Đang tải... (xem toàn văn)
Đây là báo cáo bài tập lớn môn Kỹ thuật vi xử lý VIện điện tử Viễn thôngLớp Kỹ sư tài năng K59 ĐHBKHNMôn của thầy Phạm Ngọc Nam kỳ 2 năm thứ 3Được thực hiện theo mô hình 9 bướcĐiện tử ESRC
I NÓI ĐẦU Cuộc sống ngày phát triển, điện tử trở thành phần thiếu xã hội loài người Những sản phẩm từ điện tử xuất nơi, từ đơn giản đến phức tạp, hầu hết có phần lõi quan trọng hệ thống vi xử lý Là sinh viên ngành Điện tử - Viễn thơng việc nắm kiến thức vi xử lý vô quan trọng Môn học Kỹ thuật vi xử lý, với nội dung giới thiệu lịch sử phát triển hệ thống vi xử lý, cấu trúc hoạt động, lập trình hợp ngữ…của vi xử lý Intel 8086/8088, giúp chúng em có điều Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Phạm Ngọc Nam anh trợ giảng K57 giới thiệu tập lớn với đề tài thiết thực phù hợp với nội dung môn học để giúp sinh viên vận dụng kiến thức học vào thực tế Đặc biệt, chúng em cảm ơn anh trợ giảng nhiệt tình hướng dẫn giải đáp thắc mắc để nhóm hồn thiện đề tài Nhóm 26 – KSTN ĐTVT K59 TĨM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Điều khiển thiết bị qua sóng Wifi” sử dụng vi điều khiển PIC16F887 cảm biến đo nhiệt độ hiển thị LED Matrix, giao tiếp với máy tính qua mạng wifi Đề tài thực theo quy trình thiết kế kỹ thuật gồm bước: Xác định yêu cầu Mô tả sản phẩm Lập kế hoạch Thiết kế sơ đồ khối Thiết kế chi tiết khối lựa chọn phương án tối ưu Mô phỏng, test mạch Chế tạo sản phẩm SUMMARY OF PROJECT The project “Control device through Wi-Fi network” use Microcontroller PIC16F887 and sensor measure temperature displaying on Matrix LED, communicate with PC through Wi-Fi network This project was implemented following Engineering design process, including steps: Determine needs Create specifications Develop plan Perform block design Design each block and select best alternatives Simulation, test on breadboard Manufacture (Mục lục) CHƯƠNG XÁC ĐỊNH YÊU CẦU Đề tài “Điều khiển thiết bị qua sóng Wifi” thực 10 tuần học môn Kỹ thuật vi xử lý, cần đạt yêu cầu: - Thực đầy đủ bước quy trình thiết kế kỹ thuật (gồm bước phần Tổng quan đề tài) - Đo nhiệt độ có độ xác cao - Giao tiếp hai chiều với máy tính - Mạch hoạt động ổn định, hiển thị rõ ràng - Thiết kế nhỏ gọn, sử dụng dễ dàng CHƯƠNG MÔ TẢ SẢN PHẨM 2.1 Yêu cầu chức - Mạch có cảm biến đo nhiệt độ Thông số đo từ cảm biến vi điều khiển xử lý qua chuyển đổi tương tư - số (ADC) gửi tín hiệu đến LED ma trận để hiển thị nhiệt độ đo được, đơn vị độ Celcius LED ma trận: sử dụng LED matrix 8x8, xếp từ trái qua phải LED hiển thị nhiệt độ LED để hiển thị chữ độ (o) - Sử dụng LED đơn thông báo trạng thái mạch (khi đèn sáng – mạch hoạt động, đèn tắt – mạch ngừng) - Sử dụng kết nối Wi-Fi giao tiếp với máy tính qua giao thức TCP, chữ gõ từ máy tính hiển thị LED ma trận, có chế độ chạy chữ: Xâu ký tự nhập từ máy tính từ đến 20 ký tự gồm 26 chữ latinh từ ‘A’ tới ‘Z’, ‘a’ tới ‘z’, 10 chữ số từ ‘0’ tới ‘9’ dấu cách Ví dụ: “BACH KHOA HA NOI” Xâu nhập vào có vượt q