BÁO CÁO MÔN HỌC VI ĐIỀU KHIỂN: ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ PHUN SƯƠNG SỬ DỤNG IC DS18b20 HIỂN THỊ THÔNG TIN LÊN LCD

ĐẠI HỌC LẠC HỒNG
KHOA CƠ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
---

BÁO CÁO MÔN HỌC VI ĐIỀU KHIỂN
ĐỀ TÀI THIẾT KẾ BỘ PHUN SƯƠNG SỬ DỤNG IC DS18b20 HIỂN
THỊ THÔNG TIN LÊN LCD

SVTH:

GVHD:

BÙI THẾ NAM
NGUYỄN HỒNG LONG
NGUYỄN DUY MẠNH
Th.S NGƠ KIM LONG

ĐỒNG NAI, 2021

1


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU......................................................................................... 3
1.1 Lý do chọn đề tài........................................................................................3
1.2 Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 3
1.3 Phạm vi nghiên cứu....................................................................................3
1.4 Kết quả đạt được........................................................................................ 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................... 4
2.1 Sơ đồ khối hệ thống................................................................................... 4
2.2 Nguyên lí hoạt động...................................................................................4

2.3 lý do chọn thiết bị.......................................................................................4
2.4 Phần cứng...................................................................................................5
2.4.1 Vi xử lí : STM32F407..................................................................... 5
2.4.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B20...........................................................6
2.4.3 Module relay....................................................................................8
2.4.4 LCD 16x2 nền xanh dương chữ trắng 5v........................................9
2.4.5 Nút nhấn........................................................................................ 10
2.4.6 Động cơ phun sương 12v.............................................................. 11
2.4.7 Hệ thống ống phun sương............................................................. 12
2.5 Phần mềm hỗ trợ lập trình....................................................................... 13
2.5.1 STM32cubeMX:............................................................................13
2.5.2 KeilC V5 :......................................................................................13
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG.............................................................. 14
3.1 Bài toán đặt ra.......................................................................................... 14
3.2 Thống kê I/O............................................................................................ 14
3.3 Cấu hình CubeMX................................................................................... 14
3.4 Sơ đồ giải thuật........................................................................................ 16
3.5 Viết code cho hệ thống............................................................................ 17
3.6 Mạch thực tế.............................................................................................26
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ..................................................................................... 27
4.1 Kết quả thuật toán.................................................................................... 27
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN...................................................................................28

2


CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt
là thành công của của cuộc cách mạng kĩ thuật 4.0 làm cho thế giới chúng ta

ngày càng thay đổi, cuộc sống trở nên văn minh, hiện đại hơn.
Cùng với sự phát triển đó thì việc vận dụng các vi điều kiển để hỗ trợ và
phục vụ cho các nhu cầu về đời sống hằng là điều tất yếu. Trong đời sống việc
thay đổi điều chỉnh nhiệt độ rất cần thiết, dựa vào nhu cầu trên chúng em đã lựa
chọn nghiên cứu mơ hình đo nhiệt độ và hiển thị ra LCD để giúp điều chỉnh
nhiệt độ mà người sử dụng mong muốn.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của bộ sản phẩm:
o Sử dụng để đo nhiệt độ.
o Người sử dụng tùy chỉnh phun sương.
1.3 Phạm vi nghiên cứu
o Phần cứng
- Mua PCB có sẵn trên thị trường.
- Thiết kế PCB trên các tầng moden
- Xử lí các vấn đề do phần cứng phát sinh ( nhiễu ).
- Sử dụng phần cứng IC DS18b20, Led LCD
o Phần mềm
- Nghiên cứu, đưu ra giải pháp lập trình và code trên phần mềm
Keil uVision5
1.4 Kết quả đạt được
o Người dùng có thể tự điều chỉnh được giới hạn nhiệt độ.
o Thiết bị sẽ tự động điều chỉnh bộ phun sương thông qua giá trị cài
đặt.
o Người dùng giám sát được nhiệt độ qua màn hình LCD.
3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

