Đang tải... (xem toàn văn)
tên đề tài Thiết kế, chế tạo hệ thống đo và khống chế nhiệt độ tự động ở đây mình là điều khiển nhiệt độ và điều khiển quạt ở 3 chế độ (tương ứng với bật số 123)dùng LM35, ở đây có ảnh chụp mô phỏng trên proteus và trên altium có mạch in, mình gửi cả trên altium ở dưới kia cho ai định về làm nhá
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Khoa Cơ khí Bộ môn: Cơ điện tử ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN NGỌC HÀ Sinh viên thực : KHỔNG VĂN HẬU NGÔ VĂN BIÊN Lớp : K49.CĐT.01 Thái Nguyên 2016 KHOA ĐIỆN TỬ Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Bộ môn Cơ điện tử Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Thiết kế : Khổng Văn Hậu lớp: K49.CĐT.01 Ngô Văn Biên Hướng dẫn : Nguyễn Ngọc Hà Đề tài : Thiết kế, chế tạo hệ thống đo khống chế nhiệt độ tự động Nhiệm vụ đồ án bao gồm: Tìm hiểu vai trò, vị trí hệ thống đo điện tử Tìm hiểu nguyên lý, cấu trúc vi xử lý Tìm hiểu cấu trúc ghép nối phần cứng Thiết kế hệ thống đo khống chế nhiệt độ tự động Ngày giao đề : ………………………………… Ngày hoàn thành : ………………………………… Trưởng Bộ môn TS Phạm Thành Long Giáo viên hướng dẫn ThS Nguyễn Ngọc Hà NH N TC GI O VI N HƢỚNG D N ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Danh mục hình ảnh Danh mục bảng biểu CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Hệ thống điện tử 1.2 Vị trí, vai trò hệ thống đo hệ thống Cơ điện tử .7 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƢỢNG THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu thiết kế hướng giải 2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ 2.2.1 Các sở chung phân loại phương pháp đo nhiệt độ 2.2.2 Các phương pháp đo tiếp xúc .10 2.2.2.1 Nhiệt kế nhiệt điện trở (Resistance Thermometer) 11 2.2.2.2 Nhiệt kế cặp nhiệt mẫu 12 2.2.2.3 Đo nhiệt độ cao phương pháp tiếp xúc 14 2.2.2.4 Đo nhiệt độ dùng phần tử bán dẫn 14 2.2.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc 16 2.2.3.1 Đo nhiệt độ phương pháp hỏa quang kế .16 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ 24 3.1 Bài toán 24 3.2 Phân tích 24 3.3 Thiết kế 24 3.3.1 Các linh kiện dung toán 24 3.3.2 Cảm biến nhiệt độ 25 3.3.3 Vi điều khiển PIC16F877A 27 3.3.4 Màn hình LCD 29 3.3.5 Mạch nguồn 31 3.4 Kết luận .31 CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG 32 4.1 Mô hệ thống đo nhiệt độ 32 4.1.1 Giới thiệu phần mềm mô Proteus 32 4.1.2 Thiết kế mạch phần mềm Altium Designer 35 4.2 Chương trình điều khiển 39 4.2.1 Giới thiệu phần mềm lập trình CCS 39 4.2.2 Chương trình điều khiển toán 40 4.3 Kết luận 43 CHƢƠNG V: KẾT LU N 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 LỜI NÓI ĐẦU Việc ứng dụng vi điều khiển máy tính vào kỹ thuật đo lường, điều khiển đem lại cho người kết ưu việt Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp nay, ngành công nghiệp luyện kim, chế biến thực phẩm…vấn đề đo khống chế nhiệt độ đặc biệt trọng yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm quan trọng Các hệ thống đo lường điều khiển sử dụng vi điều khiển có độ xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, điều đáng quan tâm mức độ tự động hoá việc thu thập xử lý kết đo Nắm tầm quan trọng việc khống chế nhiệt độ, độ ẩm ứng dụng sản xuất nên chúng em xin nhận đề tài với nội dung tiến hành nghiên cứu đo khống chế nhiệt độ tự động với mục đích nhằm tìm hiểu, nghiên cứu góp phần nhỏ bé vào việc giải yêu cầu đặt toán đo lường điều khiển khống chế nhiệt độ Sau nhận đề tài “Thiết kế hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ ” chúng em vận dụng tất kiến thức lực tính luỹ suốt gần bốn năm học nhà trường nghiên cứu thêm phần tử điều khiển vi xử lý PIC16F877A để hoàn thành đề tài với mong muốn sau hoàn thành có kiến thức sâu sắc, thực tế góp