ĐỒ ÁN " THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU VỀ MÁY TÍNH " docx

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI





ĐỒ ÁN I

THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ
VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU VỀ MÁY TÍNH




Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Trần Hoài Linh
Sinh viên thực hiện : Dƣơng Đức Tuyên
Nguyễn Văn Tuấn
Nguyễn Văn Duy
Nguyễn Văn Cao
Nguyễn Xuân Lộc









Hà Nội - 6/2013

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


2

MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU 3
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4
Giới thiệu đề tài 4
CHƢƠNG II : CƠ SỞ LÍ THUYẾT-GIẢI PHÁP 5
2.1 Cơ sở lí thuyết về đo nhiệt độ 5
2.2 Giới thiệu về DS18B20 và ATMEGA8 7
2.2.1 DS18B20 7
2.2.2 AMETGA8 10
2.3 RS 232 và MAX232 14
2.3.1 RS232 14
2.3.2 MAX232 15
2.3.3.GIỚI THIỆU VỀ RF 315 16
CHƢƠNG III THIẾT KẾ MẠCH 18
3.1 Thiết kế mạch đo nhiệt độ và truyền dữ liệu qua RF 18
3.2 Thiết kế mạch thu tín hiệu RF và truyền dữ liệu về máy tính. 19
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ CHẾ TẠO 20
CHƢƠNG V : KẾT LUẬN HƢỚNG PHÁT TRIỂN 21

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


3

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật vi xử lí ngày nay rất phát triển, nó đƣợc ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực
nhƣ sản xuất công nghiệp, tự động hóa và nhiều lĩnh vực khác nữa. So với kỹ thuật
số thì kỹ thuật vi xử lí nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó đƣợc tích hợp lại và lập trình để
điều khiển.
Với tính ƣu việt của vi xử lí thì trong phạm vi nhỏ của đồ án này nhóm thực hiện chỉ
tiến hành việc dùng vi xử lí để điều khiển đo nhiệt độ và truyền tín hiệu, đây chỉ là
một ứng dụng nhỏ của vi xử lí trong các ứng dụng của nó.
Những kiến thức học đƣợc cộng với tài liệu tham khảo, tuy có thể hoàn thành đƣợc
đồ án này song không tránh khỏi sai sót mong thầy và các bạn đóng góp để cuốn đồ
án hoàn thiện hơn.
Để hoàn thành đồ án này nhóm đã nhận đƣợc sự chỉ bảo tận tình của thầy hƣớng dẫn
và sự giúp đỡ nhiệt bạn bè. Cuối cùng nhóm xin cảm ơn thầy hƣớng dẫn Trần Hoài
Linh đã góp ý đề tài và khuyến khích nhóm hoàn thành đồ án.

Sinh viên thực hiện

Dƣơng Đức Tuyên
Nguyễn Văn Tuấn
Nguyễn Văn Duy

Nguyễn Văn Cao
Nguyễn Xuân Lộc

















ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


4

CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Trong cuộc sống hiện nay có rất nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình sản xuất và
con ngƣời.Trong đó nhiệt độ cũng là yếu tố đƣợc đề cập tới rất nhiều, vì thế mạch
đo nhiệt độ ra đời là sự tất yếu.Với sự phát triển của công nghệ hiện nay việc sản
xuất mạch đo nhiệt độ đơn giản mà độ chính xác cao là điều khá đơn giản.
Hiện nay trên thị trƣờng có rất nhiều cảm biến đo nhiệt độ nhƣ DS18B20,

