dụng sử dụng RS232 LPT để máy tính giao tiếp với mạch Ngôn ngữ lập trình sử dụng Visual Basic, Turbo Pascan, hay ngôn ngữ lập trình C… Với kiến thức học lớp qua trình tìm tòi học hỏi chúng em thực đồ án “Thiết kế mô hình đo điều khiển nhiệt độ phòng sử dụng cổng nối tiếp ”Trong trình thiết kế tránh thiếu sót, chúng em mong nhận nhận xét đóng góp thầy cô giáo Chúng em xin chân thành cảm ơn! NHÓM SINH VIÊN Nguyễn Văn Khoa Ngô Tấn Phát Nguyễn Thanh Ngọc Trần Văn Thảnh Hoàng Đăng Chiến Dương Văn Tùng Đo điều khiển nhiệt độ phòng Page Đồ án môn: Đo lường điều khiển máy tính Mục lục CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU I.Đề tài II.Sơ đồ khối III.Chức khối CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Giao tiếp cổng nối tiếp máy tính 1.Giới thiêu cổng nối tiếp máy tính 2.Giới thiệu vi mạch Max232 II Giao tiếp cổng nối tiếp vi điều khiển AT89S52 1.Sơ đồ chức chip AT89S52 2.Chíp ADC0804 3.Cảm biến nhiệt độ LM35 III Phần mềm lập trình Visual basic 6.0 1.Truyền thông nối tiếp Visual basic Sự kiện OnComm CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG I Sơ đồ nguyên lí hệ thống 1.Mạch in 2.Mạch nguyên lý II Chương trình điều khiển 1.Lưu đồ thuật toán 2.Chương trình VB máy tính 3.Chương trình vi điều khiển AT89S52 CHƯƠNGIV : KẾT LUẬN *Ưu điểm: *Nhược điểm: Đo điều khiển nhiệt độ phòng Đồ án môn: Đo lường điều khiển máy tính Page CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU I Đề tài - Thiết kế mô hình đo điều khiển nhiệt độ phòng Chức hệ thống: + Hệ thống thực đo điều khiển giám sát nhiệt độ phòng + Máy tính cho phép đặt hiển thị nhiệt độ phòng II Sơ đồ khối KHỐI CHYỂN ĐỔI (ADC0804) KHỐI XỬ LÍ TRUNG TÂM (IC 89S52 ) KHỐI CHUYỂN ĐỔI: MAX232 MÁYTÍNH KHỐI CẢM BIẾN (LM35) KHỐI THIẾT BỊ ỨNG DỤNG NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG Đo điều khiển nhiệt độ phòng ( ĐIỀU HÒA, QUẠT…) Page Đồ án môn: Đo lường điều khiển máy tính III Chức khối - Máy tính: Phần mềm điều khiển giám sát thiết kế máy tính có chức gửi tín hiệu điều khiển qua cổng nối tiếp máy tính đến mạch điều khiển, đồng thời nhận tín hiệu trạng thái hoạt động thiết bị hiển thị giao diện phần mềm - Khối xử lí trung tâm: Có nhiệm vụ đọc tín hiệu điều khiển từ máy tính điều khiển thiết bị ứng dụng(điều hòa, quạt…), đồng thời gửi tín hiệu trạng thái hoạt động thiết bị lên máy tính - Các thiết bị ứng dụng: hoạt động dựa việc điều khiển khối - Khối cảm biến(LM35): Sử dụng để biến đổi đại lượng vật lí (nhiệt độ) thành tín điện để đưa tới xử lí trung tâm - Khối chuyển đổi ADC0804: dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự lấy từ khối cảm biến thành tín hiệu số để đưa vào vi điều khiển - Khối chuyển đổi Max232: Dùng để chuyển đối liệu song song sang liệu nối tiếp ngược lại, để tương thích với liệu máy tính vi điều khiển Đo điều khiển nhiệt độ phòng Page Đồ án môn: Đo lường điều khiển máy tính CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I Giao tiếp cổng nối tiếp máy tính Giới thiệu cổng nối tiếp máy tính Cổng nối tiếp RS-232 máy tính giao diện phổ biến rộng rãi Cổng gọi cổng COM (COM1,COM2…) cổng RS232 Chuẩn RS232 cho phép sử dụng đường truyền ngắn với tốc độ bít thấp Các tiêu chuẩn truyền thông đời sau