phần vào phát triển sản xuất tự động hóa nước nhà Những kiến thức chúng em tích luỹ nhiều hạn chế nên trình thực đề tài tránh khỏi sai sót thiếu kinh nghiệm việc trình bày, chúng em mong nhận góp ý bổ sung thầy, cô bạn theo dõi đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS Nguyễn Ngọc Hà thầy, cô môn Cơ điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 Danh mục hình ảnh Hình Nội dung Trang 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Cơ điện tử 1.2 Mô hình hệ thống Cơ điện tử 2.1 Các dụng cụ phương pháp đo nhiệt độ với dải nhiệt độ khác 2.2 Mạch cầu ba dây giảm sai số nhiệt độ môi trường thay đổi 10 2.3 Sơ đồ nguyên lý nhiệt kế nhiệt điện trở sử dụng mạch cầu không cân bằng, thị cấu lôgômét từ điện 10 2.4 Cấu tạo nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu 11 2.5 Mạch bù sai số nhiệt độ nhiệt độ đầu tự thay đổi nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu 12 2.6 Sơ đồ nguyên lý IC bán dẫn đo nhiệt độ 13 2.7 Mạch đo ứng dụng IC bán dẫn AD590 đo nhiệt độ 14 2.8 Mạch đo nhiệt độ 15 2.9 Mạch tự động bù nhiệt độ đầu tự cặp nhiệt 15 2.10 Đường cong E0 f ( ) với nhiệt độ khác 16 2.11 Cấu tạo hỏa quang kế phát xạ 17 2.12 Cấu tạo hỏa quang kế cường độ sáng có chắn quang học 18 2.13 So sánh mắt cường độ sáng nguồn nhiệt đèn sợi đốt hỏa quang kế cường độ sáng 19 2.14 Hỏa quang kế cường độ sáng tự động cân 19 2.15 Sơ đồ nguyên lý hỏa quang kế màu sắc dùng tế bào quang điện 21 2.16 Các tín hiệu điển hình hỏa quang kế màu sắc dùng tế bào quang điện 22 3.1 Sơ đồ khối toán đo lường tự động điều khiển nhiệt độ 23 3.2 Cảm biếm LM35 26 3.3 Sơ đồ chân PIC16F877A 28 3.4 Màn hình LCD 29 3.5 Sơ đồ khối nguồn 31 4.1 Cửa sổ khởi động Proteus8 33 4.2 Cửa sổ sau khởi động 33 4.3 Thanh công cụ chuẩn 33 4.4 Thanh chọn linh kiện 34 4.5 Cửa sổ lấy linh kiện 34 4.6 Sơ đồ nguyên lý 34 4.7 Cửa sổ khởi động 36 4.8 Phần mềm thiết kế mạch Altium Designer 36 4.9 Các công cụ 37 4.10 4.11 4.12 4.13 Mô mạch hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ động Sơ đồ mạch in hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ động Mô 3D hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ động Cửa sổ chương trình 37 38 38 39 Danh mục bảng biểu Bảng Nội dung Trang 2.1 Đặc tính số cặp nhiệt thông dụng 12 3.1 Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt độ 24 3.2 Hướng dẫn chọn loat cảm biến họ LM34 24 3.3 Hướng dẫn chọn loạt cảm biến nhiệt họ LM35 25 CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG VÀ THI CÔNG Hiện có nhiều phần mềm mô mạch điện tử như: Proteus, Circuit Sims, EasyEDA, EveryCircuit, … nhiều phầm mềm thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch in Altium Designer, Orcad, Eagle Cad, Upvector, … Trong đề tài nhóm xin giới thiệu phần mềm mô Proteus Phần mềm thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch in Altium Designer 4.1 Mô hệ thống đo nhiệt độ 4.1.1 Giới thiệu phần mềm mô Proteus Trong lĩnh vực khoa học công nghệ ngày phát triển không ngừng ngành tin học nói chung có mặt tất ngành nghề từ đơn giản đến phức tạp Công nghệ tin học giúp ích không nhỏ vào công việc giảng dạy mang lại nhiều kết không nhỏ Proteus VSM (Virtual Simulation Microprocessor) chương trình tạo chạy mạch điện ,các mạch có vi xử lý mô trình làm việc mạch nguyên lý, giúp cho người học điện tử hình dung trực quan vào thực tế linh kiện điện tử Phần mềm ProteusVSM viết công ty Labcenter Electronics Proteus sử dụng rộng rãi 35 quốc gia Proteus tự khẳng định mạnh mô mạch nguyên lý sát với thực tế, 12 năm ngày hoàn thiện phát triển mạnh Protesu cung cấp cho người sử dụng toàn linh kiện điện tử để người dùng tạo mạch nguyên lý sau chạy thử so sánh với kết thực tế Chính Proteus tạo chạy mạch đơn giản mạch phức tạp