kích thước led matrix hay khơng chay chữ từ từ phải qua trái - Mạch chuyển qua lại hai chế độ: hiển thị nhiệt độ giao tiếp với máy tính 2.2 Yêu cầu phi chức - Sử dụng vi điều khiển PIC 16F887: Giá rẻ, phổ biến với sinh viên điện tử, độ bền cao Đáp ứng đầy đủ chức mạch: điều khiển LED matrix, giao tiếp với cảm biến nhiệt độ, chat với máy tính Có cơng cụ hỗ trợ để dễ dàng lập trình với ngơn ngữ C biên dịch XC8 Mô phần mềm Proteus Điện áp hoạt động 5V Công suất tiêu thụ thấp - Yêu cầu module wifi Điện áp hoạt động khoảng 3-5V Chuẩn WIFI 802.11 b/g/n, hỗ trợ WPA/WPA2 Chuẩn giao tiếp UART, tích hợp giao thức TCP Khoảng cách thu nhận tín hiệu ổn định: phạm vi 10 m Giá hợp lý, hoạt động ổn định thời gian dài - Yêu cầu cảm biến nhiệt độ: Đơn vị nhiệt độ: °C Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10-15 mV/°C Đo nhiệt độ dải (5 oC đến 50 oC) Độ xác: 1°C - Yêu cầu hiển thị: LED matrix kích thước 8x8 ghép lại Kích thước điểm ảnh: mm Tốc độ quét LED hợp lý đảm bảo nhiệt độ chữ LED thị rõ ràng, dễ nhìn Tốc độ chạy chữ: 0,5 s ký tự chuyển sang LED matrix Hoạt động dải điện áp 1.5-3.5 V - Yêu cầu mạch in PCB Có in tên thành viên nhóm Thiết kế nhỏ gọn, dây hợp lý - Mã nguồn sử dụng: C - Tốc độ truyền tín hiệu từ máy tính đến mạch: 2s - Kích thước: 15x10 cm - Nguồn sử dụng: Adapter VDC - Môi trường hoạt động: điều kiện hoạt động nhà, nơi khô - Trọng lượng: ~ 0.2 kg - Thời gian hoàn thành: 10 tuần - Độ bền: > năm - Giá thành dự kiến: 600k CHƯƠNG LẬP KẾT HOẠCH 3.1 Phân tích nhân lực Trước bước vào lập kế hoạch chi tiết thực đề tài việc cần làm phân tích ưu điểm, sở trường điểm yếu thành viên nhóm: ST Thành Điểm mạnh Phương tiện Thời gian T viên Nguyễn hỗ trợ + Có tinh thần Kỹ làm + Laptop rảnh Ngoài Trung trách nhiệm Hiếu + Kỹ làm báo tốt làm mạch cáo chuẩn, slide + Điểm yếu việc nhóm chưa + Bộ dụng cụ học trường, điểm họp lab Đào làm việc + Kỹ lập Kỹ làm + Xe đạp Ngồi Ngun trình tốt việc nhóm chưa + Laptop học Dương + Hàn mạch đẹp tốt + Tích cực Đia trên + Bộ dụng cụ trường, làm mạch họp lab công việc Bùi Văn + Sử dụng tốt Kỹ làm + Xe máy Ngồi Bao học phần mềm thiết kế, việc nhóm chưa + Laptop mô tốt + Kỹ thuyết + Bộ dụng cụ trường, làm mạch họp lab trình tốt 3.2 Phân cơng cơng việc Sau phân tích điểm mạnh/điểm yếu thành viên, từ yêu cầu đặt phần trước, tiến hành lập kế hoạch cụ thể: T Tên công M T việc ã C V Mô tả Nguồn lực Đầu Phụ Điều trách kiện Xác định P1 Từ đề tài Bản yêu cầu đề giao specs tài phân tích gốc Các yêu cầu Cả liệt kê chi nhóm tiết u cầu cần đạt Mơ tả yêu Bản Bản yêu cầu kỹ cầu specification thuật phi gốc chi tiết thúc Lập chức Phân tích MS File word phân Cả P2 nhân lực từ Project tích nhân lực & nhóm kết phân chia phân chia công thúc công việc việc, file project tiến Phân tích P2 kế P3 hoạch nhóm P1 kết Thiết kế sơ P4 Vẽ sơ đồ MS trình thực File Visio sơ Dương P3 đồ khối khối đồ khối & Bao kết MS Hiếu thúc P4 chi tiết Visio, & Bao kết khối Proteus, Thiết Visio mạch kế P5- Thiết kế khối & chọn chức specs word Cả P5- Thiết kế khối thúc Hiếu Altium phương án & tối ưu Dương Test mạch P6- Viết code, mô MPLAB File mã nguồn Cả P5 kết breadboard , Proteus C file hex nhóm P6- Mua để nạp PIC linh Các linh Mạch mô Cả thúc P6-1 kiện, test kiện, kết mạch mạch breadboard nhóm thúc nguyên Chế lý tạo P7- Hoàn thiện sơ Altium, sản phẩm đồ nguyên lý, Proteus bảo vệ lý, nhóm P6 kết PCB mạch in Mạch hồn Cả thúc P7-1 chỉnh kết test mạch, fix nguyên bị P8 nhóm lý, dụng cụ Chuẩn nguyên SCH Cả vẽ mạch in P7- Hàn mạch, Mạch mạch File thúc làm mạch Viết báo cáo, MS File word báo Cả P7 quay video cáo, kết Word demo phẩm video nhóm sản thúc CHƯƠNG THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI Sau nghiên cứu yêu cầu đề tài mô tả sản phẩm, ta đưa sơ đồ khối mạch sau: Mạch gồm khối chính: Khối nguồn cấp điện áp chiều cho khối điều khiển, khối giao tiếp, khối hiển thị Khối cảm biến nhiệt độ gửi thông tin nhiệt độ đo vào khối điều khiển Khối giao tiếp thực kết nối truyền giao tiếp mạch (khối điều khiển) máy tính qua sóng Wi-Fi Khối hiển thị nhận tín hiệu từ khối điều khiển để hiển thị nhiệt độ dãy chữ nhận từ máy tính CHƯƠNG THIẾT KẾ CHI TIẾT CÁC KHỐI & LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TỐI ƯU Trong phần này, ta vào thiết kế chi tiết khối lựa chọn phương án tối ưu cho khối Ta theo trình tự khối: khối nguồn, khối điều khiển, khối LED hiển thị, khối cảm biến nhiệt độ khối giao tiếp Trong khối ta theo trình tự bước: Thiết kế sơ đồ chi tiết khối Lựa chọn phương án tối ưu Nguyên lý hoạt động 5.1 Thiết kế khối nguồn 5.1.1 Sơ đồ khối nguồn 5.1.2 Lựa chọn phương án tối ưu 5.1.3 Nguyên lý hoạt động 5.2 Thiết kế khối điều khiển 5.2.1 Sơ đồ khối điều khiển 5.2.2 Lựa chọn phương án tối ưu 5.2.3 Nguyên lý hoạt động 5.3 Thiết kế khối LED hiển thị 5.2.1 Sơ đồ khối điều khiển 5.2.2 Lựa chọn phương án tối ưu 5.2.3 Nguyên lý hoạt động 5.4 Thiết kế khối cảm biến nhiệt độ 5.4.1 Sơ đồ khối cảm biến nhiệt độ 5.4.2 Lựa chọn phương án tối ưu 5.4.3 Nguyên lý hoạt động IC cảm biết nhiệt độ LM35 sử dụng nguồn nuôi đầu vào 5V, điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Hệ số tỷ lệ tín hiệu analog với nhiệt độ 10 mV/oC Tín hiệu từ LM35 nối với kênh tương tự chân AN0 để thực chuyển đổi tương tự - số (ADC) Điện áp tham chiếu ADC nối với Vss, Vdd vi điều khiển Giá trị ADC đo qua công thức chuyển đổi sau chuyển giá trị nhiệt độ: Temperature = ((5*adc_value*100.0)/1023) 5.5 Thiết kế khối giao tiếp 5.5.1 Sơ đồ khối giao tiếp 5.5.2 Lựa chọn phương án tối ưu 5.5.3 Nguyên lý hoạt động Sử dụng khối truyền liệu đồng bộ/bất đồng đa cải tiến (EUSART) vi điều khiển Chân TX VĐK nối với RX module Wi-Fi, chân RX VĐK nối với TX module Wi-Fi Ở ta sử dụng truyền không đồng bộ, tốc độ truyền 115200 baud Module Wi-Fi sử dụng nguồn nuôi 3.3V DC Cấu hình cho module Wi-Fi tạo server, máy tính đóng vai trò client Server Client giao tiếp với qua sóng Wi-Fi Xâu ký tự gửi từ máy tính hiển thị LED Matrix CHƯƠNG MÔ PHỎNG, TEST