LM35 Đa số các cảm biến hiện nay đều có độ chính xác tƣơng đối cao. Trong đồ
án này nhóm sử dụng cảm biến DS18B20
Giới thiệu đề tài
Với 1 bộ mạch “Đo nhiệt độ” ta có thể đo cùng lúc nhiệt độ ở các vị trí khác
nhau (chọn các vị trí ẩm thấp, ít không khí để đặt mạch cảm biến, và đánh dấu số ở
mỗi vị trí đó).
Bộ “Đo nhiệt độ và truyền không dây về máy tính” gồm 2 phần :
 Module 1: Đo nhiệt độ hiển thị lên LCD và truyển tín hiệu qua mạch
phát RF
 Module 2 : Nhận tín hiệu nhiệt độ sử dụng mạch thu RF, truyển dữ liệu
vào PC bằng RS232.
Mạch cảm biến Nhiệt độ: gồm IC cảm biến nhiệt độ DS18B20, có điện trở thay
đổi theo nhiệt độ môi trƣờng, ngõ ra của mạch dƣới dạng điện áp, tầm thay đổi
10mV/ ͦ C.
Ta dùng mạch cảm biến nhiệt độ, đặt ở các vị trí khác nhau. Ngõ vào điện áp sẽ
đƣợc chuyển đổi sang dạng số và hiển thị ra LCD . Sử dụng IC AMTGE8 với tần số
thạch anh 8Mhz.Việc truyền dữ liệu không dây sẽ dung module thu phát RF 315,
giao tiếp qua cổng COM bằng chuẩn RS232

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


5

CHƢƠNG II : CƠ SỞ LÍ THUYẾT-GIẢI PHÁP
2.1 Cơ sở lí thuyết về đo nhiệt độ
Đo nhiệt độ chia làm nhiều dải
 Đo nhiệt độ thấp
 Đo nhiệt độ trung bình
 Đo nhiệt độ cao

Cảm biến nhiệt là dụng cụ chuyển đổi nhiệt độ thành các đại lƣợng vật lí khác
nhƣ điện áp , điện trở, áp suất, độ nở dài, độ nở khối, và lúc này ta chỉ cần đo các
đại lƣợng này để biết đƣợc chính xác nhiệt độ.
Các loại cảm biến nhiệt độ rất đa dạng, tuy nhiên chúng cũng xuất phát từ một số
loại nhất định. Ngày nay, tùy theo mục đích sử dụng, chúng ta có thể chọn một trong
các loại cảm biến sau đây:
 RTD (Resistance Temperature Detector):
Hoạt động dựa vào độ nhạy nhiệt của kim loại với nhiệt độ, tức là khi nhiệt độ
thay đổi thì điện trở của các kim loại này cũng thay đổi.
Vật liệu cấu tạo RTD cần các yêu cầu: hệ số nhiệt lớn, điện trở suất lớn, tính
thuần khiết, và độ ổn định chống ăn mòn tốt. Kim loại thƣờng dùng là Platinum
vì đặc tuyến của nó tuyến tính nhất và ổn định nhất so với các loại khác.
RTD cũng có những ƣu khuyết điểm riêng:
 Ƣu điểm: Chính xác, tuyến tính, ổn định.
 Khuyết điểm: Giá thành cao, cần nguồn cc, tự gia nhiệt.

 Thermocouple:
Là cảm biến nhiệt dùng rộng rãi trong công nghiệp. Cặp nhiệt điện đƣợc chế tạo
từ hai sợi kim loại khác nhau và có ít nhất là hai mối nối (junction), đầu tiếp xúc
với đối tƣợng đo, gọi là "điểm nóng", đầu còn lại giữ ở nhiệt độ chuẩn, gọi là đầu
ra.
Về nguyên tắc khi ta đốt nóng mối nối của hai kim loại bất kỳ đều sinh ra một
suất điện động nhiệt, nhƣng không phải kim loại nào cũng làm thermocouple
đƣợc, mà phải là những kim loại có đặc tính:
 Độ tinh khiết cao.
 Nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ cần đo
 Chống ăn mòn tốt.
 Có khả năng lặp lại trong khoảng thời gian dài (repeatable).
 Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.