nên dùng giảng dạy, phòng thí nhiệm điện tử thực hành vi xử lý … Phần mềm Proteus chạy môi trường Window 32 bit , yêu cầu phần cứng đơn giản CPU 300MHz trở lên Phần mềm Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR, … Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mô mạch ARES dùng để vẽ mạch in Khởi động chương trình: 32 Start > All Program > Proteus Professional > Proteus Professional Hình 4.1 Cửa sổ khởi động Proteus8 Cửa sổ chương trình sau khởi động: Hình 4.2 Cửa sổ sau khởi động Các thao tác : + Sử dụng công cụ chuẩn: Hình 4.3 Thanh công cụ chuẩn 33 Các thao tác công cụ chuẩn thực thông qua menu File menu Edit + Sử dụng linh kiện: Hình 4.4 Thanh chọn linh kiện Hình 4.5 Cửa sổ lấy linh kiện 34 Mô mạch điều khiển : Hình 4.6 sơ đồ nguyên lý 4.1.2 Thiết kế mạch phần mềm Altium Designer Phần mềm thiết kế mạch tự động Altium Designer môi trường thiết kế điện tử đồng nhất, tích hợp thiết kế nguyên lý, thiết kế mạch in PCB, lập trình hệ thống nhúng FPGA Các điểm đặc trưng Altium Designer : Giao diện thiết kế, quản lý chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên cho tài liệu thiết kế Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm giải pháp thiết kế chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo tham số Mở, xem in file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ thông tin linh kiện, netlist, liệu vẽ, kích thước, số lượng… Hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết hoàn chỉnh bao gồm tất linh kiện nhúng, số, tương tự… 35 Đặt sửa đối tượng lớp khí, định nghĩa luật thiết kế, tùy chỉnh lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện PCB Mô mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực không gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho 2D 3D Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA ngược lại Có thể thấy Altium Designer có nhiều điểm mạnh so với phần mềm khác đặt luật thiết kế, quản lý dự án dễ dàng, giao diện thân thiện … Khởi động chương trình: Start > All Program > Altium Designer Hình 4.7 Cửa sổ khởi động Hình 4.8 phần mềm thiết kế mạch Altium Designer 36 Hình 4.9 Các công cụ Mô mạch điều khiển: Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ động 37 Hình 4.11 Sờ đồ mạch in hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ động Hình 4.12 Mô 3D hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ động 38 4.2 Chƣơng trình điều khiển 4.2.1 Giới thiệu phần mềm lập trình CCS CCS trình biên dịch ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC hãng Microchip Chương trình tích hợp trình biên dịch riêng viết cho dòng PIC khác là: PCB cho ding PIC 12-bit opcpdes PCM cho ding PIC 14-bit opcpdes PCH cho ding PIC 16 18-bit opcpdes Tất trình dịch tích hợp lại vào chương trình bao gồm trình soạn thảo biên dịch CCS, phiên PCWH Compiler Ver 3.227 Giống nhiều trình biên dịch C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh vi điều khiển PIC dử dụng PIC dự án Các chương trình điều khiển thự nhanh chóng đạt hiệu cao thong qua việc sử dụng ngôn ngữ lập trình cấp cao-ngôn ngữ C tài liệu hướng dẫn sử dụng có nhiều, chi tiết Help kèm phần mềm (tài liệu Tiếng Anh) Trong trợ giúp nhà sản xuất mô tả nhiều hằng, biến, thị tiền xử lý, cấu trúc lệnh chương trình, hàm tạo sẵn cho người sử dụng … Khởi động chương trình: Start > All Program > PIC-C > PIC C Compiler Hình 4.13 Cửa sổ chương trình 39 4.2.2 Chƣơng trình điều khiển toán #include "E:\hoc hanh\HTN\code ccc.h" #include #include //Dinh nghia chan VDK cho cac so cua quat //Dinh nghia cac bien can dung int8 Time=0,t,t1=35,t2=30,t3=25,t4=50,xTime,chuc,dvi; unsigned char value,y; int16 dem; //=======CAC CHUONG TRINH CON PHUC VU DIEU KHIEN=== void Speed_auto(t,t1,t2,t3) theo nhiet DO { IF (t >= t1) { output_low (PIN_C1); output_low (PIN_C2); output_high (PIN_C3); } IF (t < t1&&t > t2) { output_low (PIN_C1); output_high (PIN_C2); output_low (PIN_C3); } IF (t = t3) { 40 //chuong trinh tu dong output_high (PIN_C1); output_low (PIN_C2); output_low (PIN_C3); } IF (t < t3) { output_low (PIN_C1); output_low (PIN_C2); output_low (PIN_C3); } IF (t > t4) { output_high (PIN_D0); } ELSE output_low (PIN_D0); } void hienthi() // chuong trinh hien thi nhiet DO { setup_adc (ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_adc_ports (AN0); set_adc_channel (0); value = read_adc (); delay_ms (10); value = value/2.048; t = value; chuc = t/10 + 48; dvi = t%10 + 48; 41 lcd_putcmd (line_2); //chuong trinh hien thi LCD lcd_putchar (" Nhiet do:"); lcd_putchar (chuc); lcd_putchar (dvi); lcd_putchar (223); lcd_putchar ("C"); } #int_timer0 void timer0interrupt() { y++; if(y==100) { t=read_adc()/2.048; y=0; } set_timer0(0); } void main() { setup_comparator (NC_NC_NC_NC); enable_interrupts (INT_EXT); ext_INT_edge (H_TO_L); enable_interrupts(GLOBAL);//cho phep ngat toan cuc enable_interrupts(int_timer0);//cho phep ngat timer setup_timer_0(RTCC_DIV_256); set_timer0(0); 42 setup_adc (ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_adc_ports (AN0); set_adc_channel (0); lcd_init (); lcd_putcmd (line_1); lcd_putchar (" TRUONG DHKTCN "); delay_ms (1500); lcd_putcmd (0x02); lcd_putcmd (line_1); lcd_putchar (" DO AN HTD "); set_tris_d (0x00); set_tris_b (0x00); set_tris_a (0x01); set_tris_c (0x00); set_tris_e (0x00); WHILE (true) { hienthi () ; Speed_auto (t, t1, t2, t3); //Tu dong theo nhiet DO } } 4.3 Kết luận Mạch mô chương trình điều code nạp tích hợp với thỏa mãn yêu cầu toán thiết kế hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ động Sơ đồ mạch nguyên lý mạch in bố trí cách đấu nối dây hợp lý 43 CHƢƠNG V: KẾT LU N Hệ thống đo có vai trò quan trọng hệ thống điện tử, phần trực tiếp tạo nên liên hệ ngược giúp điều khiển ổn định hệ thống Nhận thức điều đó, khoảng thời gian ngắn kiến thức đào tạo trường lòng say mê học tập, nghiên cứu tìm hiểu xây dựng thành công mô hình hệ thống đo khống chế nhiệt độ tự động nhằm tổng hợp, khắc sâu kiến thức, tích lũy kinh nghiệm thực tế Tổng kết lại đề tài có số ưu điểm sau: - Mạch có dải đo nhiệt độ rộng,từ – 99 oC - Khả đáp ứng nhanh với thay đổi nhiệt độ môi trường - Đặt nhiệt độ khống chế để so sánh với nhiệt độ môi trường - Đặt độ ẩm khống chế để so sánh với độ ẩm môi trường - Hiển thị kết nhiệt độ hình LCD dễ dàng quan sát - Bóng đèn cảnh báo nhiệt độ độ ẩm bị cảnh báo - Nguồn nuôi đơn giản, thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng Bên cạnh đề tài số hạn chế sau: - Sai số nhiệt độ linh kiện sai số trình tính toán chấp nhận - Mạch không làm việc với ứng dụng nhiệt độ cao Để ứng dụng trường hợp cần sử dụng cảm biến khác có khả làm việc môi trường nhiệt độ cao Một số đề xuất hướng phát triển ứng dụng đề tài sau: - Mạch sử dụng vào mục đích đo, giám sát, khống chế nhiệt độ thấp: o Ổn định nhiệt độ phòng o Ổn định nhiệt độ lò ấp trứng o Máy sấy loại hoa quả, hạt, bánh kẹo o Ủ lên men loại thực phẩm o Các hệ thống làm mát, giữ ấm trang trại chăn nuôi, phun tưới trồng nhà lưới, nhà kính nhiệt độ trời lên cao - Có thể mở rộng thêm cảm biến, sử dụng hết đầu vào ADC0809 để giám sát nhiệt độ từ nhiều vị trí khác 44 - Truyền thông với máy tính, giám sát nhiệt độ tòa nhà, dùng thiết bị báo cháy 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Giáo trình Vi xử lý – Vi điều khiển 2012” ,Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên [2] “Giáo trình Các hệ thống đo Cơ điện tử”, Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên [3] Dương Minh Trí, “Sơ đồ chân linh kiện”, Nhà xuất KH-KT, 09/2005 46