BÁO cáo TIỂU LUẬN CUỐI kì môn học hệ THỐNG NHÚNG điện tử thiết kế một mạch đo nhiệt độ, độ ẩm từ việc sử dụng LPC 2103

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN

BÁO CÁO TIỂU LUẬN CUỐI KÌ
MƠN HỌC: HỆ THỐNG NHÚNG-ĐIỆN TỬ
Lớp học phần: 420300343301
Nhóm: 6
GVHD: NGUYỄN MINH NGỌC

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2022


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN

MƠN HỌC: HỆ THỐNG NHÚNG-ĐIỆN TỬ
Lớp học phần: 420300343301
Nhóm: 6
STT

HỌ VÀ TÊN

MSSV

LỚP

1

NGUYỄN VĂN PHONG

19504191

DHDTVT15A

2

NGUYỄN NHÂN HẬU

19518601

DHDTVT15A

3

NGUYỄN ĐỖ NHẬT HUY

19517741

DHDTVT15A

4

LÊ CƠNG HỒNG

19514341

DHDTVT15A

5

TRƯƠNG VĂN THOẠI

19475531

DHDTVT15A

6

NGUYỄN TẤN LỘC

19484511

DHDTVT15A

7

NGUYỄN TRƯƠNG QUANG NHẬT

19504091

DHDTVT15A

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2022


MỤC LỤC
A.Tổng quan, đặt vấn đề..................................................................................................4
1.1 Đặt vấn đề...............................................................................................................4
1.2. Mục tiêu đề tài, chủ đề..........................................................................................4

1.3 Mục tiêu chính........................................................................................................5
B.Thiết kế sơ đồ đặc tả.....................................................................................................5
1. Tên đề tài..................................................................................................................5
2. Các bước đặc tả sản phẩm.......................................................................................6
C. Chủ đề.......................................................................................................................... 6
D. Cơ sở lý thuyết.............................................................................................................7
1. LPC2103...................................................................................................................8
1.1 Thông số kỹ thuật...............................................................................................8
1.2 Sơ đồ chân của LPC2103...................................................................................8
1.3: Chức năng của các chân liên quan...................................................................9
2. Linh kiện trong đề tài.............................................................................................10
2.1 Thông số kỹ thuật.............................................................................................11
2.2 Sơ đồ kết nối chân............................................................................................12
3. Phần mềm sử dụng.................................................................................................13
3.1 Proteus..............................................................................................................14
3.2 Keil C................................................................................................................. 14
E. THIẾT KẾ CÁC ỨNG DỤNG………………………………………………………
1. ỨNG DỤNG_BÀI TẬP 1……………………………………………………..
2. ỨNG DỤNG_BÀI TẬP 2……………………………………………………..
F. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ………………………………………………………………

1


A. TỔNG QUAN, ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:
Cuộc sống ngày nay, công nghệ và đời sống luôn đi đôi với nhau, đóng vai
trị trong nhiều yếu tố tác động đến q trình sản xuất và con người. Trong đó
nhiệt độ, độ ẩm cũng không phải ngoại lệ, được đề cập rất nhiều nên mạch đo
nhiệt độ, độ ẩm ra đời là một sự tất yếu. Với sự phát triển của công nghệ hiện

nay việc sản xuất mạch đo nhiệt độ, độ ẩm đơn giản mà độ chính xác cao để áp
dụng trong thực tế đóng vai trị ảnh hưởng đến cuộc sống con người, sản xuất
một cách thuận tiện. Cho nên hầu hết được các nhà máy sản xuất, hàng hóa,
bảo quản sử dụng nhiều. Trong y tế được sử dụng rộng rãi trong các phòng
điều trị cho bệnh nhân, cũng như được áp dụng hấu hết trong các giai đoạn dây
chuyền sản xuất. Đề tài thiết kế hệ thống nhúng dùng trong đo lường về môi
trường (nhiệt độ, độ ẩm) có thể phát triển mang tính hiệu quả hơn và thực tế
hơn trong cuộc sống hàng ngày.
1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI, CHỦ ĐỀ:
Nhiệt độ, độ ẩm là tín hiệu vật lí mà ta thường xuyên gặp trong cuộc sống
sinh hoạt hằng ngày cũng như trong kĩ thuật và cơng nghiệp. Việc đo đạc nhằm
xác định chính xác giá trị của nhiệt độ, độ ẩm theo các thang đo từ lâu đã là
một vấn đề mà những nhà khoa học ở nhiều lĩnh vực quan tâm. Do đó những
phương pháp đo đạc ngày càng một nhiều hơn và chính xác hơn. Hiện nay,
việc sử dụng cảm biến nhiệt độ, độ ẩm trong khối ngành công nghiệp và cả dân
dụng ngày càng phổ biến và mang lại hiệu quả cao.
Ngày nay việc sử dụng các thiết bị điện tử phục vụ đời sống hằng ngày rất
phổ biến. Trong đó ta có thể kể đến các thiết bị cảm ứng và hiển thị các thông
số môi trường phục vụ nhiều mục đích khác nhau nhằm tạo sự tiện lợi trong
2


