Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài cân điện tử dành cho thực tập công nhân. Có code, sơ đồ mạch đầy đủ. Báo cáo được 9.510 điểm học phần. Hiện nay, cân điện tử đã trở thành 1 phần không thể thiếu trong đời sống hằng ngày của mọi người.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ BÁO CÁO THỰC TẬP CÔNG NHÂN 2 CDT ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CÂN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG 2 LOADCELL 1 LỜI NÓI ĐẦU Thực tập công nhân 2 CĐT chính là môn học nằm trong chương trình năm 3 của chuyên ngành kỹ thuật Cơ điện tử của trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng Trong 2 tuần thực tập sinh viên sẽ thực hiện một Project nhỏ liên quan đến ứng dụng Vi điều khiển PIC16F887 và các cảm biến đi kèm phụ thuộc vào đề tài mà nhóm thực hiện Hiện nay, ngành công nghiệp điện tử đang phát triển với tốc độ cực nhanh Các thiết bị điện tử nói chung hay các thiết bị sử dụng Vi điều khiển nói riêng dường như được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống, giúp con người giải quyết các vấn đề một cách nhanh chóng và hiệu quả Với kỳ thực tập này nhóm quyết định chọn đề tài “ Thiết kế cân điện tử sử dụng 2 con loadcell” để áp dụng các kiến thức đã học từ các môn như Kĩ thuật Vi điều khiển, Cảm biến công nghiệp,… làm ra một sản phẩm cụ thể Trong quá trình thực tập sinh viên còn có thể rèn luyện khả năng thiết kế mạch điện tử với phần mềm Proteus, lập trình Vi điều khiển với CCS hay tự rửa mạch, hàn mạch, xây dựng mô hình sản phẩm…cũng như khả năng làm việc nhóm Vì trình độ còn hạn hẹp, chưa chuyên sâu nên quá trình thực tập nhóm sinh viên chắc chắn vẫn còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến và sự cảm thông của giảng viên hướng dẫn Nhóm sinh viên xin chân thành Cảm ơn thầy ThS Nguyễn Lê Minh đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình thực tập cũng như tạo ra sản phẩm Nhóm sinh viên thực hiện 2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 1 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 4 2.GIỚI THIỆU VỀ PIC VÀ CÁC LINH KIỆN CHÍNH 4 2.1 Giới thiệu về Vi điều khiển PIC16F887 4 a) Sơ lược về Vi điều khiển PIC16F887 4 b) Sơ đồ chân Vi điều khiển PIC16F887 5 c) Cấu trúc cơ bản của PIC16F887 6 d) Đặc điểm chính của PIC16F887 6 2.2 Giới thiệu về Loadcell thanh 10kg 8 a) Giới thiệu về Loadcell 8 b) Cấu tạo Loadcell 9 c) Nguyên lý hoạt động .9 c) Thông số kỹ thuật: 10 d) Sơ đồ đấu dây: 10 2.3.Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711: 10 2.4 LCD 16x2 .11 3 GIỚI THIỆU VỀ CÂN ĐIỆN TỬ 13 3.1 Giới thiệu : 13 3.2 Hướng dẫn sử dụng 14 4 SƠ ĐỒ MẠCH VÀ BẢN VẼ 3D .15 4.1 Mạch nguyên lý 15 4.2 Mạch PCB 16 4.3 Mô hình 3D 17 5 CODE 19 6 ĐÁNH GIÁ TÍNH CHÍNH XÁC VÀ .22 NGUYÊN NHÂN GÂY SAI SỐ 22 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 3 1 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Thiết kế cân điện tử với các yêu cầu như sau Sử dụng Vi điều khiển PIC16F887 Sử dụng 2 Loadcell Sử dụng Modul HX711 Hiển thị giá trị lên LCD Ứng dụng : Dùng để cân các vật có khối lượng < 10kg và hiển trị giá trị đó lên màn hình LCD 2.GIỚI THIỆU VỀ PIC VÀ CÁC LINH KIỆN CHÍNH 2.1 Giới thiệu về Vi điều khiển PIC16F887: a) Sơ lược về Vi điều khiển PIC16F887: Vi điều khiển PIC16F887 là vi điều khiển 8 bit được thiết kế theo công nghệ CPU RSIC cho công suất tối đa với điện năng tiêu thụ thấp Có tổng cộng 40 chân và có nhiều gói chân đáp ứng yêu cầu mạch nhỏ gọn và hiện đại PIC16F887 hỗ trợ các giao thức dữ liệu hiện đại cho các nhà thiết kế và do có nhiều chân nên hầu hết các giao thức có thể được thực hiện cùng một lúc mà không ảnh hưởng đến các giao thức khác PIC có nhiều chức năng do có nhiều kênh chuyển đổi ADC và xung clock bên trong 4 b) Sơ đồ chân Vi điều khiển PIC16F887: Hình 2.1 Sơ đồ chân Vi điều khiển PIC16F887 Với 33 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra I/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các ngắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART (RX,TX), SPI (SDO, SDI, SCK, SS), I2C Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bit (ADC/DAC) mở rộng tới 11 kênh, khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 2 kênh điều chế độ rộng xung (PWM)…… PIC 16F887 có package 40 chân và 44 chân với nhiều tính năng - Tất cả các chân của PIC có khả năng cấp và rút dòng khoảng 25mA, đủ điều khiển 2 LED mắc song song Tuy nhiên, giới hạn của mỗi PORT (8 chân) chỉ là 90mA mà thôi Do đó, khi thiết kế cần tính toán tránh quá tải cho từng chân (vượt quá 25mA) và tránh quá tải cho toàn PORT (90mA) 5 c) Cấu trúc cơ bản của PIC16F887: Hình 2.2 Cấu trúc cơ bản của PIC16F887 