2.2 Ngun lí hoạt động
Nguyên lí hoạt động của sơ đồ khối: Khi cho điện áp qua khối nguồn cho vi
điều khiển, khi đó chương trình trong vi điều khiển sẽ làm việc, đồng thời bộ tạo
xung dao động tạo xung nhịp với tần số 12MHz cho VĐK hoạt động. Khi nhiệt
độ đến ngưỡng nhất định thì khối cảm biến sẽ hoạt động truyền thông tin qua
khối diều khiển trung tâm, từ khối điều khiển trung tâm thông tin sẽ được hiển
thị qua khối hiển thị đồng thời lúc này khối xử lý cũng sẽ hoạt động để xử lý
thông tin và cung cấp ngược cho khối điều khiển trung tâm để điểu khiển máy
bơm phun sương hoạt động.
2.3 lý do chọn thiết bị
- STM32F4 là phần cứng đang trong quá trình học, chọn thiết bị đang học là
lựa chọn đúng đắn vừa giúp nhóm bổ xung kiến thức thực tế mới vừa đảm bảo
kiến thức cũ được học và được thực hành trực tiếp trên thiết bị này.
- DS18b20 là thiết bị cảm ứng nhiệt độ có mức chính xác gần như tuyệt đối,
việc lập trình cùng với vận hành tương đối dễ với sinh viên, đây là thiết bị được
dùng đến nhiều nhất khi thi cơng mơ hình sử dụng cảm biến nhiệt độ.

4


- Led LCD nhóm quyết định chọn thiết bị này vì thiết bị có sẵn thư viện để
trực tiếp thi cơng, trong q trình học nhóm được tiếp xúc với nhiều thiết bị
tương tự nên vận hành khá dễ dàng và tương đối nhanh, tiết kiệm nhiều thời gian
để hoàn thành báo cáo.
2.4 Phần cứng
Với đề tài đo nhiệt độ này thì phần cứng bao gồm :
- Kit STM 32F407 – DISCOVERY.
- DS18B20.

- Module relay.
- LCD 2004 nền xanh lá chữ trắng 5v kèm I2C.
- Nút nhấn
- Động cơ phun sương 12v.
- Hệ thống ống phun sương.

2.4.1 Vi xử lí : STM32F407VET6
- Kit STM32F407VET6 hiện là loại kit được sử dụng ở rất nhiều trường đại
học hiện nay trong giảng dạy vi điều khiển ARM, nếu so sánh về ngoại vi
và sức mạnh của STM32 so với các dòng ARM của các hãng khác thì ở
cùng 1 tầm giá, ARM của ST vượt trội về cấu hình và ngoại vi hơn rất
nhiều.
- Vi điều khiển chính: STM32F407VET6 microcontroller featuring 32-bit
ARM Cotex-M4F core, 1MB Flash , 192 KB RAM in an LQFP100
package.
- Tích hợp sẵn mạch nạp và debug STLINK/V2
- Nguồn cấp từ cổng usb mini qua các ic nguồn chuyển thành 3.3V để cấp
co MCU
- Có sẵn các chân nguồn: 3V và 5V
5


- Có các cảm biến gia tốc: LIS302DL, ST MEMS motion senser, 3- axits
- Có 2 led
- Có led thơng báo trạng thái nguồn
- Tích hợp nút nhấn cho người sử dụng và nút reset
- Giá bán dao động từ 400-500 ngàn đồng

Hình 2.2 Kit STM 32F407VET6

2.4.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 1-Wire Digital Temperature Sensor IC được
sử dụng để đo nhiệt độ môi trường với chuẩn giao tiếp 1-Wire (1 chân Data duy
nhất) rất dễ kết nối và lập trình, cảm biến có chất lượng tốt, độ bền cao.
cần nối chân Data của cảm biến lên mức cao VCC qua điện trở kéo 4k7
Ohm hoặc 10k Ohm trước khi kết nối với Vi điều khiển.
6


