MỤC LỤC Tên đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ” Nhóm sinh viên thực hiện: - Hồng Văn Thành - Nguyễn Thanh Tài Khố học: 2015 – 2019 Lớp : CĐTK13.2 Ngành đào tạo: Cơ Điện Tử - Số liệu cho trước: - Các tài liệu chun mơn - Nội dung cần hồn thành:Thiết kế, tính tốn xây dựng mạch điện đo nhiệt độ ,hiển thị LCD -Sản phẩm đề tài phải đảm bảo kỹ thuật, mỹ thuật -Quyển thuyết minh GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Bùi Gia Thịnh DĐ: Email: LỜI MỞ ĐẦU Việt Nam ta ngày phát triển giàu mạnh Một thay đổi đáng kể Việt Nam gia nhập WTO ,một bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước,để - người Việt có hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại giới, đặc biệt lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung ngành Cơ Điện Tử nói riêng Thế hệ trẻ khơng tự phấn đấu học hỏi khơng ngừng sớm lạc hậu nhanh chóng thụt lùi.Nhìn điều Trường “Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên” sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập sinh viên nhà trường nói chung khoa Cơ Điện Tử nói riêng tổ chức cho sinh viên làm Đồ Án Môn Học nhằm tạo nên tảng vững cho sinh viên trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm Ngày lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày người máy giặt, đồng hồ điện tử, ti vi nhằm giúp cho đời sống ngày đại tiện lợi Đề tài ứng dụng vi điều khiển đời sống thực tế phong phú đa dạng nhằm đáp ứng cho sống tiện nghi người.Với mục đích tìm hiểu đáp ứng yêu cầu chúng em lựa chọn đề tài có tính ứng dụng thực tế, khơng xa lạ người, là:“Thiết kế mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ” LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô Trường ĐH sư phạm kỹ thuật Hưng Yên dạy dỗ suốt thời gian học tập vừa qua Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Gia Thịnh tận tình hướng dẫn chúng em thời gian làm đồ án Do kiến thức hạn hẹp nên trình thực Đồ Án chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô hội đồng khảo thi bỏ qua có hướng giúp đỡ để chúng em có thể hồn chỉnh đồ án hồn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ 1.1.1: Chức của mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ “ Mạch đo hiển thị nhiệt độ “ có chức sau: Đo nhiệt độ Hiển thị nhiệt độ hình LCD 1.1.2: Các thành phần chính của “ mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ ” 1: LCD 16x2_R2 2: Cảm biến nhiệt LM35 3: Vi điều khiển AT89C51 4: Các nút nhấn,điện trở,tụ điện,tranzitor,thyzitor… 5: Quạt, rơ le , led 1.1.3: Yêu cầu thiết kế: Mạch hoạt động chức đề tài Mạch hoạt động có độ ổn định xác cao Thiết kế gọn nhẹ Giá thành phù hợp 1.2 Giới thiệu linh kiện mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ 1.2.1 Giới thiệu LCD 16TC2A Trong năm gần đây, hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display) ngày sử dụng rộng rãi dần thay đèn LED (7 đoạn nhiều đoạn) Đó ngun nhân sau: Màn hình LCD có giá thành hạ Khả hiển thị số, ký tự đồ hoạ tốt nhiều so với đèn LED (đèn LED hiển thị số số ký tự) Sử dụng thêm điều khiển tương phản LCD giải phóng CPU khỏi cơng việc Còn đèn LED cần CPU (hoặc cách đó) để trì việc hiển thị liệu - Dễ dàng lập trình ký tự đồ hoạ Chức nhiệm vụ chân Hình 1.1: Sơ đồ chân LCD 16TC2A STT chân Kí hiệu Chức chân Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân Vss với GND mạch điều khiển Vdd Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Vee Lựa chọn độ tương phản hình RS Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD R/w Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc E Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E LCD giữ ở bus đến chân E xuống mức thấp D0 D1 D2 10 D3 DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB 11 D4 DB7 1a2 D5 13 D6 14 D7 15 Vdd Nguồn dương cho đèn 16 Vss GND cho đèn Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU độ sử dụng đường bus + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, với bit Bảng 1.1: Chức nhiệm vụ chân LCD Kí hiệu Điện áp Điều kiện Giá trị chuẩn Min Typ Max Vdd = +5v 4,7 5,3 Đơn vị vào Vdd Vdd= +3v 2,7 5,3 V 1,2 mA - Dòng cung cấp Idd Vdd= 5V - thời -200C - - 00C 4.2 4.8 5.1 250C 3,8 4,2 4,6 bình 500C 3,6 4,0 4,4 thường 700C - - - 4,2 4,6 Điện áp ở Vdd Vo nhiệt độ V Điện áp led VF 250C - V hình LCD Bảng 1.2.Giá trị điện áp LCD - Để hiển thị chữ số, mã ASCII chữ từ A đến Z, a đến z số từ - gửi đến chân bật RS = Cũng có mã lệnh gửi đến LCD để xố hình đưa trỏ đầu dòng nhấp nháy trỏ Bảng 12.2 liệt kê mã lệnh Cũng có thể sử dụng RS = để kiểm tra bít cờ bận xem LCD sẵn sàng nhận thông tin chưa - Để hiển thị chữ số, mã ASCII chữ từ A đến Z, a đến z số từ - gửi đến chân bật RS = Cũng có mã lệnh gửi đến LCD để xố hình đưa trỏ đầu dòng nhấp nháy trỏ Bảng 12.2 liệt kê mã lệnh Cũng có thể sử dụng RS = để kiểm tra bít cờ bận xem LCD sẵn sàng nhận thông tin chưa - Khi R/W = RS = cờ bận D7 thực chức sau: Nếu D7 = (cờ bận 1) có nghĩa LCD bận công việc bên không nhận thơng tin nào, D7 = LCD sẵn sàng nhận thơng tin Trong trường hợp cần kiểm tra cờ bận trước ghi liệu lên LCD - Gửi có trễ lệnh liệu đến LCD Để gửi lệnh đến LCD, cần đưa chân RS = 0, để gửi liệu bật RS=1.Sau đó, gửi sườn xung cao xuống thấp đến chân E để cho phép chốt liệu LCD 1.2.2 Giới thiệu vi điều khiển PIC16F877A Hình 1.2:Vi điều khiển PIC16F877A Ngày nay, vi điều khiển có ứng dụng ngày rộng rãi lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội, đặc biệt lĩnh vực tự động hóa điều khiển từ xa Giờ với nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu hóa (thời gian, khơng gian, giá thành).Tính bảo mật, tính chủ động cơng việc…ngày đòi hỏi khắt khe.Việc đưa công nghệ lĩnh vực thiết kế mạch điện tử đáp ứng nhu cầu hồn tồn cần thiết mang tính thực tế cao Khối xử lí trung tâm mà đóng vai trò làPIC16F877A làm nhiệm vụ tiếp nhận xử lí liệu đến cách tự động Đề tài sử dụng PIC16F877A ưu điểm vượt trội so với vi điều khiển khác Về mặt tính cơng có thề xem PIC vượt trội nhiều so với 89 với nhiều module tích hợp sẵn ADC 10 BIT, PWM 10 BIT, EEPROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER…Về mặt giá có đơi chút chênh lệch giá 89S52 khoảng 40.000 PIC16F877 80.000 so sánh ta nên xem lại phần linh kiện cho việc thiết kế mạch dùng 89 muốn có ADC bạn phải mua ADC chẳng hạn ADC 0808 hay 0809 với giá vài chục ngàn Opamp sử dung PIC tích hợp cho ta sẵn module có nghĩa bạn ko