Với vật liệu cấu tạo khác nhau, ta có các loại thermocouple khác nhau tƣơng ứng
với giá thành thay đổi rõ rệt. Trên thị trƣờng hiện nay có các loại nhƣ: J, K, T, R,
B, S…
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


6

Chú ý: phải đặt thermocouple trong vỏ bọc để tránh xâm thực của môi trƣờng
(yêu cầu cách điện, không cách nhiệt), phải chọn địa điểm thích hợp hoặc đặt
nhiều nơi vì thƣờng thì nhiệt độ phân bố không đều, phải lắp đặt dây bù nhiệt
trong ống sắt nối đất và dây dẫn tín hiệu cảm biến phải luôn là một loại vì nếu
khác nhau sẽ sinh ra điểm nóng mới, và làm sai kết quả.
 Ƣu điểm: Tầm đo nhiệt rộng (>11000F), giá thành thấp, đơn giản, thời
gian đáp ứng nhanh.
 Nhƣợc điểm: Cần tham chiếu, phi tuyến, trôi tham chiếu không dự đoán
trƣớc đƣợc, không thể ca-lip lại, kém ổn định, không nhạy.
 Thermistor:
Vật liệu nhận nhiệt là chất bán dẫn làm từ những hỗn hợp đặc biệt (oxit
nickel, mangan, đồng, coban hoặc những oxit kim loại chịu nhiệt cao). Ta dùng
kèm với cầu Wheatstone để khuếch đại những thay đổi nhỏ của điện trở theo
nhiệt độ.
Thermistor gồm 2 loại:
 NTC (Negative Temperature Coefficient): Là loại nhiệt điện trở bán
dẫn có hệ số nhiệt âm tức là trị số điện trở giảm khi nhiệt độ tăng. (Từ
0
o
C đến 150
o
C điện trở giảm đi hơn 100 lần)

 PTC (Positive Temperature Coefficient): Có hệ số nhiệt độ dƣơng. Ở
nhiệt độ nhỏ thì nó cũng có hệ số nhiệt âm nhƣ các bán dẫn khác
nhƣng bắt đầu từ một điểm nhiệt nào đó thì nhiệt điện trở loại này có
hệ số nhiệt dƣơng rất cao. Vật liệu chế tạo PTC gồm hỗn hợp
Bariumcarbonat, oxit Stronium và oxit Titan đƣợc ép nung từ 1000
o
C đến
1400
o
C. Với các đặc tính nhƣ trên ta có thể rút ra:
 Ƣu điểm: Đáp ứng nhanh, lắp đặt đơn giản, đo hai dây, bền.
 Khuyết điểm: Phi tuyến, giới hạn tầm đo nhiệt, tự gia nhiệt
 IC cảm biến nhiệt:
Hiện nay nhiều công ty trên thế giới đã chế tạo đƣợc những IC bán dẫn dùng
đo và hiệu chỉnh rất tiện lợi. Trong mạch tổ hợp, cảm biến nhiệt là lớp chuyển tiếp
PN trong một transistor lƣỡng cực. Lớp cảm biến này nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển
thành tín hiệu điện dƣới dạng dòng hay áp
IC cảm biến nhiệt có những ƣu khuyết điểm nhƣ sau :
 Ƣu điểm: gọn nhẹ, rẻ tiền, tuyến tính. Phù hợp với các thiết kế cỡ nhỏ và
onboard.
 Khuyết điểm: Nhiệt độ đo thấp (150-2000), cần cấp nguồn cho IC.
Trên thị trƣờng hiện có các loại IC sau: STP 35 A/B/C (Texas Instrument),
LM 35/45/50 (National Semiconductor), AD590/2210 (Analog Devices),
D1620/1820/1920 (Dallas Semiconductor)…Ngoài ra còn có các loại ít thông dụng
hơn nhƣ : Lƣỡng kim, nhiệt kế hồng ngoại, áp suất hơi, tinh thể thạch anh, phóng
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


7

xạ.Việc sử dụng IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là phổ biến nhất. Ở đồ án này sử
dụng IC cảm biến DS18B20.
2.2 Giới thiệu về DS18B20 và ATMEGA8
2.2.1 DS18B20
DS18B20 là một sản phẩm của công ty Dallas(Hoa Kỳ), đây cũng là cong ty
đóng góp nhiều vào việc cho ra đời bus một dây và các cảm biến một dây.Hình dáng
bên ngoài của cảm biến một dây DS18B20 đƣợc mô tả trên hình 2, trong đó dạng vỏ
T0-92 với 3 chân là dạng thƣờng gặp và đƣợc dung nhiều trong nhiều ứng dụng,còn
dạng vỏ SOIC với 8 chân đƣợc dung để đo nhiệt độ bề mặt kể cả da ngƣời.