RS-422, RS-449 hay RS-485 cho phép truyền với khoảng cách dài tốc độ bít cao Giống cổng máy in cổng nối tiếp sử dụng rộng rãi thuận tiện cho việc ghép nối máy tính với thiết bị ngoại vi khác Khoảng cách truyền cổng nối tiếp cải thiện so với cổng song song điện áp chênh lệch Đồ án môn: Đo lường điều khiển máy tính Bảng 1: Chức chân tín hiệu cổng nối tiếp Chân Kí hiệu Ý nghĩa DCD RXD TXD DTR GND DSR RTS CTS RI Data carrier detect- Phát tín hiệu mang liệu Receive data- Nhận liệu Transmit data – Truyền liệu Data terminal- Dữ liệu đầu cuôi sẵn sang Signal ground- Nối đất Data set ready- Dữ liệu sẵn sang nhận Request to send – Tín hiệu yêu cầu gửi Clear to send- Tín hiệu yêu cầu xóa để gửi tiếp Ring indicator- Báo chuông RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch dây dẫn đất Do từ đời mang vẻ lỗi thời chuẩn TTL, vấn sử dụng mức điện áp tương thích TTL để mô tả mức logic Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cố định giá trị trở kháng tải đấu vào bus phận trở kháng phát Mức điện áp tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) mô tả sau: + Mức logic : +3V , +12V + Mức logic : -12V, -3V T ham số đặc trưng cho trình truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 tốc độ truyền nhận liệu hay gọi tốc độ bit Tốc độ bit định nghĩa số bit truyền thời gian giây hay số bit truyền thời gian giây Tốc độ bit phải thiết lập bên phát bên nhận phải có tốc độ ( Tốc độ vi điều khiển máy tính phải chung tốc độ truyền bit) Ngoài tốc độ bit tham số để mô tả tốc độ truyền tốc độ Baud Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa liệu sử dụng để diễn tả bit truyền tôc độ bit phản ánh tốc độ thực tế mà bit truyền Vì phần tử báo hiệu mã hóa bit nên hai tốc độ bit tốc độ baud phải đồng Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Trong thiết bị Đây tham số đặc trưng RS232 Tham số đặc trưng cho trình truyền liệu qua cổng nối họ thường dùng tốc độ 19200 Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 yêu cầu sử dụng chuẩn thời gian chuyển mức logic không vượt 4% thời gian truyền bit Do vậy, tốc độ bit cao thời gian truyền bit nhỏ thời gian chuyển mức logic phải nhỏ Điều làm giới hạn tốc Baud khoảng cách truyền Truyền liệu qua cổng nối tiếp RS232 thực theo kiểu không Đồng bộ.Do nên thời điểm có bit truyền (1 kí tự) Bộ truyềngửi bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho nhận biết kí tự gửi đến lần truyền bit Bit bắt đầu mức Tiếp theo bit liệu (bits data) gửi dạng mã ASCII( 5,6,7 hay8 bit liệu) Sau Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) cuối bit stop 1, 1,5 hay bit dừng 4) Các mức điện áp đường truyền Vi mạch MAXIM vi mạch giao diện nối Chúng có nhiệm vụ lối vào thành 10V phía truyền mức +3 => +15V -3=>-15V thành mức TTL phía nhận Giới thiệu vi mạch Max 232 MAX 232 hãng chuyên dùng tiếp với máy tính chuyển đổi mức TTL mức +10V – Vi mạch MAX 232 có hai đệm hai nhận Đường dẫn điều khiển lối vào CTS, điều khiển việc xuất liệu cổng nối tiếp cần thiết, nối với chân vi mạch MAX 232 Còn chân RST (chân 10 vi mạch MAX ) nối với đường dẫn bắt tay để điều khiển trình nhận Thường đường dẫn bắt tay nối với cổng nối tiếp qua cầu nối, để không dùng đến hở mạch cầu Cách truyền liệu đơn giản dùng ba đường dẫn TxD, RxD GND (mass) Sơ đồ chân vi mach Max232 II Giao tiếp cổng nối tiếp vi điều khiển AT89S52 Tổng quan IC AT89S52 1.1 Giới thiệu Họ vi điều khiển 8051(còn gọi họ C51) họ vi điều khiển thông dụng Đây vi điều khiển 8bits sản xuất theo công nghệ CMOS, số loại vi điều khiển thuộc họ 8051 thông dụng kể như: AT989S52(40 chân), AT89S51(40 chân) , AT89C51(40 chân), AT89C52(40 chân) Trong chương trình môn học tập chung nghiên cứu vi điều khiển AT89S52.