sinh hoạt hằng ngày. Bắt nguồn từ mục đích đó, nhóm chúng em đã thiết kế
một mạch đo nhiệt độ, độ ẩm từ việc sử dụng LPC 2103 để thực hiện đề tài.
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
 Tìm tài liệu trên các diễn đàn tiếng anh.
 Search youtube các phần về external Interrupt để hỗ trợ cho việc mục lục
tìm kiếm dễ dàng, proteus.
 Tìm tịi qua mạng facebook các trang web có liên quan đến bài học về
Interrupt.

B. THIẾT KẾ HỒ SƠ ĐẶC TẢ:
1. TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG NHÚNG DÙNG TRONG ĐO LƯỜNG VÀ
PHÁT TÍN HIỆU CHUẨN ( VỀ MÔI TRƯỜNG )
2. CÁC BƯỚC ĐẶC TẢ SẢN PHẨM

ST
T
1

Specification

Describe
 Đo được các thông số từ môi trường ( nhiệt độ, độ ẩm..)

Product
 Nhận thông số thông qua các thiết bị cảm biến.
Specification
 Cảnh báo khi các thông số vượt quá mức cho phép.

 Ứng dụng đa dạng như trong nhà thông minh, trồng trọt,…

2

 Input : Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.

Engineering  Output : Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm.
Specification
 Interface user : Màn hình LCD, Oscilloscope.
- Vi điều khiển LPC 2103 16bit/32bit ARM7TDMI-S, cảm

biến nhiệt độ, độ ẩm DHT11, LCD.
- Vi điều khiển đọc các giá trị cảm biến hiển thị sóng lên
Oscilloscope và hiển thị số ra LCD.
3


3

4

Hardware
Specification

GSM

 Giao tiếp bằng vi điều khiển LPC2103.
Software
 Hệ thống tự động đo và xuất dữ liệu ra LCD và
Specification
Oscilloscope
 Đọc giao diện bàn phím.
 Đọc cảm biến nhiệt độ, độ ẩm,…
 Cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm,…
 Qua q trình thử nghiệm:

5

+ Đo được thơng số nhiệt độ, độ ẩm.
Test
Specification + Xuất tín hiệu chuẩn ra Oscilloscope.

+ Hiển thị thông số cụ thể ra LCD.
+ Kiểm tra LCD

C. CHỦ ĐỀ:
Cảm biến đo các thông (nhiệt độ, độ ẩm) truyền về LPC2103 sau đó từ các chân
P0.0 đến P0.5 xuất tín hiệu số ra LCD, và từ chân P0.8 và P0.9 xuất ra 2 kênh của
Oscilloscope.

4


D. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. LPC2103:
1.1 THÔNG SỐ KỸ THUẬT:
Bộ vi điều khiển 16 bit / 32bit ARM7TDMI-S
2 kB / 4 kB / 8kB RAM tĩnh trên chip và 8 kB / 16kB / 32kB của bộ nhớ flash
trên chip. Xung nhịp tối đa 70 MHz.
ISP/IAP sử dụng chế độ bootloader. Có thể xóa 1 sector hoặc tồn bộ chip
trong thời gian 1ms, lập trình 256 bytes trong thời gian 1ms
EmbeddedICE RT cung cấp tính năng gỡ lỗi thời gian thực với phần mềm
RealMonitor trên chip.
Bộ chuyển đổi A/D với 8 đầu vào Analog.
2 Bộ timer 32 bit/ bộ đếm sự kiện ngoài với 7 Capture và 7 bộ so sánh kênh.
2 Bộ timer 16 bit/bộ đếm sự kiện ngoài với 3 Capture và 7 bộ so sánh kênh.