Hình 1.Dạng đóng vỏ và bề ngoài của cảm biến DS18B20
2.2.1.1 Các đặc điểm kỹ thuật cảa cảm biến DS18B20
Các đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS18B20 có thể kể ra một cách tóm tắt nhƣ
sau:
 Sử dụng giao diện một dây nên chỉ cần có một chân ra để truyền thông.
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


8

 Có thể đo nhiệt độ trong khoảng -55⁰C -> +125⁰C.Với khoảng nhiệt độ là -
10°C tới +85°C thì độ chính xác ±0.5°C.Có thể chuẩn tới 0.1⁰C qua hiệu
chỉnh phần mềm.Có chức năng cảnh báo nhiệt độ vƣợc qua giá trị cho trƣớc.
 Điện áp sử dụng : 3 – 5.5 V,có thể cấu hình mã hóa nhiệu độ từ 9 – 12 bit
số bit càng lớn thì độ chính xác cao hơn.Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa
là 750ms cho mã hóa 12 bit
 Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ.
 Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM
trên chip (on chip), giá trị nhị phân đƣợc khắc bằng tia laze.

 Nếu cấu hình cho DS18B20 theo 9,10,11,12 bit thì ta có độ chính xác tƣơng
ứng là : 0.5°C , 0.25°C ,0.125°C, 0.0625°C.Theo mặc định của nhà sản xuất
nếu chúng ta không cấu hình chế độ chuyển đổi thì nó sẽ tự cấu hình là 12 bit.
Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ thì chân DQ sẽ đƣợc kéo xuống mức thấp và
khi chuyển đổi xong thì ở mức cao.Nhƣ vậy ta sẽ căn cứ vào hiện tƣợng này
để xác định khi nào chuyển đổi xong nhiệt độ.
2.2.1.2 Các tập lệnh cảa DS18B20
 READ ROM (33h)
Cho phép đọc ra 8 byte mã đã khắc bằng laser trên ROM, bao gồm: 8 bit mã
định tên linh kiện (10h), 48 bit số xuất xƣởng, 8 bit kiểm tra CRC. Lệnh này
chỉ dùng khi trên bus có 1 cảm biến DS1820, nếu không sẽ xảy ra xung đột
trên bus do tất cả các thiết bị tớ cùng đáp ứng.
 MATCH ROM (55h)
Lệnh này đƣợc gửi đi cùng với 64 bit ROM tiếp theo, cho phép bộ điều khiển
bus chọn ra chỉ một cảm biến DS1820 cụ thể khi trên bus có nhiều cảm biến
DS1820 cùng nối vào. Chỉ có DS1820 nào có 64 bit trên ROM trung khớp với
chuỗi 64 bit vừa đƣợc gửi tới mới đáp ứng lại các lệnh về bộ nhớ tiếp theo.
Còn các cảm biến DS1820 có 64 bit ROM không trùng khớp sẽ tiếp tục chờ
một xung reset. Lệnh này đƣợc sử dụng cả trong trƣờng hợp có một cảm biến
một dây, cả trong trƣờng hợp có nhiều cảm biến một dây.
 SKIP ROM (CCh)
Lệnh này cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến các lệnh bộ nhớ
của DS1820 mà không cần gửi chuỗi mã 64 bit ROM. Nhƣ vậy sẽ tiết kiệm
đƣợc thời gian chờ đợi nhƣng chỉ mang hiệu quả khi trên bú chỉ có một cảm
biến.
 SEARCH ROM (F0h)
Lệnh này cho phép bộ điều khiển bus có thể dò tìm đƣợc số lƣợng thành viên
tớ đang đƣợc đấu vào bus và các giá trị cụ thể trong 64 bit ROM của chúng
bằng một chu trình dò tìm.
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH

9

 ALARM SEARCH (ECh)
Tiến trình của lệnh này giống hệt nhƣ lệnh Search ROM, nhƣng cảm biến
DS1820 chỉ đáp ứng lệnh này khi xuất hiện điều kiện cảnh báo trong phép đo
nhiệt độ cuối cùng. Điều kiện cảnh báo ở đây đƣợc định nghĩa là giá trị nhiệt
độ đo đƣợc lớn hơn giá trị TH và nhỏ hơn giá trị TL là hai giá trị nhiệt độ cao
nhất và nhiệt độ thấp nhất đã đƣợc đặt trên thanh ghi trong bộ nhớ của cảm
biến.
Sau khi thiết bị chủ (thƣờng là một vi điều khiển) sử dụng các lệnh ROM để
định địa chỉ cho các cảm biến một dây đang đƣợc đấu vào bus, thiết bị chủ sẽ
đƣa ra các lệnh chức năng DS1820. Bằng các lệnh chức năng thiết bị chủ có
thể đọc ra và ghi vào bộ nhớ nháp (scratchpath) của cảm biến DS1820. khởi
tạo quá trình chuyển đổi giá trị nhiệt độ đo đƣợc và xác định chế độ cung cấp
điện áp nguồn.
Các lệnh chức năng có thể đƣợc mô tả ngắn gọn nhƣ sau:
 WRITE SCRATCHPAD (4Eh)
Lệnh này cho phép ghi 2 byte dữ liệu vào bộ nhớ nháp của DS1820. Byte đầu
tiên đƣợc ghi vào thanh ghi TH (byte 2 của bộ nhớ nháp) còn byte thứ hai
đƣợc ghi vào thanh ghi TL (byte 3 của bộ nhớ nháp). Dữ liệu truyền theo trình
tự đầu tiên là bit có ý nghĩa nhất và kế tiếp là những bit có ý nghĩa giảm dần.
Cả hai byte này phải đƣợc ghi trƣớc khi thiết bị chủ xuất ra một xung reset
hoặc khi có dữ liệu khác xuất hiện.
 READ SCRATCHPAD (BEh)
Lệnh này cho phép thiết bị chủ đọc nội dung bộ nhớ nháp. Quá trình đọc bắt
đầu từ bit có ý nghĩa nhấy của byte 0 và tiếp tục cho đến byte rhứ 9 (byte 8 –
CRC). Thiết bị chủ có thể xuất ra một xung reset để làm dừng quá trình đọc
bất kỳ lúc nào nếu nhƣ chỉ có một phần của dữ liệu trên bộ nhớ nháp cần đƣợc

đọc.
 COPYSCRATCHPAD (48h)
Lệnh này copy nội dung của hai thanh ghi TH và TL (byte 2 và byte 3) vào bộ
nhớ EEPROM. Nếu cảm biến đƣợc sử dụng trong chế dộ cấp nguồn l bắt đầu
việc đo.
 CONVERT T (44h)
Lệnh này khởi động một quá trình đo và chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành số
(nhị phân). Sau khi chuyển đổi giá trị kết quả đo nhiệt độ đƣợc lƣu trữ trên
thanh ghi nhiệt độ 2 byte trong bộ nhớ nháp Thời gian chuyển đổi không quá
200 ms, trong thời gian đang chuyển đổi nếu thực hiện lệnh đọc thì các giá trị
đọc ra đều bằng 0.
 READ POWER SUPPLY (B4h)
Một lệnh đọc tiếp sau lệnh này sẽ cho biết DS1820 đang sử dụng chế độ cấp
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


10

nguồn nhƣ thế nào, giá trị đọc đƣợc bằng 0 nếu cấp nguồn bằng chính đƣờng
dẫn dữ liệu và bằng 1 nếu cấp nguồn qua một đƣờng dẫn riêng
2.2.2 AMETGA8
2.2.2.1 Tổng quan
ATMega8 là một con Vi Điều Khiển thuộc dòng Mega AVR của hãng ATMEL.
Dòng Vi Điều Khiển này có tính năng nổi trội nhƣ:
. Rất tiết kiệm năng lƣợng, hiệu suất cao CPU có kiến trúc RISC, có 130 lệnh, hầu
hết chúng thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock.
. 32 thanh ghi đa dụng
. Tốc độ tối đa lên đến 16MIPS với thạch anh 16MHz
. Bộ nhớ phân đoạn, có độ bền cao không dễ bay hơi
. Có 8KB bộ nhớ Flash lập trình ISP