Đây vi điều khiển thông dụng, giá rẻ có nhiều chức hay đặc biệt tích hợp sẵn nạp chíp giúp sinh viên dễ dàng thực thí nghiệm với chi phí thấp Cũng chương trình môn học ngôn ngữ sử dụng để lập trình ngôn ngữ C Họ vi điều khiển AT89S52 bao gồm : - kbyte ROM kiểu Flash(được lập trình nhà sản xuất có 8051) - 256 byte RAM - port I/0 bit - định thời 16 bít - cổng nối tiếp - nguồn ngắt 1.2 Kiến trúc phần cứng họ vi điều khiển 8051(AT89S52) Bộ vi điều khiển AT89S52 gồm khối chức sau Bộ xử lí trung tâm ( CPU:central processing unit) bao gồm: • - Thanh ghi tich lũy A - Thanh ghi tích lũy phụ B,dùng cho phép nhân phép chia; - Đơn vị số học (ALU: arithmetic logical unit) - Thanh ghi trạng thái chương trình (PSW: Program status word) - Bốn băng ghi - Con trỏ ngăn xếp • Bộ nhớ chương trình (bộ nhớ Rom ) gồm kbyte Flash • Bộ nhớ dữ liệu (bộ nhớ Ram) gồm 256 byte • Bộ UART có chức truyền nhận nối tiếp , AT89S52 giao tiếp với cổng máy tính thông qua bộ UART • bộ timer/counter 16 bit thực hiện chức định thời đếm kiện • WDM(Watch dog time): WDM dùng để phục hồi lại hoạt động CPU bị treo nguyên nhân • Khối điều khiển ngắt với nguồn ngắt nguồn ngắt • Bộ lập trình • Bộ chia tần với hệ số chia 12 • cổng xuất nhập với 32 chân - Biểu tượng MsComm thuộc tính mô tả sau: Settings: Xác định tham số cho cổng nối tiếp Cú pháp: MSComm1.Settings = ParamString MSComm1: tên đối tượng ParamString: chuỗi có dạng sau: "BBBB,P,D,S" BBBB: tốc độ truyền liệu (bps) giá trị hợp lệ là: 110 2400 38400 300 9600(mặc định) 56000 600 14400 188000 1200 19200 256000 P: kiểm tra chẵn lẻ, với giá trị: Giá trị Mô tả O Kiểm tra lẻ E Kiểm tra chẵn M Luôn S Luôn N Không kiểm tra D: số bit liệu (4, 5, 6, hay 8), mặc định bit khung truyền S: số bit stop (1, 1.5, 2) CommPort: Xác định số thứ tự cổng truyền thông, cú pháp: MSComm1.CommPort = PortNumber PortNumber giá trị nằm khoảng từ đến 99, mặc định PortOpen: Đặt trạng thái hay kiểm tra trạng thái đóng / mở cổng nối tiếp.Cú pháp: MSComm1.PortOpen = True / False Giá trị xác định True thực mở cổng False để đóng cổng đồng thời xoá nội dung đệm truyền, nhận Các thuộc tính nhận liệu: Input: nhận chuỗi ký tự xoá khỏi đệm Cú pháp: InputString = MSComm1.Input Thuộc tính kết hợp với InputLen để xác định số ký tự đọc vào Nếu InputLen = đọc toàn liệu có đệm Các thuộc tính xuất liệu: Bao gồm thuộc tính Output, chức thuộc tính giống thuộc tính nhập.VD: MSComm1.Output=giá trị cần xuất CommEvent: Trả lại kiện xảy cổng nối tiếp sau: Sự kiện Giá trị Mô tả ComEvSend Đã truyền ký tự ComEvReceive Khi có ký tự đệm nhận ComEvCTS Có thay đổi CTS (Clear To Send) ComEvDSR ComEvCD Có thay đổi DSR (Data Set Ready ) Có thay đổi CD (Carrier Detect) ComEvRing Phát chuông ComEvEOF Nhận ký tự kết thúc file Sự kiện OnComm Sự kiện OnComm xảy giá trị thuộc tính CommEvent thay đổi Các thuộc tính RThreshold SThreshold = cho phép kiện OnComm thực nhận hay gửi liệu CHƯƠNG III.THIẾT KẾ HỆ THỐNG I Sơ đồ nguyên lí hệ thống Mạch nguyên lý: II Mạch in Chương trình điều khiển Lưu đồ thuật toán: start Khởi tạo các biến Đọc dữ liệu từ adc T>50oC S Đ Delay hiển thi Giảm Nhiệt Đô END Stop Delay Khởi tạo các biến i, j Dừng chương trình Lưu Giá tri to Thiết lập quan hệ toán học Hiển Thi Chương trình VB máy tính Chương trình điều khiển máy tính viết phần mềm visual basic 6.0 có giao diện sau: • Chương trình chạy VB: Option Explicit Dim i As Integer Private Sub Command1_Click() MSComm1.Output = "1" End Sub Private Sub Command5_Click() End End Sub Private Sub Form_Load() Label1.Caption = "CHUONG TRINH GIAM SAT NHIET DO" & Chr(13) & "TRONG TOA NHA DUNG LM35" temp.Text = "" shp_warning.BackColor = vbWhite temp.Enabled = False If temp.Text = "" Then canhbao.Caption = "Ban chua ket noi voi he thong dieu khien" End If With MSComm1 Settings = "9600,N,8,1" CommPort = RThreshold = SThreshold = InputMode = comInputModeText InputLen = Handshaking = comNone InBufferSize = 1024 OutBufferSize = 1024 If PortOpen = False Then PortOpen = True End If End With End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() Dim Buffer As Variant If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then temp.Text = MSComm1.Input canhbao.Caption = "" End If End Sub Private Sub Timer1_Timer() lbltime.Caption = Time$ Select Case Val(temp.Text) Case Is < 15 i=i+1 If i Mod = Then shp_warning.BackColor = vbWhite Label3.Caption = "Nhiet qua thap" Else shp_warning.BackColor = vbBlue End If Case Is > 50 i=i+1 If i Mod = Then shp_warning.BackColor = vbWhite Label3.Caption = "Nhiet qua cao" Else shp_warning.BackColor = vbRed End If End Select End Sub Chương trình vi điều khiển #include sbit ADC_INTR=P3^5; sbit ADC_WR=P2^7; sbit ADC_RD=P3^2; sbit led0=P3^3; sbit led1=P3^4; sbit led2=P3^6; #define sang #define tat unsigned char c,t; unsigned char n=1; char chuc,dv,a,b; unsigned char M[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; void delay_us(unsigned int us) { while(us ); } void delay(int ms) { int i,j; for(i=0;i[...]... nhiều chế độ khác nhau Chức năng chủ yếu của cổng nối tiếp là thực hiện chuyển đổi song song sang nối tiếp và ngược lại 1.5.2 Các thanh ghi của cổng nối tiếp • Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp Bit Kí hiệu Địa chỉ Mô tả SCON.7 SM0 9FH Bit 0 c họn chế độ cho port nối tiếp SCON.6 SM1 9EH Bit 1 chọn chế độ cho port nối tiếp SM0SM1=00 chế độ 0 SM0SM1=01 chế độ 1 SM0SM1=10 chế độ 2 SM0SM1=11 chế độ 3 SCON.5... RCLK=1 timer 2 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp thời RCKL=0 timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp T2CON.4 TCLK CCH Bít chọn timer cung cấp xung nhịp cho đường truyền của cổng nối tiếp TCLK=1 timer 2 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp chế của TCKL=0 timer 1 cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp và T2CON.3 EXEN2 0 0 là T2CON.2 TR2 CBH Bít điều khiển hoạt động của timer 2 Khi EXEN2=1... bằng 1 bởi phần cứng khi kết thúc việc nhận 1 kí tự RI được xóa