5


Đồng hồ thời gian thực (Real Time Clock) nguồn độc lập và clock vào 32
kHz.

Đa giao tiếp kết nối bao gồm 2 UARTs (16C550), 2 I2C bus (400kbit/s), SPI
và SSP với khả năng đệm và độ dài dữ liệu thay đổi.
Vector ngắt có địa chỉ truy cập và các mức ưu tiên.
Đến 32 chân xuất nhập ở mức điện áp 5V.
Có 13 chân ngắt ngồi theo mức hoặc cạnh.
Bộ dao động tích hợp trên chip hoạt động với dao động thạch anh bên ngoài
tần số từ 1 MHz đến 25 MHz.
Các chế độ tiết kiệm năng lượng bao gồm chế độ chờ, chế độ ngắt nguồn với
RTC đang hoạt động và chế độ tắt nguồn.
Đánh thức bộ xử lý chế độ tắt nguồn thơng qua ngắt bên ngồi hoặc RTC.
Bật/ tắt các chức năng ngoại vi cũng như việc tính tốn clock ngoại bi cho
việc tối ưu hóa nguồn điện.
1.2 SƠ ĐỒ CHÂN CỦA LPC2103:

Hình 1. Sơ đồ chân của LPC2103 48 chân
1.3 CHỨC NĂNG CỦA CÁC CHÂN LIÊN QUAN:
6


Kí hiệu

Chân

Loại

Mơ tả

P0.0/TXD0/

13

I/O

P0.0 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra

MAT 3.1

P0.1/RXD0/

mục đích chung.

14

O

TXD0 đầu ra phát cho UART0.

O

MAT3.1 PWM 1 cho Timer 3.

I/O

P0.1 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra

MAT3.2

P0.2/SCL0/

mục đích chung.

18

I

RXD0. Đầu vào nhận cho UART0.

O

MAT3.2 PWM 2 cho TIMER 3.

I/O

P0.2 Chân số đầu vào / đầu ra mục

CAP0.0

đích chung. Đầu ra là cổng mở.
I/O

SCL0. Đồng hồ IC Đầu vào / đầu ra.
Ngõ ra hở (để tuân thủ I2C-bus)

I

CAP0.0 Capture đầu vào hoặc Timer
0, kênh 0.

P0.3/SDA0/

21

I/O

MAT0.0

Chân số đầu vào / đầu ra mục đích
chung P0.3. Đầu ra là cổng mở.

I/O

SDA0. Nhập / xuất dữ liệu I2C0. Ngõ
ra hở (đối với I2C - tuân thủ bus).

O

Ngõ ra MAT0.0 PWM cho đầu ra
TIMER 0, kênh 0. Là ngõ hở.

P0.4/SCK0/

22

I/O

CAP0.1

P0.4 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra
mục đích chung.

I/O

Đồng hồ nối tiếp SCK0 cho SPI0.
Đồng hồ SPI đầu ra từ chủ hoặc đầu
vào phụ.

I

Đầu vào CApture CAP0.1 cho kênh
7


TIMER 0 1.
P0.5/MISO0/

23

I/O

MAT0.1

P0.5 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra
mục đích chung.

I/O

MISO0. Chủ đầu ra cho SPI0. Đầu ra
dữ liệu từ SPI hoặc dữ liệu đầu vào
SPI phụ.

O

Đầu ra MAT0.1 PWM cho TIMER 0
kênh 1.

P0.8/TXD1/

29

I/O

MAT2.1

P0.8 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra
mục đích chung.

O

Đầu ra máy phát TXD1 cho UART1

O

Đầu ra MAT2.1 PWM cho TIMER 2
kênh 1.

P0.9/RXD1/

30

I/O

MAT2.1

P0.9 chân kỹ thuật số đầu vào / đầu ra
mục đích chung.

I

Đầu vào bộ thu RXD1 cho UART1.

O

Đầu ra MAT2.2 PWM cho TIMER 2
kênh 2.