. 512Bytes EEPROM
. 1KB SRAM
. Chu kỳ ghi/xóa 10.000 lần cho bộ nhớ Flash ROM, và 100.000 cho EEPROM
. Dữ liệu không bị mất sau 20 năm (ở 850C) và 100 năm (ở 250C)
. Có tính năng bảo mật
. Tính năng ngoại vi
. 2 bộ Timer/Counter 8 bit, 1 bộ so sánh
.1 bộ Timer/Counter 16 bit
. Bộ đếm Thời gian thực với dao động riêng
. 3 kênh PWM
. 6 kênh ADC 10 bits cho kiểu vỏ PDIP, và 8 kênh ADC 10 bít cho kiểu vỏ TQFP
. Giao tiếp nối tiếp TWI
. Lập trình nối tiếp USART, giao tiếp nối tiếp SPI master/slave
. Bộ so sánh Analog on-chip
. Tính năng đặc biệt của ATMega8
. Hiệu chuẩn bộ dao động RC nội
. Bộ nguồn ngắt bên ngoài và bên trong
. Năm chế độ Sleep: Idle, giảm nhiễu ADC, tiết kiệm năng lƣợng, Power-down, và
chế độ chờ (stand by)
. Đóng gói & I/O
. 23 ngõ vào/ra khả trình
. Đƣợc đóng gói trong 28 chân kiểu vỏ PDIP
. Điện áp hoạt động
2,7 - 5.5V (ATmega8L)
4.5 - 5.5V (ATmega8)
.Tần số hoạt động từ 0 - 8 MHz (ATmega8L) và từ 0 - 16 MHz (ATmega8)

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH

11

2.2.2.2 Cấu trúc port xuất nhập

Hình 2: Cấu trúc chân của AVR
ATMEGA8 có 3 Port xuất nhập: PortB (có 8 bits), PortC (7 bits), PortD (có 8 Bits).
Mỗi một cổng của Vi điều khiển đƣợc liên kết với 3 thanh ghi: PORTx, DDRx,
PINx. 3 thanh ghi này sẽ phối hợp với nhau để điều khiển hoạt động của cổng thành
lối vào sử dụng Pull-up…

Cấu trúc chân của AVR có thể phân biệt rõ chức năng (vào/ra), trạng thái (0/1) từ đó
ta có 4 kiểu vào ra cho một chân của AVR. Khác với 89xx là chỉ có 2 trạng thái duy
nhất (0 1) . Đặc biệt nguồn từ chân của AVR đủ khoẻ để điều khiển Led trực tiếp
(dòng khoảng hàng chục mA) còn 89xx chỉ là vài µA .

Để điều khiển các chân này chúng ta có 2 thanh ghi:
.PORTx :giá trị tại từng chân (0 – 1) có thể truy cập tới từng bit PORTx.n
.DDRx : thanh ghi chỉ trạng thái của từng chân , vào hoặc là ra .
a) Thanh ghi DDRx
Đây là thanh ghi 8 bits (có thể đọc ghi) có chứ năng điều khiển hƣớng của cổng (là
lối vào hay lối ra). Khi một bit của thanh ghi này đƣợc set lên 1 thì chân tƣơng ứng
với nó đƣợc cấu hình thành ngõ ra. Ngƣợc lại nếu của thanh ghi DDRx là 0 thì chân
tƣơng ứng của nó đƣợc thiết lập thành ngõ vào. Lấy ví dụ: Khi ta set tất cả 8 bit của
thanh ghi DDRD đều là 1, thì 8 chân tƣơng ứng của PORTD là PORTD.0,
PORTD.1, …, PORTD.7 đƣợc thiết lập là ngõ ra.
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


