Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Thu thập dữ liệu nhiệt độ môi trường trên cở sở dùng vi điều khiển PIC18F458
Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tínhLỜI CẢM ƠNLời đầu tiên của bản khóa luận này cho phép em được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới PGS. TS Ngô Diên Tập, người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong suốt thời gian em làm khóa luận.Em xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô giáo trong Trường Đại học Công Nghệ - ĐHQGHN đã chỉ bảo, dạy dỗ và cung cấp những kiến thức cơ bản và chuyên môn trong suốt 4 năm qua và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành bản khóa luận này.Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên em hoàn thành khóa luận này.Xin chúc thầy cô giáo và các bạn sức khỏe, hạnh phúc.Hà nội, tháng 05 năm 2008Sinh viên: Nguyễn Văn CườngTrường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 1 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tínhTÓM TẮT NỘI DUNGKhóa luận đã xây dựng được hệ thống thu thập số liệu đo lường trên cở sở dùng vi điều khiển PIC18F458. Với ứng dụng cụ thể là thu thập dữ liệu nhiệt độ môi trường. Hệ thống được xây dựng dựa trên việc kết hợp nhiều khối thiết bị ngoại vi khác, bao gồm bàn phím PS/2 cho phép nhập dữ liệu có thể là địa điểm của khu vực đặt hệ thống.v.v., đồng hồ thời gian thực dựa trên vi mạch DS1307 cho phép cập nhật thời gian cho hệ thống với đồng hồ này thông chỉ cần cài đặt một lần đồng hồ sẽ chạy cho tới khi không còn một nguồi nuôi nào, khối giao tiếp thẻ nhớ MMC lưu trữ tất cả dữ liệu mà người sử dụng cần với mục đích sử dụng hệ thống ví dụ địa điểm đặt hệ thống, thông tin về nhiệt độ đo được cập nhật cùng thời gian của hệ thống, và cuối cùng là khối hiển thị dùng LCD 16 cột 2 dòng hiển thị cùng lúc 32 ký tự, thể hiện những thông tin người thiết lập hệ thống muốn thông báo trong quá trình kiểm tra hoặc khi sử dụng…. Tất cả hệ thống được lắp ráp trên một bo mạch tương đối nhỏ gọn. Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 2 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tínhMỤC LỤCTrường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 3 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tínhCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU1.1 Tổng quan về hệ thống đo lường và điều khiển.Hệ thông đo lường và điều khiển là một hệ thống tập hợp các thiết bị kỹ thuật có cùng một nhiệm vụ, cùng một thuật toán chức năng làm sao để thu nhận được thông tin, biến đổi nó, gia công và chuyển nó thành một dạng mà con người có thể thu nhận được và đưa đến bộ điều khiển.Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thốngĐể có một hệ thống đo đạt hiệu quả và phù hợp với công việc thì việc thiết kế một mô hình ban đầu rất quan trọng nó ảnh hưởng đến toàn bộ công việc sau này của chúng ta.Trong thực tế có nhiều mô hình cấu trúc như là mô hình nối tiếp, mô hình song song, mô hình nối tiếp song song.v.v Mỗi mô hình được ứng dụng trong từng trường hợp nhưng tùy thuộc vào yêu cầu của công việc chúng ta phải lựa chọn một mô hình cho phù hợp. Yêu cầu về một hệ thống đo và thu thập thông tin trong công nghiệp là cần phải đạt độ chính xác cao, khả năng đo được nhiều kênh, có thể kết nối được với nhiều thiết bị khác, Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 4 Nguyễn Văn Cường_K49ĐThiết bị thu nhận và đoThiết bị gia công và biến đổi thông tin đoThiết bị lưu trữ thông tin đoThiết bị thể hiện thông tin đoBộ điều khiểnĐối tượngnghiên