RTCX1

20

I

Đầu vào cho mạch dao động RTC

RTCX2

25

O

Đầu ra từ mạch dao động RTC

XTAL1

11

I

Đầu vào cho mạch dao động và mạch
tạo xung nhịp bên trong.

XTAL2

12

O

Đầu ra từ bộ khuếch đại dao động

DBGSEL

27

I

Debug select: khi LOW, bộ phận hoạt
động bình thường. Khi HIGH, chế độ
gỡ lỗi được nhập. Nhập bằng kéo
xuống bên trong.

RST

6

I

Đầu vào đặt lại bên ngoài: A LOW
8


trên chân này đặt lại thiết bị, khiến
các cổng I / O và thiết bị ngoại vi
chuyển sang trạng thái mặc định của
chúng và quá trình thực thi của bộ xử
lý bắt đầu ở địa chỉ 0 / TTL với độ
trễ, dung sai 5V.
Vss

7,19,43

I

Ground: tham chiếu 0V.

VssA

31

I

Analog Ground: tham chiếu 0V. Đây

phải là điện áp danh định giống như
Vss nhưng phải được cách ly để giảm
thiểu tiếng ồn và lỗi.

VDDA

42

I

Analog power 3.3V supply: về danh
nghĩa, nguồn này phải có cùng điện
áp với Vdd (3v3) nhưng nên được
cách ly để giảm thiểu nhiễu và lỗi.
Mức trên chân này cũng cung cấp
mức tham chiếu điện áp cho ADC.

VDD(1V8)

5I

Nguồn cấp lõi 1.8V: đây là điện áp
cấp nguồn cho mạch bên trong và
PLL trên chip.

VDD(3V3)

17,40

I

Nguồn điện đệm 3.3V: đây là điện áp
cấp nguồn cho các cổng I / O.

2. LINH KIỆN TRONG ĐỀ TÀI:
LCD
2.1 THƠNG SỐ KỸ THUẬT:
LCD 16×2 được sử dụng để hiển thị trạng thái hoặc các thông số.
9


LCD 16×2 có 16 chân trong đó 8 chân
dữ liệu (D0 – D7) và 3 chân điều khiển (RS,
RW, EN).
5 chân còn lại dùng để cấp nguồn và đèn
nền cho LCD 16×2.
Các chân điều khiển giúp ta dễ dàng cấu
hình LCD ở chế độ lệnh hoặc chế độ dữ liệu.
Chúng cịn giúp ta cấu hình ở chế độ
đọc hoặc ghi.
LCD 16×2 có thể sử dụng ở chế độ 4 bit hoặc 8 bit tùy theo ứng dụng ta
đang làm.
2.2 SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN:
Chân 1

Vss (chân nối đất cho LCD)

Chân 2

VDD (chân cấp nguồn cho LCD)

Chân 3

VEE (chân điều chỉnh độ tương phản của LCD)

Chân 4

RS (Chân
chọn thanh
ghi)

Chân RS nối với logic “0” GND: Bus DB0-DB7 sẽ
nối với thanh ghi IR (Write) hoặc nối với bộ đếm
địa chỉ (Read)
Chân RS nối với logic “1” VCC: Bus DB0-DB7 sẽ
nối với thanh ghi dữ liệu DR

Chân 5

R/W là
chân chọn
đế độ đọc
hoặc ghi

0: LCD hoạt động ở chế độ ghi
1: LCD hoạt động ở chế độ đọc

10

Chân 6

E: Chân cho phép hoạt động

Chân 7-14 DB0-DB7: Chế độ 4 bit: dữ liệu được truyền trên 4 đường từ
Tám đường DB4 đến DB7, bit MSB là DB7
Bus truyền
dữ liệu
Chế độ 8 bit: Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường,
bit MSB là bit DB7
Chân 15

Nguồn dương cho đèn nền

Chân 16

GND cho đèn nền

3. PHẦN MỀM SỬ DỤNG:

3.1 PROTUES
Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao
gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển
như MCS-51, PIC, AVR, … Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của
Labcenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc
biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola. Phần mềm bao gồm 2
chương trình: ISIS (Intelligent Schematic Input System) cho phép mô phỏng mạch
và ARES (Advanced Routing and Editing Software) dùng để vẽ mạch in.