12

Hình 3: Thanh ghi DDRD
b) Thanh ghi PORTx
PORTx là thanh ghi 8 bit có thể đọc ghi. Đây là thanh ghi dữ liệu của PORTx. Nếu
thânh ghi DDRx thiết lập cổng là lối ra, khi đó giá trị của thanh ghi PORTx cũng là
giá trị của các chân tƣơng ứng của PORTx, nói cách khác, khi ta ghi một giá trị
logic lên bit 1 của thanh ghi này thì chân tƣơng ứng của bit đó cũng có cùng mức
logic. Khi thanh ghi DDRx thiết lập cổng thành lối vào thì thanh ghi PORTx đóng
vai trò nhƣ một thanh ghi điều khiển cổng. Cụ thể, nếu một bit của thanh ghi này
đƣợc ghi thành 1 thì điện trở treo (pull-up resistor) ở chân tƣơng ứng với nó sẽ đƣợc
kích hoạt, ngƣợc lại nếu bit đƣợc ghi thành 0 thì điện trở treo ở chân tƣơng ứng sẽ
không đƣợc kích hoạt, cổng ở trạng thái tổng trở cao.

Hình 4: Thanh ghi PORTD
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


13


Hình 5: Cấu hình chân của ATMega8

Hình 6: Cấu trúc bên trong của một cổng vào ra cơ bản

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


14

2.3 RS 232 và MAX232

2.3.1 RS232
Mặc dù tính năng hạn chế, RS-232 là một trong các chuẩn tín hiệu có từ lâu nhất,
vì thế đƣợc sử dụng rất rộng rãi. Ngày nay mỗi máy tính cá nhân đều
có một vài cổng RS-232 (cổng COM), có thể sử dụng tự do để nối với các thiết
bịngoại vi hoặc với các máy tính khác. Nhiều thiết bị công cũng tích hợp cổng RS-
232 phục vụlập trình hoặc tham số hóa
 Đặc tính điện học:
 RS-232 sử dụng phƣơng thức truyền không đối xứng, tức là sử dụng tín
hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất.
 Mức điện áp logic đƣợc định nghĩa -3V¸ -25V mức logic "1" và +3V¸
+25V mức logic "0".
 Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn. Đa số các hệ
thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2 kbps
 Chiều dài cho phép 15m ( 50 feet).
 Truyền số liệu Full-duplex sử dụng 3 dây: TxD, RxD, GND.
 Các tín hiệu điều khiển dùng để bắt tay (Handshaking) phần cứng là:
RTS, CTS, DSR, DTR. Mức logic:+3V¸ +25V -> "1" và <0V -> "0".
 Truyền không đồng bộ, cấu trúc một khung truyền bao gồm: 1 start bit,
7-8 data bit, 1- 0 parity bit, 1-1,5-2 stop bit.
 Giao diện cơhọc:
Chuẩn RS-232 qui định ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9, DB-25 và ALT-A,
trong đó hai loại đầu đƣợc sửdụng rộng rãi hơn.
Ý nghĩa của các chân quan trọng đƣợc mô tả dƣới đây:
 RXD (receive Data): Đƣờng nhận dữ liệu.
 TXD (Transmit Data): Đƣờng gửi dữ liệu.
 DTR (Data Terminal Ready): Báo DTE sẵn sàng .Chân DTR thƣờng ở
trạng thái ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông (tự
động quay số hay tự động trả lời). DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu
cuối không muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa.
 DSR (Data Set Ready): Báo DCE sẵn sàng, ở chế độ trả lời, 1 tone trả lời và

DSR ON sau 2 giây khi Modem nhấc máy.
 DCD (Data Carrier Detect): Tín hiệu này tích cực khi Modem nhận đƣợc tín
hiệu từ trạm từxa và nó duy trì trong suốt quá trình liên kết.
 RTS (Request To Send): Đƣờng RTS kiểm soát chiều truyền dữ liệu. Khi một
trạm cần gửi dữ liệu, nó đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem
của nó.
 CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, Modem xác nhận là DTE có
thể truyền số liệu. Quá trình ngƣợc lại nếu đổi chiều truyền số liệu
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


