BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNHN – KHOA ĐIỆN TỬ ========****======== BÁO CÁO MÔN: VI ĐIỀU KHIỂN Đề Tài: Thiết kế bộ đo và khống chế nhiệt độ hiển thị trên máy tính. Giáo viên hướng dẫn: Vũ Thị Thu Hương Nhóm thực hiện: Nguyễn Văn Hà ( 0341050467) Đào Bá Cảnh Đinh Văn Khoản Lớp: Điện tử 3 – K3 ========== Hà Nội Tháng 6/ 2011 =========== Trường Đại học CNHN Khoa C«ng NghÖ Kü ThuËt §iÖn Tö Líp §iÖn Tö 3-K3 NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn Bµi TËp Lín M«n Vi §iÒu KhiÓn Nhãm 3 Thùc HiÖn 2 2 Trường Đại học CNHN Khoa C«ng NghÖ Kü ThuËt §iÖn Tö Líp §iÖn Tö 3-K3 NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn Bµi TËp Lín M«n Vi §iÒu KhiÓn Nhãm 3 Thùc HiÖn 3 3 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Mục lục Nhận xét của giáo viên hớng dẫn 1 Mục luc 3 Phần I: Giới thiệu đề tài 1. Đặt vấn đề 4 2. Mục đích thực hiện đề tài 4 3. Phơng hớng giaỉ quyết 5 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 4 4 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Phần II: Nội dung 6 1.Cơ sở lý thuyết chung 6 2.Quy trình thiết kế bài toán thực tế 8 Phần III: Ưu nhợc điểm,ứng dụng và hớng phát triển 26 Phần IV: Tài liệu tham khảo 27 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 5 5 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Phần i: giới thiệu đề tài 1.Đặt Vấn Đề: Ngày nay với sự phát triển của nghành vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần đợc tự động hóa, Với những kỹ thuật tiến tiến nh vi xử lý, vi mạch số đợc ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ , với tốc độ xử lú chậm chạm ít chính xác đợc thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chơng trình đã đợc thiết lập trớc. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay . vệc đo và khống chế nhiệt tự động là một yêu cầu ht sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt đợc yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều ph- ơng pháp để nghiên cứu khỏa sát vi điều khiênt 8051 nhóm thực hiện nhận thấy rằng : ứng dụng vi điều khiênt 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phơng pháp tối u nhất. Vì vậy nhóm chúng em tiến hành thực hiện việc khảo sát và ứng dụng vi điều khiển vào mạch đo và khống chế nhiệt độ. 2.Mục đích thực hiện đề tài: Nếu nh những kiến thức ký thuyết là điều kiện cần thì thực hành lắp ráp mạch thật là điều kiện đủ. Nó đem lại rất nhiều lợi ích cho chúng em: -Chúng em có thẻ đa những kiến thức lý thuyết khô khan vào thực tế để có thể đánh giá một cách khách quan cơ sở lý thuyết. -Từ những gì chúng ta đã làm đợc t đó rút ra những kinh nghiệm cho quá trình làm lần sau và xa hơn là các quá trình sản xuất công nghiệp sau này. -Để làm đợc một mạch thật hoàn chỉnh chúng em phảI trảI qua rất nhiều khâu. Qua đây chúng em có một cách nhìn tổng quát cho một dây chuyền sản xuất các ứng dụng của ngành điện tử. Chính những lợi ích đó cũng là những mục đích mà nhóm sinh viên chúng em mong muốn đặt đợc. Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 6 6 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 3.Ph ơng H ớng Giải Quyết: Để thực hiện đợc các chức năng trên hệ thống đợc chia thành hai phần là cứng và phần mềm với các giải pháp giải quyết nh sau: a)Giải pháp phần cứng: Phần cứng đợc xây dựng trên cơ sở giao tiếp với máy tính qua cổng COM nên tốc độ truyền dữ liệu cũng rất cao. Tuy nhiên, có một khó khăn duy nhất khi giao tiếp với máy tính là mức logic ở bộ vi điều khiển và ở cổng COM của máy tính khác nhau. Để khắc phục điều nay chúng ta sử dụng vi mạch MAX232 nhằm chuyển đổi mức điện áp giữa hai chuẩn. Do vậy chức năng chính của phần cứng bao gồm các khối sau: -Bộ phận lấy tín hiệu cần khảo sát đó là nhiệt độ môi trờng thông qua cảm biến LM35. -Bộ phận chuyển đối tơng tự sang số, đa vào vi xử lý. -Bộ phận xử lý tín hiệu số và xuất ra cổng nối tiếp. -Bộ phận truyền thông với máy tính. -Ngoài ra còn có một khối điều khiển và hiển thị nh Nút Nhấn và LED. b).Giải Pháp Phần Mềm: Phần mềm đo và điều khiển nhiệt độ hiển thị bằng tiện ích của Windows dựa trên phần cứng hệ thống và cấu trúc máy tính. Chơng trình phần mềm thực hiện giao tiếp với ngời dùng và giao tiếp với phần cứng Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 7 7 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Phần II. Nội dung I.Cơ sở lý thuyết chung : Để thực hiện phép đo của một đại lợng đại lợng nào đó thì tùy thuộc vào dặc tính của đại lợng cần đo, điều kiện đo cũng nh độ chính xác theo yêu cầu cơ sỏ của hệ thống đo lờng khác nhau . 