cần mua ADC, Opam, EPPROM PIC có sẵn Ngồi gặp nhiều thuận lợi thiết kế board, board mạch nhỏ gọn đẹp dễ thi công nhiều, tính giá tổng cộng lúc thành phẩm PIC có thể xem rẻ 89 Một điều đặc biệt tất PIC sử dụng có chuẩn PI tức chuẩn cơng nghiệp thay chuẩn PC (chuẩn dân dụng) Ngồi ra, PIC có ngơn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngồi ngơn ngữ Asembly có ngơn ngữ C có thề sử dụng CCSC, HTPIC, MirkoBasic,…và nhiều chương trình khác để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngơn ngữ kinh điển asmbler sử dụng MPLAB IDE Bên cạnh với bề dày phát triển lâu đời PIC tạo nhiều diễn đàn sôi PIC ngồi nước Chính có nhiều thuận lợi việc dễ dàng tìm kiếm thơng tin lập trình cho dòng PIC 10 1.2.3 Giới thiệu cảm biến nhiệt LM35 LM35 họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao có điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Họ cảm biến khơng u cầu chỉnh ngồi vốn chỉnh Hình 1.5: Sơ đồ chân cảm biến nhiệt độ LM 35 LM35 cảm biến nhiệt độ analog ,nhiệt độ xác định cách đo hiệu điện ngõ LM 35 Đơn vị nhiệt độ : 0C Có mức điện áp thay đổi trực 0C ( 10 mV/0C) Có hiệu cao,cơng suất tiêu thụ 60 uA Sản phẩm không cần phải chỉnh nhiệt đội sử dụng Độ xác thực tế : 1/4 0C ở nhiệt độ phòng ¾ 0C ở ngồi khoảng -55 0C tới 150 0C Chân + Vs (1) chân cung cấp điện áp cho LM 35 DZ hoạt động từ – 20 V Chân Vout ( 2) chân điện áp đầu LM35 đưa vào chân Analog ADC Chân GND chân nối mass: Chân này tránh hỏng cảm biến làm giảm sai số trình đo 13 * Phối hợp tín hiệu nối ghép LM35 Phối hợp tín hiệu thuật ngữ sử dụng rộng rãi lĩnh vực thu nhận liệu Hầu hết cảm biến đưa tín hiệu dạng điện áp, dòng điện, dung kháng trở kháng Tuy nhiên, cần chuyển đổi tín hiệu điện áp để đưa đến đầu vào chuyển đổi ADC Sự chuyển đổi (biến đổi) gọi chung phối hợp tín hiệu Nhiệt độ Vin Vout (D7 - (OC) (mV) DO) 0 0000 0000 10 0000 0001 20 0000 0010 10 30 100 0000 0011 0000 1010 30 300 0001 1110 Bảng 1.3:Nhiệt độ Vout ADC804 Phối hợp tín hiệu có thể chủn dòng điện thành điệa áp khuyếch đại tín hiệu Ví dụ, cảm biến nhiệt thay đổi trở kháng theo nhiệt độ Sự thay đổi trở kháng cần chuyển thành điện áp để ADC có thể sử dụng Xét trường hợp nối LM35 tới ADC804 VI ADC804 có độ phân dải bit với tối đa có 256 mức (28), LM35 (hoặc ML34) tạo điện áp ỈOmV 14 CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÀN PHUN SƯƠNG THEO NHIỆT ĐỘ 2.1 Quá trình đo nhiệt độ Quy trình đo Đối Cảm Chuyển Xử lý Hiển tượng đổinhiệt độ LM35: Thị Một số thông số chínhbiến cảm biến đo ADCtích hợp xác cao mà điện áp Cảm cần biếnđo LM35 cảm biến nhiệt mạch đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng khơng u cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Đặc điểm cảm biến LM35 + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V + Độ phân giải điện áp đầu 10mV/°C + Độ xác cao ở 25 C° 0.5° C + Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55 °C - 150° C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau : - Nhiệt độ -55 C điện áp đầu -550mV - Nhiệt độ 25° C điện áp đầu 250mV - Nhiệt độ 150° C điện áp đầu 1500mV Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ °Cđến 150°C • Tính tốn nhiệt độ đầu phép đo hiển thị