d) Đặc điểm chính của PIC16F887: PIC 16F887 có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh kiểu RISC (Reduced Instruction Set Computer) với chỉ 35 lệnh cơ bản, có độ dài 14 bit Bộ nhớ: Flash – 14Kb Kích thước bộ nhớ chương trình: 8KB Tốc độ CPU: 5 MIPS Bộ nhớ SRAM: 368 byte Bộ nhớ EEPROM: 256 byte Thiết bị ngoại vi giao tiếp: 1 cổng I2C, 1 cổng SPI, 1 cổng UART, 1 cổng MSSP Capture/Compare/PWM: 2 input capture, 2 CCP (thanh điều rộng xung PWM) Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 125ºC Điện áp hoạt động: 2 đến 5.5V 6 Số chân: 40 chân Kiểu đóng gói: DIP40 Kiến trúc CPU: PIC 8 bit Bộ dao động bên trong: 8MHz Bộ tạo dao động bên ngoài: 20MHz Phạm vi điện áp hoạt động: (2V – 5.5V) CỔNG GPIO: 36 chân I / O Ngắt: 15 Nguồn ngắt (Interrupt) Timer: 3 – (2 Timer 8 bit và 1 timer 16 bit): 2 bộ định thời 8 bit là Timer 0 và Timer 2; 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung clock ngoài Bộ so sánh: 2 bộ so sánh tương tự (Comparator) ICP: 1 chân ICP USART: 1 kênh I2C: 1 kênh SPI / MSSP: 1 kênh ICSP / MSSP: Có ULPWU: Có Self – Programming: Có LAN: Không có CAN: Không có 1 Bộ biến đổi Analog to Digital (ADC) 10 bit, 14 ngõ vào 1 Bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer) Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode) 5 Port xuất/nhập (A, B, C, D, E) tương ứng 35 chân ra Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ( ICSP” – In–Circuit Serial Programming”) Một chu kỳ lệnh của vi điều khiển bao gồm bốn xung clock 7 e) Đặc tính ngoại vi: Có 3 bộ định thời: Timer 0: là bộ timer/counter 8 bit, có bộ chia trước Timer 1: là bộ timer/counter 16 bit, có bộ chia trước, có thể đếm khi CPU ở chế độ sleep với nguồn xung từ thạch anh hoặc nguồn xung từ bên ngoài Timer 2: là bộ timer/counter 8 bit, có bộ chia trước và bộ chia sau Có hai bộ CCP (Capture/Compare/PWM): Capture (Bộ bắt sự kiện) có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12,5 ns Compare (Bộ so sánh) có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200 ns PWM (Bộ điều chế độ rộng xung) với độ phân giải lớn nhất là 10 bit Các chuẩn giao tiếp nối tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port): o Giao tiếp SPI o Giao tiếp I2C Bộ chuyển đổi ADC (Analog – Digital – Conversion): bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số với 14 kênh có độ phân giải tối đa là 10 bit f) Ứng dụng của PIC16F887: PIC 16F887 sử dụng trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp như một thiết bị điều khiển Thiết bị này có các chân giao tiếp đặc biệt, điều này làm cho nó trở thành một trong những bộ vi điều khiển hiệu quả nhất trong họ vi điều khiển PIC Là một bộ vi điều khiển lý tưởng do có nhiều kênh ADC ứng dụng trong các hệ thống ô tô 2.2 Giới thiệu về Loadcell thanh 10kg: a) Giới thiệu về Loadcell: Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực Tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này 8 Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn Tĩnh hay các lực biến thiên chậm Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế của Loadcell b) Cấu tạo Loadcell Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là “Strain gage” và thành phần còn lại là “Load“ Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay Có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên “Load” Load – một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi c) 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 điqua 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 9 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của Loadcell ( Mạch Wheatstone ) c) Thông số kỹ thuật: Điện áp kỹ thuật: 5V Nhiệt độ hoạt động : -20 đến 65℃ Tải trọng 10Kg Độ dài dây: 180mm Chất liệu cảm biến: Nhôm Hình 2.2, Loadcell thanh 10Kg 10 2.4 LCD 16x2: LCD (Liquid Crystal Display) – Màn hình tỉnh thể lỏng là một thiết bị ngoại vi dùng để hiển thị dữ liệu một cách trực quan Dữ liệu được hiển thị có thể là các ký tự, hình ảnh hoặc video Module LCD 16 x 2 chuyên dùng để hiển thị các ký tự trong bảng ASCII Vì module này chỉ hiển thị được ký tự nên trong thực tế nó còn được gọi là Text LCD (LCD ký tự) Module LCD 16 x 2 (gọi tắt là module LCD) hoạt động ở điện áp 5 VDC Module này gồm 32 “ô” được phân bổ trên 16 cột và 2 hàng Mỗi ô sẽ hiển thị được một ký tự trong bảng ASCII Bên trong LCD này nhà sản xuất đã tích hợp chip điều khiển HD44780U của hãng hitachi và chỉ đưa ra các chân giao tiếp cần thiết Thông số kỹ thuật: Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm Điện áp MAX : 7V Điện áp MIN : - 0,3V Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V Điện áp ra mức cao : > 2.4 Điện áp ra mức thấp :