cứuNgười quan sát Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tínhlượng dữ liệu lưu trữ được trong quá trình đo phải lớn để có thể đánh giá được sự biến đổi của đối tượng trong một thời gian dài từ đo đưa ra được những phương án điều khiển phù hợp.1.2 Hệ thống đo lường nhiệt độ.Hình 1.2: Sơ đồ khối của hệ thống đo lường nhiệt độ. Khóa luận đã khảo sát đối tượng là nhiệt độ môi trường. Một sensor nhiệt độ được sử dụng với mục đích cảm nhận. Đầu ra là giá trị điện áp tùy thuộc vào sự biến đổi của đối tượng, được đưa vào bộ biến đổi ADC chuyển thành các giá trị số. Tiếp tục vi điều khiển đảm nhận làm nhiệm vụ tính toán và xử lý, kết quả của quá trình này được hiển thị thông qua LCD để quan sát. Trong khóa luận này đã ứng dụng thêm mạch giao tiếp với thẻ nhớ MMC qua đó ta có thể lưu trữ nhiều giá trị nhiệt độ đo được mà ít phải quan tâm đến việc đầy bộ nhớ như việc ghép nối với các EPROM truyền thống. Thêm một lợi điểm nữa của việc dùng thẻ nhớ là ta có thể tháo lắp và đọc các giá trị đã ghi được một cách rất đễ dàng.Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 5 Nguyễn Văn Cường_K49ĐMôi trườngSensorLM35Vi điều khiển PICHiển thị LCDMMCLấy mẫuĐồng hồ thời gian thựcBàn phím Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tínhKhông chỉ là đo nhiệt độ hiển thị, và lưu giá trị nhiệt độ. Khóa luận đã phát triển thêm các giao tiếp với bàn phím PS/2 và đồng hồ thời gian thực. Với ghép nối PS/2 cho phép ta nhập các dữ liệu, thông tin về địa điểm đặt đầu đo, thông tin về hệ thống.v.v Còn đồng hồ sẽ cho biết thông tin về thời gian mà nhiệt độ được đo. Tất cả dữ liệu nhập từ bàn phím và thông tin về thời gian cũng như nhiệt độ đo được sẽ được lưu vào thẻ nhớ. Với một hệ thống với nhiều đầu đo đặt tại nhiều vị trí hoặc khi triển khai hệ thống trên một phạm vi rộng, thì việc kết hợp những giao tiếp như trên sẽ rất có lợi cho việc quản lý và giám sát các thiết bị.=================================================Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 6 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tínhCHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F4582.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC.Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM, . Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, bản thân em đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: • Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam. • Giá thành không quá đắt. • Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập. • Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051. Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC. Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi. Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,… Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp… Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng được phát triển.Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 7 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tính2.1.1 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC18F458.Hình 2.1: Sơ đồ chân vi điều khiển PIC18F458.2.1.2 Một vài thông số về vi điều khiển PIC18F458.2.1.2.1 CPU theo kiến trúc RISC• Bộ nhớ chương trình 32 Kbyte.• Bộ nhớ dữ liệu (RAM) 1536 Byte.• Hệ thống có thể hoạt động với tốc lên tới 10 triệu lênh trên giây.• Tần số thạch anh tối đa là 40 MHz.• Các lệnh có độ dài 16 bit và các đường dữ liệu rộng 8 bit.• Có các mức độ ưu tiên ngắt khác nhau.2.1.2.2 Các đặc tính ngoại vi.• Dòng sinh cao khoảng 25 mA.