15

 RI (Ring Indicator): Khi modem nhận đƣợc tín hiệu chuông, RI chuyển
ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu
cuối. Tín hiệu này chỉ thị rằng một modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up.
2.3.2 MAX232
Vi mạch MAX232 là một vi mạch chuyên dung trong giao diện nối tiếp với máy
tính.Nó có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thành mức +10V hoặc -10V ở
phía truyền và các mức +3V…+15V hoặc -3V…-15V thành mức TTL ở phía nhận.



Hình 7 Sơ đồ chân MAX 232




NBR
Tên

Mục đích
Tín hiệu điện
áp
Gía trị
tụ
1
C1+
Kết nối cho tụ C1
≥16V
1µF
2
V+
Đầu ra của điện áp 1
≥16V
1µF
3
C1-
Kết nối cho tụ C1
≥16V
1µF
4
C2+
Kết nối cho tụ C2
≥16V
1µF
5
C2-
Kết nối cho tụ C2
≥16V
1µF để

nối đất
6
V-
Đầu ra của điện
≥16V

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


16

áp/biến tần
7
T2 ra
Đầu ra 2
RS-232

8
R2 vào
Đầu vào 2
RS-232

9
R2 ra
Receiver 2 ngõ ra
TTL

10
T2 vào
Đầu vào 2

TTL

11
T1 vào
Lái xe 1 đầu vào
TTL

12
R1 ra
Nhận 1 đầu ra
TTL

13
R1 vào
Nhận 1 đầu vào
RS232

14
T1 ra
Đầu ra 1
RS232

15
GND
Nối đất
0V
1µF
16
Vcc
Nguồn

+5V


2.3.3.GIỚI THIỆU VỀ RF 315
Thông số kĩ thuật:
 Điện áp sử dụng DC 3-12V
 Kích thƣớc 35*23*6 mm
 Tần số hoạt động (MHZ): 315
 Dòng tiêu thụ (mA) :3-45mA
 Khoảng cách phát (m): 200M
 Loại mã hóa: Cố định PT2262
 Dao động điện trở: 4.7M

Phƣơng thức truyền theo Bit


Sơ đồ nguyên lí thu phát
Phần thu
ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


17


Hình8 Mạch nguyên lí modul thu
Phần phát


Hình 9 Mạch nguyên lí modul phát

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


18

CHƢƠNG III THIẾT KẾ MẠCH
3.1 Thiết kế mạch đo nhiệt độ và truyền dữ liệu qua RF









ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


19

3.2 Thiết kế mạch thu tín hiệu RF và truyền dữ liệu về máy tính.

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


20

CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ CHẾ TẠO

+ Mạch đo nhiệt độ đo nhiệt độ khá chuẩn xác và đáp ứng tốt với nhiệt đọ cần đo
+Việc truyền dữ liệu về máy tính đã đƣợc hiển thị thông qua phần mềm Temiral
+Quá trình chế tạo ban đầu có nhiều khó khăn do việc tìm hiểu việc truyền dữ liệu
không dây
+Khoảng cách truyền chƣa đƣợc xa do có thể modul thu phát không đƣợc tốt

ĐỒ ÁN I: ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ TRUYỀN TÍN HIỆU NHIỆT ĐỘ VỀ MÁY TÍNH - ĐHBKH


21

CHƢƠNG V : KẾT LUẬN HƢỚNG PHÁT TRIỂN
Mạch đo nhiệt độ có vai trò rất lớn trong dân dụng và công nghiệp do đó đòi hỏi
độ chính xác cao đặc biệt trong những hệ thống quan trọng.
Mạch đã đo đƣợc nhiệt độ tuy nhiên cảm biến có dải đo vẫn còn hạn chế.Do đó có
thể cải tiến để đo nhiệt độ cao hơn.
Tín hiệu truyền chƣa đƣợc xa ,phát triển theo hƣớng truyền thông tin đƣợc
khoảng cách xa hơn.