Thơng số kỹ thuật
- Điện áp sử dụng: 3~5.5VDC
- Dịng tiêu thụ: 1~1.5mA
- Chuẩn giao tiếp: Digital TTL 1-Wire (chỉ 1 chân Data duy nhất, lưu ý
cần nối chân Data của cảm biến lên mức cao VCC qua điện trở kéo
4k7 Ohm hoặc 10k Ohm trước khi kết nối với Vi điều khiển).
- Khoảng nhiệt độ đo được: -55~125°C
- Độ chính xác (sai số): ±0.5°C
- Độ phân giải: 9~12 bit (có thể thiết đặt)
- Thời gian phản hồi < 750ms
- Kiểu chân: TO-92
- Datasheets của DS18B20

Hình 2.3.a Cảm biến DS18B20

Hình 2.3.b Module cảm biến DS18B20

7


2.4.3 Module relay.

Mạch 1 Relay Opto chọn mức kích High/Low (12VDC) được sử dụng để
bật, tắt thiết bị AC/DC qua Relay, mạch có thể tùy chọn kích bằng mức cao hoặc
thấp (High/Low) qua Jumper, ngồi ra mạch cịn bổ sung thêm Opto cách ly cho
độ an toàn và chống nhiễu vượt trội (một số mạch trên thị trường khơng có Opto),
thích hợp với các ứng dụng bật tắt, điều khiển thiết bị qua Relay .
Thông số kỹ Thuật
- Điện áp sử dụng: có ba loại 12VDC .
- Dịng tiêu thụ: khoảng 200mA /1Relay .
- Tín hiệu kích: Tùy chọn mức cao High (12VDC theo loại Relay)
hoặc thấp Low (0VDC) qua Jumper.
- Tiếp điểm đóng ngắt Relay trên mạch: Max 250VAC-10A hoặc
30VDC-10A (Đểan tồn nên dùng cho tải có cơng suất <100W).
- Kích thước: 1.97 in x 1.02 in x 0.75 in (5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm) .

Hình 2.4: Mạch 1 Relay Opto Chọn Mức Kích High/Low (12VDC).

8


2.4.4 LCD 16x2 nền xanh dương kèm I2C 5v
Màn hình text LCD 16x2 xanh dương, có khả năng hiển thị 2 dịng với mỗi
dịng 20 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử
dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động là 5V.
- Kích thước: 98 x 60 x 13.5 mm.
- Chữ trắng, nền xanh dương.
- Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với
Breadboard.
- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi

dây điện.
- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử
dụng ít điện năng hơn.
- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu.
- Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật.
- Datasheets
Chân

Ký hiệu

Mô tả

1

VSS

GND

2

VCC

Nguồn 5V

3

SCL

Độ tương phản

4

SDA

Lựa chọn giá trị

Giá trị

Bảng 2.1. Mô tả các chân của I2C

9


Hình 2.5 Màng hình LCD 16x2 kèm I2C

2.4.5 Nút nhấn
o Điện áp hoạt động của nút nhấn 5V
o Hình thức tiếp xúc: SPDT Loại tiếp xúc: 1 NO + 1 NC.
o Loại cơ cấu: Tạm thời/Tự giữ (tùy chọn).
o Màu đèn LED (màu nút bấm): Đỏ / Xanh lá / Xanh dương / Vàng / Trắng (tùy
chọn) .
o Đặc trưng: Không thấm nước .
o Vật liệu tiếp xúc: Hợp kim bạc.
o Loại cơ cấu:

- Tạm thời: Ấn và giữ để BẬT, thả sang TẮT.
- Tự giữ (duy trì): Ấn để BẬT và KHÓA, ấn một lần nữa để đặt lại.

10

Hình 2.6 nút nhấn
2.4.6 Động cơ phun sương 12v.