• Có 3 chân ngắt ngoài.• Khối Timer0 có thể là 8 bit hoặc 16 bit timer/counter với bộ chia tần 8 bit.• Khối Timer1 là 16 bit timer/counter.Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 8 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tính• Khối Timer2 8 bit timer/counter vói thanh ghi chu kỳ 8 bit (ứng dụng với PWM).• Khối Timer3 16 bit timer/counter.• Các khối Capture/Compare/PWM.• Truyền dữ liệu nối tiếp đồng bộ với khối o SPI 3 đường dây, hỗ trợ cả 4 chế độ SPIo I2C cho cả chế độ Master và Slave.• Khối UART truyền dữ liệu nối tiếp.• 8 kênh chuyển đổi AD 10 bit.2.2 Các ứng dụng được sử dụng trong khóa luận.2.2.1 Bộ chuyển đổi tương tự số ADC.ADC (Analog to Digital Converter) là bộ chuyển đổi tín hiệu giữa hai dạng tương tự và số. PIC18F458 có 8 ngõ vào analog (RA4:RA0 và RE2:RE0). Hiệu điện thế chuẩn VREF có thể được lựa chọn là VDD, VSS hay hiệu điện thể chuẩn được xác lập trên hai chân RA2 và RA3. Kết quả chuyển đổi từ tín tiệu tương tự sang tín hiệu số là 10 bit số tương ứng và được lưu trong hai thanh ghi ADRESH:ADRESL. Khi không sử dụng bộ chuyển đổi ADC, các thanh ghi này có thể được sử dụng như các thanh ghi thông thường khác. Khi quá trình chuyển đổi hoàn tất, kết quả sẽ được lưu vào hai thanh ghi ADRESH:ADRESL, bit GO/DONE (ADCON0<2>) được xóa về 0 và cờ ngắt ADIF được thiết lập.Qui trình chuyển đổi từ tương tự sang số bao gồm các bước sau: 1.Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADC: • Chọn ngõ vào analog, chọn điện áp mẫu (dựa trên các thông số của thanh ghi ADCON1) • Chọnh kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0). • Chọnh xung clock cho kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0). • Cho phép bộ chuyển đổi AD hoạt động (thanh ghi ADCON0). 2.Thiết lập các cờ ngắt cho bộ AD • Clear bit ADIF. • Set bit ADIE. Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 9 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thuật máy tính• Set bit PEIE. • Set bit GIE. 3.Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hoàn tất. 4.Bắt đầu quá trình chuyển đổi (set bit GO/DONE). 5.Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách: • Kiểm tra bit GO/DONE. Nếu = 0, quá trình chuyển đổi đã hoàn tất. • Kiểm tra cờ ngắt. 6.Đọc kết quả chuyển đổi và xóa cờ ngắt, set bit GO/DONE (nếu cần tiếp tục chuyển đổi). 7.Tiếp tục thực hiện các bước 1 và 2 cho quá trình chuyển đổi tiếp theo.Hình 2.2: Cách lưu kết quả chuyển đổi AD.Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 10 Nguyễn Văn Cường_K49Đ [...]... ghi đệm cho thanh ghi dịch dữ liệu SSPSR Thanh ghi SSPADD chứa địa chỉ của thiết bị ngoại vi cần truy xuất dữ liệu của I2C khi hoạt động ở Slave mode Khi hoạt động ở Master mode, thanh ghi SSPADD chứa giá trị tạo ra tốc độ baud cho xung clock dùng để truyền nhận dữ liệu Trong quá trình nhận dữ liệu, sau khi nhận được 1 byte dữ liệu hoàn chỉnh, thanh ghi SSPSR sẽ chuyển dữ liệu vào thanh ghi SSPBUF Thanh... trong khoảng nhiệt độ -55 đến 150oC • Điện thế cung cấp có thể từ 4-30V • Dòng tiêu thụ nhỏ hơn 60mA • … 3.3.2 Sơ đồ ghép nối với vi điều khiển Với ứng dụng trong đề tài chỉ là khảo sát nhiệt độ môi trường Kết hợp với điều kiện khí hậu của Vi t Nam vi c giá trị nhiệt độ nhỏ hơn 0 oC là hiếm gặp do vậy em đã chọn cách mặc LM35 cụ thể như sau: Vcc (+5V) Hình 3.2: Ghép nối LM35 với vi điều khiển 3.3.3... 