11

3.2 KEIL C
Keil C là chương trình hỗ trợ khá đầy đủ trong việc lập trình cho vi điều
khiển họ 8051 ngồi việc biên dịch bằng ngơn ngữ C bạn cũng có thể biên dịch
dưới dạng ASM. Đây cũng là một cách để tìm hiểu thêm về ngơn ngữ ASM rất tốt.

4. TRÌNH BÀY 5 VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
1. CONSTRAINTS:
- Độ chính xác cao
- Độ bền tốt, tuổi thọ cao > 5 năm
- Giá thành sản xuất vừa phải, trong phạm vi cho phép
- Chịu được thời tiết, nhiệt độ ngồi trời
- Sử dụng pin, có cổng sạc USB
2. FUNCTION:
- Hệ thống có cảm biến nhiệt độ, độ ẩm
- Lưu trữ thơng tin
- Đọc dữ liệu gửi về smartphone
- Có hệ thống đèn cảnh báo khi gần hết pin
3. REAL-TIME SYSTEM:
- Độ chính xác tương đối
- Hệ thống tự động ngắt khi không sử dụng
- Hệ thống không yêu cầu xử lý thời gian thực khắt khe
4. CONCURRENT SYSTEM:
- Hệ thống đồng thời quản lý nguồn pin và điều khiển các chức năng đo của
hệ thống
5. REACTIVE SYSTEM:
- Hệ thống hoạt động không liên tục, tùy thuộc vào dung lượng pin
- Hệ thống cần có chế độ reset
- Khi gần hết pin hệ thống cảnh báo

12


E. Thiết kế ứng dụng
1. Bài tập 1
a) Sơ đồ nguyên lý

b) Project cho bài tập

13


c) Code
#include <lpc21xx.h>
unsigned char UARTdata1;
unsigned char UARTdata[2] = "OK";
int i = 0;
void initUART0(void)
{
VPBDIV = 0x02;
PINSEL0 = 0x00000005;
U0LCR = 0x00000083 ;// Line Control Register (LCR) 8 bits, no Parity, 1 Stop
bit | DLAB set to 1
U0DLL = 0xC3;
// Lower 8bit for bud rate gen
U0DLM = 0x00;
// Higher 8bit for baud rate gen
U0LCR = 0x00000003; // Set DLAB=0 to lock MULVAL and DIVADDVAL
//BaudRate is now ~9600 and we are ready for UART communication!
//

U0FCR = 0x01;
//
U0FCR = 0x02;
//
U0FCR = 0x04;
//
U0FCR &= 0x3F;
}
unsigned char receiveserial (void)
{
unsigned char mydata;
while ((U0LSR & 0x01) == 0);

14


mydata = U0RBR;
return mydata;

}
void sendserial (unsigned char serdata)
{
U0THR = serdata;
while ((U0LSR & 0x20) == 0);
}
void delay_ms(unsigned int dly)
{
unsigned int i;
for(;dly>0;dly--)
//1 cycle

{
for(i=0;i<5000;i++); //1 cycle
}
}
int main(void)
{
//intPLL();
initUART0();
while (1)
{
UARTdata1 = receiveserial();
if (UARTdata1 != 0)
{
for (i=0; i<3;i++)
sendserial(UARTdata[i]);
delay_ms (50);
}
}
}

d) Kết quả

15


2. Bài tập 2
a) Sơ đồ nguyên lý

b) Project cho bài tập

16


c) Code
#include <LPC2103.h>
#include "LPC2103_define_pin.h"
//We need Fpwm = 5000 Hz; D%=10% or

D%=90%; using MAT1.1 (pin0.13)

void delay_ms(unsigned int dly)
{
unsigned int i;
for(;dly>0;dly--)
{
for(i=0;i<10000;i++);
}
}
int main(void)
{
p03_mat00;
p016_mat02;
T0TCR = 0x02;
T0PR = 0x00;
// 10000Hz
T0MR3 = 15000000/10000;
T0MCR = (1<<10);
T0PWMCON = 1<<2 |1<<0;
T0TCR = 0x01;

17


while (1)
{
// Duty 20%
T0MR0 = (1-0.2)*T0MR3;
// Duty 80%
T0MR2 = (1-0.8) *T0MR3;

}

}

d) Kết quả

18