MẠCH Trong chương nhóm trình bày q trình mô mạch phần mềm Proteus Do module Wi-Fi ESP8266 khơng có phần mềm nên việc mơ giao tiếp UART thực Terminal 6.1 Mô Proteus 6.2 Mô Breadboard Sau mô mạch thành công Proteus, bước chuẩn bị linh kiện test mạch breadboard Việc test thực theo quy trình sau: CHƯƠNG CHẾ TẠO SẢN PHẨM Chương trình bày bước làm mạch in hoàn thiện sản phẩm 7.1 Thiết kế mạch in Thiết kế mạch in hai lớp phần mềm Altium Designer: Kích thước dây 30 mil (1 mil = 0.0254 mm) đảm bảo dây khơng bị đứt Linh kiện bố trí hợp lý để mạch in có kích thước vừa phải Lớp Top layer: Lớp Bottom layer Mạch in 3D: 7.2 Hàn mạch Quá trình hàn mạch tuân theo số nguyên tắc: Mối hàn bóng, bám vào chân linh kiện Đối với loại IC cần sử dụng chân đế để hàn, không hàn trực tiếp IC vào mạch Không để mỏ hàn chạm vào chân linh kiện thời gian lâu nhiệt độ cao để tránh làm hỏng linh kiện Nếu hàn sai cần sử dụng hút thiếc, tránh việc cắt, đục làm hư mạch 7.3 Kiểm tra mạch in 7.3.1 Kiểm tra mạch in trước hàn linh kiện Trước hàn linh kiện vào mạch, cần tiến hành kiểm tra sơ mạch in theo số bước sau: Kiểm tra mắt thường để so sánh mạch in thực với mạch in thiết kế Dùng đồng hồ kiểm tra thông mạch để xem có dây bị đứt khơng Kiểm tra chân hàn lỗi via xem có đục lỗ khơng, có bị tt khơng Trong q trình kiểm tra phát lỗi cần tiến hành sửa chữa 7.3.2 Kiểm tra mạch in sau hàn linh kiện Sau hàn linh kiện vào mạch, cần tiến hành kiểm tra nguội trước cấp nguồn cho mạch để tránh bị chập cháy Quy trình thực theo số bước sau: Kiểm tra mối hàn mắt thường để đảm bảo mối hàn ăn vào chân linh kiện, khơng bị dính vào chân khác hay dây khác Dùng đồng hồ kiểm tra thông mạch phần Chú ý lắp IC cần đặt chiều giống sơ đồ nguyên lý Trong trình kiểm tra phát lỗi cần tiến hành sửa chữa Kiểm tra nguội xong ta cấp nguồn cho mạch Nếu mạch không cần kiểm tra lại mạch in Quy trình kiểm tra mạch in biểu diễn sơ đồ sau: 7.4 Các vấn đề gặp phải làm mạch cách khắc phục LED Matrix nháy nhanh, dễ gây hoa mắt Nguyên nhân: tần số quét LED chưa hợp lý Giải quyết: thay đổi thời gian trễ quét LED LM35 hiển thị nhiệt độ khơng xác Ngun nhân: cảm biến hỏng, cách đo khơng xác Giải quyết: kiểm tra lại phương pháp đo nhiệt độ, sai thay cảm biến khác 7.5 Sản phẩm hoàn thiện KẾT LUẬN Sau hoàn thành tập lớn, sinh viên học môn Kỹ thuật vi xử lý chúng em hiểu cấu trúc số cách thức hoạt động dòng vi điều khiển phổ biến với dân điện tử PIC Qua mơn học này, ngồi kiến thức chun mơn học được, chúng em có thêm kinh nghiệm làm project với deadline hàng tuần trau dồi lực làm việc nhóm Trong q trình thực hiện, kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên nhóm khơng thể tránh sai sót, mong Thầy anh trợ giảng góp ý bổ sung để làm tiền đề cho project tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://xcvn.blogspot.com/ - trang web hướng dẫn lập trình PIC [2] Datasheet PIC16F887 from Microchip [3] Datasheet LM35 [4] ESP8266 AT Instruction Set [5] Các trang web điện tử