bằng phần mềm Thanh ghi đệm truyền nhận ở cổng nối tiếp Thanh ghi này có chức năng đệm các kí tự khi chúng được nhận về từ cổng nối tiếp hoặc truyền đi từ cổng nối tiếp việc truyền nhận qua cổng nối tiếp thực chất là việc truy xuất thanh ghi này 1.5.3 Các chế độ hoạt động • Chế độ 0 Chế độ 0 là chế độ mà cổng nối tiếp được dùng như 1 thanh... không sử dụng để cung cấp tốc độ baud cho cổng nối tiếp CAH Bít điều khiển hoạt động của timer 2 13 bit của chế độ bộ định 1.Các độ ngắt timer 0 timer 1 Chế độ Chế độ chế độ (8bit T2CON.1 C/#T2 C9H Bít chọn chế độ đếm hoặc định thời của timer 2 bit TL) 1.4.3 TH và 5 cao của T2CON.0 CP/#RL2 C8H Bit chọn chế độ thu nhận hay nạp lại của timer 2 chứa giá trị đếm, 3 bit thấp của TL không được sử dụng Nguồn... bộ timer 0 và timer 1 có 4 chế độ hoạt động, timer 2 có 3 chế độ hoạt động Các bộ định thời dùng để định khoảng thời gian, đếm sự kiện xảy ra bên ngoài hoặc tạo tôc độ baud cho cổng nối tiếp 1.4.2 Các thanh ghi định thời 1 Thanh ghi của Timer 0 và Timer 1 • Thanh ghi chế độ định thời TMOD • Thanh ghi điều khiển TCON Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho Timer 0 và Timer 1... 2 hoạt động như một timer 16 bit tự nạp lại Giá trị nạp lại được chứa trong RCAP2Hvaf RCAP2L Sự kiện nạp lại khi - Xảy ra tràn khi có sự chuyển số đếm tư FFFFH đên 0 - Có sự chuyển từ mức 1 xuống mức 0 Chế độ tạo tốc độ baud cho cổng nối tiếp: Timer 2 có thể dùng để tạo tốc độ baud cho cổng nối tiếp trong thanh T2CON 1.5 Cổng nối tiếp 1.5.1 Giới thiệu AT89S52 có một cổng nối tiếp có thể hoạt động ở... tần số 12Mhz và các tụ ổn định 33pF 10 VCC, GND : AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4v-5v được cung cấp qua 2 chân 40 và 20 1.4 Hoạt động định thời 1.4.1 Giới thiệu Các bộ định thời được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lường và điều khiển Có thể coi một bộ định thời là 1 bộ đếm n bit được tạo ra bởi n flip-flop mắc nối tiếp với nhau Đầu vào của bộ định thời là đầu vào của flip-... Các chế độ ngắt của timer 2 Chế độ tự thu nhận: Khi CP/#RL2=1 chế độ thu nhận của timer 2 được chọn bởi bit EXEN2 Xung clock cũng được lấy phụ thuộc vào C/#T2 Điều khiển hoạt động của timer 2 là bit TR2 Giá trị đếm được chứa trong TH2 và TL2 khi xảy ra tràn TF2 được đặt bằng 1 Giá trị hiện thời của timer 2 nằm trong TH và TL sẽ được chuyển tương ứng vào RCAP2H và RCAP2L Chế độ nạp lại : Chế độ này... Tốc độ baud có thể dùng timer 1 hoặc timer2 hoặc dung cả 2 timer nếu muốn nhận tốc độ khác nhau Chế độ 2 • Ở chế độ 2, cổng nối tiếp được dùng như 1 bộ UART 9 bit, 1 khung truyền sẽ gồm 11 bit, 8 bit dữ liệu, 1 bit start, 1 bit stop và bit dữ liệu thứ 9 chế độ này thường dùng khi cần chèn thêm bit kiểm tra chẵn lẻ vào trong khung truyền để giảm bit lỗi đường truyền Chế độ 3 • Chế độ 3 là sự kết hợp... truyền Chế độ 3 • Chế độ 3 là sự kết hợp giữa chế độ 1 và chế độ 2 Nghĩa là cổng nối tiếp hoạt động như bộ UART 9 bit và tốc độ baud UART la giống như chế độ 1 1.6 Hoạt động ngắt 1.6.1 Tổ chức ngắt AT89S52 At89S52 gồm 6 nguồn ngắt: Ngắt ngoài INT0; Ngắt ngoài INT1; Ngắt do bộ timer 0; Ngắt do bộ timer 1; Ngắt do bộ timer 2; Ngắt do port nối tiếp; Thanh ghi cho phép ngắt IE(interrupt enable)