Việc đo nhiệt độ dụng LM35 thông thường sử dụng cách LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Như ta có Bộ ADC bit giá trị ADC từ 0-256 (2^18) Vì bước thay đổi mỡi lần nhiệt độ thay đổi n==19,5mv 15 Tại độ C giá trị đầu LM35 0mV tương ứng với ADC = Với ADC = điện áp tương úng 19,5mV mà LM35 thay đổi 10mV Nên giá trị ADC thay đổi đơn vị nhiệt độ phải thay đổi (19,5mV/10mV) = 1,95 Khi thay đổi độ điện áp LM35 thay đổi 10mV Vì cơng thức nhiệt độ T= • Sai số LM35 +Tại độ điện áp LM35 10mV + Tại 150 độ C điện áp LM35 1.5V ==> Giải điện áp ADC biến đổi 1.5 - 0.01 = 1.49 (V) + Độ phân giải bước €===20m (V) Tả tính sai số củả LM35 đo X=% 16 2.2.Sơ đồ khối mạch Khối nguồn Cảm biến đo nhiệt độ Vi điều khiển Hiển thị nhiệt độ Nguyển lý hoạt động chung mạch : Khối nguồn có nhiện vụ cấp nguồn 5V Nguồn chung cho toàn mạch hoạt đông,Cảm biến đo nhiệt độ ở LM35 với tín hiệu vào nhiệt độ tín hiệu tín hiệu tương tự chuyển cho khối vi điều khiển.Khối vi diều khiển gồm ADC0804 có nhiệm vụ chuyển tín hiệu tương tự nhận sang tín hiệu số IC 89C51 kết nối với ADC hiên thị LCD 17 2.3 Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động mạch - Nguyên lí hoạt động mạch : cảm biến lm35 nhận đo giá trị môi trường cảm ứng xuất liệu kiểu tương tự vào vi điều khiển để xử lí Các nút nhấn để cài đặt giá trị nhiệt độ vào vi điều khiển Vi điều khiển so sánh giá trị nhận từ cảm biến với giá trị cài đặt từ nút nhấn - Nếu giá trị nhận thấp giá trị cài đặt từ nút nhấn đầu vi điều khiển ở mức thấp ( mức 0) =>> máy bơm không chạy - Nếu giá trị nhận cao giá trị cài đặt từ nút nhấn đầu vi điều khiển ở mức cao( mức 1) Lúc led nối với chân đầu vi điều khiển cấp điện sáng Led nối với lớp cách li quang, lớp cách li quang có tín hiệu điều khiển khiến dòng qua trở hạn dòng qua transitor làm cuộn hút rơ le sáng , tiếp điểm thường mở rơ le nối với quạt đóng lại mạch kín =>> máy bơm chạy 18 2.4 Sơ đồ Board mạch 19 2.5 Xây dựng mơ hình 20 CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH, ĐIỀU KHIỂN 3.1 Chương trình #include int8 CheDo=0; int8 NhietDoMax[] = {30,35}; void _DieuKhien(int8 TenTai, int1 TrangThai); #INT_EXT void NgatINT0(void) { CheDo=CheDo+1; if(CheDo>2) { CheDo=0; } } void main() { //khai bao cac bien cuc bo o day int16 GiaTriADC; float Tam; int8 NhietDo[2]; int8 i; int32 Tong[2]; setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_adc_ports(AN0_AN1_AN2_AN3_AN4); clear_interrupt(INT_EXT); enable_interrupts(INT_EXT); enable_interrupts(INT_EXT_H2L); enable_interrupts(GLOBAL); lcd_init(); lcd_putc('\f'); //output_bit(PIN_C0,0); //output_bit(PIN_C1,0); _DieuKhien(1,0); 21 _DieuKhien(2,0); while(TRUE) { //TODO: User Code /* theo ly thuyet ta co cu 5000mv > 1023 adc vay x < GiaTriADC => x = (5000*GiaTriADC)/1023 mat khac theo datasheet thi: cu 10mv > 1C vay (5000*GiaTriADC)/1023 > y => y = ((5000*GiaTriADC)/1023)/10 = (500*GiaTriADC)/1023 */ while(CheDo==0) { Tong[0]=0; Tong[1]=0; for(i=1;i60) { NhietDoMax[0]=30; } } else if(DOWN==0) { while(DOWN==0); NhietDoMax[0]=NhietDoMax[0]-1; if(NhietDoMax[0]60) { NhietDoMax[1]=30; } } else if(DOWN==0) { while(DOWN==0); NhietDoMax[1]=NhietDoMax[1]-1; if(NhietDoMax[1]