1/0 4.5 Mạch điều khiển bàn phím i8042 Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 28 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thu t máy tính Một vi điều khiển intel 8042 hoặc tương thích sẽ được sử dụng trong mạch điều khiển bàn phím của máy tính Với những máy tính hiện nay những vi điều khiển loại này được tích hợp trên chipset của bo mạch chính Tùy thu c vào bo mạch chủ mà mạch điều khiển bàn phím... với PS/2 Ngày nay cả chuột PS/2 cũng được hỗ trợ luôn trên bo mạch chính Khi đó 8042 cũng đảm nhận luôn cả vi c điều khiển chuột 4.6 PIC điều khiển bàn phím Trong khóa luận sử dụng vi điều khiển PIC làm mạch điều khiển bàn phím theo chuẩn PS/2 Tuy đây không phải là loại IC chuyên dụng dùng điều khiển bàn phím tuy nhiên nó hoàn toàn đảm nhận được vi c này, khi ta thực hiện được đúng ghép nối phần cứng... Điện tử và kỹ thu t máy tính 5.4 Truyền dữ liệu theo chuẩn I2C Tuỳ thu c vào bit R/W mà có 2 loại truyền dữ liệu sẽ được thực thi: Hình 5.4: Truyền tín hiệu trên 2 đường dây Truyền dữ liệu từ master tới slave : Master sẽ truyền byte đầu tiên là địa chỉ của slave Tiếp sau đó là các byte dữ liệu Slave sẽ gửi lại bit thông báo đã nhận được (bit acknowledge) sau mỗi byte dữ liệu nhận được Dữ liệu sẽ truyền... đo nhiệt độ khác nhau Chất lượng và số lượng sản phẩm sản xuất được đều có liên quan tới nhiệt độ, nhiều trường hợp phải đo nhiệt độ để đảm bảo cho yêu cầu thiết bị và cho quá trình sản xuất Hiện nay yêu cầu đo chính xác nhiệt độ từ xa cũng là một vi c rất có ý nghĩa đối với sản xuất và nghiên cứu khoa học 3.2 Cảm biến nhiệt độ LM35 Trong đề tài này ứng dụng cụ thể một loại sensor để khảo sát nhiệt độ. .. sử nhiệt độ môi trường là 25oC như trên, khi đó điện áp chân 2 của LM35 so với đất sẽ là 0,25V Từ đây tính ra được giá trị mức trên thang ADC 10 bit nhận được Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 18 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thu t máy tính là: (1023 * 0,25)/5 =~ 51 Từ đây ta dễ dàng tính được ngược lại nhiệt độ môi trường khi đọc được giá trị ADC qua bộ biến đổi AD của PIC Và nhiệt. .. mode Trên đây là những tóm lược về vi điều khiển PIC18F458 và các ngoại vi của nó được ứng dụng trong khóa luận Các modul được dùng sẽ được nói rõ hơn ở các chương tiếp theo với các ứng dụng cụ thể =================================================== Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN 16 Nguyễn Văn Cường_K49Đ Khóa luận tốt nghiệp Điện tử và kỹ thu t máy tính CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ VI MẠCH LM35 3.1 Nhiệt. .. sẽ xảy ra khi quá trình dịch dữ liệu hoàn tất Tuy nhiên dữ liệu trước khi được đưa ra ngoài phải được cho phép bởi tín hiệu từ chân RA5/SS Chân này đóng vai trò chọn đối tượng giao tiếp khi SPI ở chế độ Slave mode Khi quá trình truyền nhận dữ liệu đang diễn ra, ta không được phép ghi dữ liệu vào thanh ghi SSPBUF Thao tác ghi dữ liệu này sẽ set bit WCON (SSPCON) Một điều cần chú ý nữa là thanh ghi... (SSPCON) MSSP bao gồm một thanh ghi dịch dữ liệu SSPSR và thanh ghi đệm dữ liệu SSPBUF Hai thanh ghi này tạo thành bộ đệm dữ liệu kép (doubled-buffer) Dữ liệu sẽ được dịch vào hoặc ra qua thanh ghi SSPSR, bit MSB được dịch trước Đây là một trong những điểm khác biệt giữ hai giao diện MSSP và USART (USART dịch bit LSB trước) Trong quá trình nhận dữ liệu, khi dữ liệu đưa vào từ chân RC4/SDI/SDA trong thanh . dựng được hệ thống thu thập số liệu đo lường trên cở sở dùng vi điều khiển PIC18F458. Với ứng dụng cụ thể là thu thập dữ liệu nhiệt độ môi trường. Hệ thống. tử và kỹ thu t máy tínhCHƯƠNG 2: VI ĐIỀU KHIỂN PIC18F4582 .1 Tổng quan về vi điều khiển PIC.Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như