1.Sơ đồ của một hệ thống đo lờng tổng quát 1. 1 Cm bin nhit: Dựng o nhit 1.2.Khối chuyển đổi: Làm nhiệm vụ nhận trực tiếp các đại lợng vất lý đặc trng cần đo và biến đổi thành các đại lợng vật lý thống nhất (dòng điện hay điện áp) để tính toán cho thuận lợi. 1. 3.Vi iu khin : có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận đợc từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với các yêu cầu cụ thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thị. 1.4.Khối hiển thị: Nhn tớn hiu t vdk va hin th kt qu o Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện Khối chuyển đổi A/D Vi iu khin Hiển thị Cm bin nhit 8 8 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 2.Hệ thống đo l ờng số: Đối tợng cần đo là các đại lợng vật lý dựa vào các đặc tính của đối tợng cần đo mà ta chọn loại cảm biến cho phù hợp để biến đổi thông số đại lợng vật lý cần đo thành đại lợng điện, sau đó đa vào các mạch chế biến tín hiệu ( gồm: cảm biến, hệ thống khuêch đại, xử lý tín hiệu) Bộ chuyển đồi sang số ADC làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tợng tự sang số và kết nối với vi x lý. Bộ vi xử lý có nhiệm vụ thực hiện những phép tính và xuất ra những lệnh trên cơ sở trình tự những lệnh chấp hành đã thực hiện trớc đó. Bộ dồn kênh tơng tự và bộ chuyển ADC đợc dùng chung cho tất cả các kênh. Dữ liệu nhập vào bọ vi sử lý sẽ có tín hiệu chọn đúng của nó qua quá trình tính toán để só kết quả của đại lợng cần đo. 3.Các ph ơng pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ là phơng thức đo lờng điện, đo nhiệt độ đợc chia thành nhiều dải: +Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ trung bình + Đo nhiệt độ cao Việc đo nhiệt độ đợc tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh: + Cặp nhiệt điện + Nhiệt kế điện ké lim loại + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh Việc sử dụng cảm biến IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độl là một phơng pháp thông dụng đợc nhóm trong bài này, nên ở đây chỉ giới thiệu về IC cảm biến nhiệt độ. 3.1. Nguyên lý hoạt động của IC cảm biến nhiệt độ : IC đo nhiệt là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển tín hiệu điện dới dạng dòng điện hay điện áp. Dah vào đặc tính rất nhạy cảm của các bán dẫn với nhiệt độ , tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 9 9 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 đối . Đo tín hiệu điện ta biết đợc giá trị của nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong các chất bán dẫn . Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo ra sự xuất hiện các lỗ trống. Làm cho tỷ leej điện tử tự do va lỗ trống tăng lên theo qui luật hàm mũ với nhiệt độ. II.Quy trình thiết kế bài toán thực tế 1 .Phân tích bài toán : Bài toán đặt ra là thiết kế mạch đo và khống chế nhiệt độ . Để thực hiện đợc điều này thì hệ thống phảI đảm bảo các yêu cầu sau: -Số lợng đầu vào/ra số: -Số đàu vào/ ra tợng tự: -Số lợng bộ đếm /định thời: -Dung lợng bộ nhớ chơng trình: -Bộ nhớ dữ liệu cần thiết : -Giao tiếp với máy tính do đó phải sử dụng truyền thông RS232 2. các khối chức năng : - Cảm biến nhiệt dộ : dùng để đo nhiệt độ hiện tại trong lò nhiệt. - Khối biến đổi A/D: có nhiệm vụ số hóa tín hiệu của cảm biến nhiệt để da vào bộ vi điều khiển là nơi cài đặt thuật toán điều khiển và khống chế nhiệt độ. - Khối vi điều khiển (MCU): có nhiệm vụ thực hiện các chức năng mã hóa hợp thành và giải mã. 3.Nhiệm vụ của từng khối: 3.1. Cảm biến nhiệt: Với nhiệt độ khống chế từ 30 độ đến 130 độ, ta chon sử dụng cảm biến nhiệt dộ bán dẫn thông dụng là vi mạch LM35 của hãng National Semiconductor. Vi mạch cảm biến nhiệt LM35có đặc điểm sau: - chuẩn hóa theo thang đo nhiệt độ Cesius; Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 10 10 [...]... đợc đa đến lối vào IN+, cong lối vào IN- đợc nối đất Với điện áp vào cực đại là 1.28V thì điện áp chuẩn Vref đợc đặt là 0.64V, việc điều chinht Vref đợc thực hiện bởi biến trở vi chỉnh VR Khi đó nếu nhiệt dộ là 0 độ C thì điện áp IN+ là 0V, đầu ra Dout là 00000000, vi điều khiển nhận đợc giá trị là 0; Khi nhiệt độ là 128 độ C thì điện áp IN+là 1.28V, đầu ra Dout là 11111111, vi điều khiển nhạn đợc... Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 35 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 IV.tài liệu tham khảo 1 VI ĐIềU KHIểN CấU TRúC LậP TRìNH Và ứng dụng Kiu Xuõn Thc- Vũ Thị Thu Hơng NXB Đại Học Công Nghiệp Hà Nội 2 -Đo lờng và điều khiển máy tính - Ngô Biên Tập NXB khoa học và kỹ thuật - 1999 3 Sơ đồ chân linh kiện bán dẫn- dơng minh trí NXB khoa học và kỹ thuật - 1997 4... microampe, nên nhiệt tự tỏa rất nhỏ hầu nh không ảnh hởng đến kết quả đo Sai số nhỏ, chỉ khoảng 0.5 độ C Sơ đò mạch cảm biến đợc cho hình dới Sơ đò cảm biến nhiệt độ LM35 11 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 12 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 3.2 Mạch biến đổi A/D: Có nhiệm vụ biến đổi điện áp tơng tự t cảm biến nhiệt thành tín hiệu số để gửi đến vi điều khiển Để... hiệu đàu vào cực đại là 5V; - tất cả các tín hiệu đều tơng thích mứcTTL; - Dòng tiêu thụ nhỏ, cỡ 1.9ma Hình dois mô tả mạch A/D ứng dụng vi mạch ADC0804 để đo nhiệt độ từ LM35 13 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 14 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Sơ đồ mạch biến đổi A/D Mạch này gồm hai phần chính : -phần tơng tự : Với dải nhiệt độ từ 0 độ đên 128 độ thì... Tử 3-K3 Sơ đồ khối của vi điều khiển Trong khối điều khiển chúng tôi sử dụng các linh kiện sau : +Vi điều khiển 89S52 +Vi mạch MAX 232 làm nhiệm vụ ghép nối vi điều khiển với PC qua cỏng RS232 22 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 23 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 3.3Truyền thông với máy tính qua cổng nối tiếp: Bộ vi diều khiển AT89S52 có khả năng giao tiếp... với máy tínhlaf mức logics ở bộ vi điều khiển và cổng COM của máy tính khác với nhau, cụ thể nh sau: So sánh điện áp ở các mức logics giữa RS232C và TTl Đối tợng Mức logic Mức điện áp tơng ứng Cổng COM (Mức RS232) 1 -12 V đến -3V 0 +3V đến +12V Vi điều khiển (Mức TTl) 1 +5V 0 0V Khắc phục điều này, chúng ta sử dụng vi mạch MAX232 để chuênr đổi mức điện áp giữa hai chuẩn Vi mạch này có chứa hai bộ chuyển... A/D ngời ta thờng căn cứ vào 2 thông số chính là : - Độ phân giải hay số bít đầu ra, số bít ra của ADC quyết định đến độ chính xác của pháp biến đổi, số bít càng lớn càng lớn sai số lợng tử càng nhỏ - Tốc độ biến đổi đợc tính bằng số mẫu hoàn thành trong một giây( samples/s), nó tỉ lệ nghịch với thời gian hon thiện việc biến đỏi một mẫu - Trong ứng dụng điều khin nhiệt độ, nhiệt độ là một đại lợng biến... Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 28 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Tại dấu nhắc con trỏ sẽ hiển thị các ký tự nhận từ cổng nối tiếp Tùy các chơng trình cụ thể mà màn hình hiển thị các thông số tơng ứng 28 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 29 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 MCH NGUYấN Lí: 29 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm... /Communication / Hyper Terminal Sau đó nhập kết nối, chọn cổng nối tiếp và thiết lập các tông số cho cổng nối tiếp Lu ý rằng các thông số này phải gống các thông số đã thiết lập chho cổng nối tiêp của vi điều khiển 25 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 26 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 26 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 27 Trng i hc CNHN Khoa... nên ta chọn vi mạch biến đổi A/D thông dụng trên thị trờng là ADC0804 12 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 13 Trng i hc CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 ADC0804 là bộ A/d 8 bít đủ đáp ứng đợc yêu cầu về độ chính xác đặt ra ADC0804 có các đặc điểm sau: - Đầu ra đợc đếm bằng các cổng 3 trạng thái nên có thể ghép trực tiếp vào bus dữ liệu mà không cần mạch đệ dữ kiệu . trình tính toán để só kết quả của đại lợng cần đo. 3.Các ph ơng pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ là phơng thức đo lờng điện, đo nhiệt độ đợc chia thành nhiều dải: +Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNHN – KHOA ĐIỆN TỬ ========****======== BÁO CÁO MÔN: VI ĐIỀU KHIỂN Đề Tài: Thiết kế bộ đo và khống chế nhiệt độ hiển thị trên máy tính. Giáo. nối tiếp. -Bộ phận truyền thông với máy tính. -Ngoài ra còn có một khối điều khiển và hiển thị nh Nút Nhấn và LED. b).Giải Pháp Phần Mềm: Phần mềm đo và điều khiển nhiệt độ hiển thị bằng tiện