Bơm phun sương hay còn gọi là bơm tạo sương được kết hợp bởi những
ưu điểm của máy bơm tự mồi và bơm hóa chất. Bơm được sản xuất bằng nhiều
loại vật liệu nhập khẩu có khả năng chống ăn mịn. Bơm có kích thước nhỏ gọn,
dịng điện tiêu thụ thấp, áp suất cao, tiếng ồn thấp, tuổi thọ dài. Với khả năng
chịu dầu, chịu nhiệt, kháng axit, kháng kiềm, kháng hóa chất, chống ăn mòn…
Thân máy bơm được tách ra khỏi động cơ và khơng có bộ phận cơ học nên
khơng có sự ăn mịn trong thân máy
bơm.
Thơng số kỹ thuật
- Điện áp định mức: 12VDC
- Dịng định mức: 2.1A
- Cơng suất: 60W
- Lưu lượng: 5L / phút
- Áp suất: 0.8 MPA
- Đầu ren: 17.8mm
- Đầu ống: 10mm
- Trọng lượng: 0.56 kg
11


- Lực hút: 1 mét
- Lực đẩy tối đa: 35 mét
- Lưu lượng: 2.6 lít / phút
- Trọng lượng: 0.58kg
- Khơng có rơ le tự ngắt khi đủ áp lực.
2.4.7 Hệ thống ống phun sương.

Bao gồm ống nhựa mềm và các béc phun sương áp dụng cho công việc tưới tiêu và giải
nhiệt
Thông số kỹ thuật
o Ống nhựa :

o Béc phun sương :

- Ống LDPE ( ống đen dẻo )
- Chất liệu: Nhựa mềm PVC.
- Chất lượng: Hàng chất lượng
cao

- Màu sắc: Đen.

- Nhựa ABS, POM
- Số đầu tưới: 5 họng phun.
- Bán kính tưới: 1m
- Lưu lượng tưới: 25-35l/h

- Đặc điểm kỹ thuật: Đường
kính trong: 4mm

- Áp suất làm việc: 2.5-4.5 Bar

- Độ dày: 1,2-1.5mm.

- Bộ sản phẩm gồm: cút nối gờ

- Tính năng: Ống tưới nhỏ giọt

5mm- ống LDPE 5mm - cục
đối trọng - van chống rỉ - đầu
béc phun 5 tia

Hình 2.8 Béc phun sương

12


2.5 Phần mềm hỗ trợ lập trình
2.5.1 STM32cubeMX:
STM32CubeMX là một cơng cụ hỗ trợ cấu hình và tạo code cho MCU STM32.
Tất cả các cơng việc cấu hình, nâng cấp đều được thực hiện qua giao diện đồ họa. Việc
này giúp cho việc lập trình trên STM32 dễ dàng hơn, rút ngắn được thời gian nghiên
cứu và phát triển.

Hình 2.9 Phần mềm STM32cube MX

2.5.2 KeilC V5 :
Hiện nay có khá nhiều trình biên dịch ngơn ngữ C cho 8051 như Mikro C, IAR,SDCC,
Reads 51…µVision là mơi trường phát triển tích hợp (IDE: Integrated Development Environment,
trình soạn thảo ngơn ngữ C, trình biên dịch và debug) của cơng ty Keil Software, và thường được
gọi là Keil C.

Hình 2.10 Phần mềm Keilc V5

13


CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CƠNG

3.1 Bài tốn đặt ra
Đo nhiệt độ dùng IC DS18b20 hiển thị trên LCD với u cầu: Nếu nhiệt độ
nóng > t0 mong muốn, thì điều khiển mở hệ thống phun sương, thời gian phun
sương mỗi lần là phút (t0 và xx phút do người dùng thiết lập bằng nút nhấn).
3.2 Thống kê I/O
Dựa vào sơ đồ nguyên lý nhóm em có thống kê về các I/O ngõ vào và ngõ ra của vi
xử lý :
PORT

PIN

CẤU HÌNH

GPIOA

Pin 1,2,3,4,5

INPUT

GPIOB

Pin 14

OUTPUT

Pin15

INPUT

3.3 Cấu hình CubeMX

Hình 3.1 khai báo I2C
14


Hình 3.2 khai báo ngõ vào, ra.

Hình 3.3 Cài đặt tần số
15


3.4 Sơ đồ giải thuật

Hình 3.4 Sơ đồ giải thuật

16


3.5 Viết code cho hệ thống

17


18


19


20

21


22


23


24


25