TÌM HIỂU VỀ ADC VÀ CẢM BIẾN TRỌNG LỰC THIẾT KẾ MẠCH ĐO HIỂN THỊ TRỌNG LƯỢNG TRÊN LED 7 ĐOẠN HOẶC LCD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN ( CN581 )

TÌM HIỂU VỀ ADC VÀ CẢM BIẾN TRỌNG LỰC
THIẾT KẾ MẠCH ĐO HIỂN THỊ TRỌNG LƯỢNG
TRÊN LED 7 ĐOẠN HOẶC LCD
Giảng viên hướng dẫn:

Phần dành cho đơn vị

Sinh viên thực hiện: Nhóm 9


NỘI DUNG BÁO CÁO
I. Mục tiêu
II. Nội dung tìm hiểu
III. Đề xuất hướng giải quyết đề tài


I. MỤC TIÊU
⁃ Tìm hiểu và nắm vững kiến thức về MSP430GSử

dụng vdk MSP430G và thiết kế mạch
điện gồm 4 led 7 đoạn và 4 nút ấn đơn,
sử dụng timer của vdk lập trình điều
khiển 4 trạng thái khác nhau


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1.Tìm hiểu về đối tượng:

- Giới thiệu về MSP430: MSP là chữ viết tắt của “MIXED SIGNAL
PROCESSORS” và mixedsignal có nghĩa là được tích hợp cả tín hiệu
Analog và Digital. MSP430 là dịng vi điều khiển có kiến trúc RISC 16 bit
siêu tiết kiệm năng lượng, sử dụng nguồn điện áp từ 1,8 volt – 3,6 volt.
- Cấu hình MSP430 :
+ Bộ nhớ chương trình từ 1KB đến 256KB Flash/ROM và bộ nhớ SRAM
cũng thay đổi từ 128B đến 18KB
+ Ngày nay MSP430 đã phát triển thêm bộ nhớ tốc độ cao, không bị mất dữ
liệu khi mất nguồn nuôi được gọi là bộ nhớ FRAM với tốc độ lên đến
2MBps (trong khi bộ nhớ Flash 12kBps)
+ MSP430 khơng có bus bộ nhớ ngồi nên bị hạn chế với bộ nhớ trên chip
(MSP430 có tối đa 256 KB Flash memory và 18 KB RAM – tuỳ chip)


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1.Tìm hiểu về đối tượng:

-ADC (Analog to Digital Converter) : là bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự
(thơng thường là điện áp) sang tín hiệu số, tín hiệu số được chuyển đổi biểu
diễn biên độ của tín hiệu đầu vào.
- Module ADC trên MSP430 : tất cả các vi điều khiển MSP430 đều có bộ
biến đổi ADC. Nhà sản xuất thiết kế tích hợp tính năng ADC 10 bit hoặc 12
bit ở bên trong chip của MSP430 với độ tin cậy và độ chính xác cao.
-Đối với MSP430G2553: các chân thuộc PORT1 (P0.1 đến P0.7) đều có thể
đọc tín hiệu Analog. Và vi điều khiển này chỉ có 1 bộ biến đổi duy nhất là
ADC10 .


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:

Module ADC trong MSP430


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:
- Một số đặc điểm của module ADC10 :
+Lấy mẫu và giữ mẫu trong cùng chu kì.
+Có thể điều khiển khởi tạo chuyển đổi ADC bằng phần mềm hoặc Timer.
+Phần mềm có thể chọn nguồn điện thế tham chiếu hoặc 1.5V hoặc 2.5V.
+Phần mềm có thể lựa chọn điện thế tham chiếu nội hoặc tham chiếu
ngoại.
+Cho phép lựa chọn nguồn xung clock cần chuyển đổi ADC.


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:
Thanh ghi ADC10CTL0 : kiểm soát , thiết lập và khởi tạo nguồn điện thế
tham chiếu điều khiển quá trình lấy và giữ mẫu , điều khiển quá trình biến
đổi ADC.
SREFx : chọn điện thế tham chiếu
ADC10SHTx : chọn thời gian lấy và giữ mẫu
REFON hoặc REF2_5 : chọn điện thế tham chiếu nội
ADC10ON : bật tắt bộ chuyển đổi ADC
ADC10SC và ENC : thiết lập khi bắt đầu chuyển đổi


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:
- Thanh ghi dùng để chọn kênh , chọn bộ chia

INCHx : chọn kênh đầu vào ADC
CONSQx : các chế độ hoạt động của ADC10.
ADC10DIVx : bộ chia tần số xung clock.
ADC10SSELx : chọn nguồn cấp xung clock
ADC10AE0x và ADC10AE1x : loại bỏ bộ đệm input và output ra khỏi chức
năng GPIO và tiết kiệm năng lượng .
ADC10MEM : truy xuất đến dữ liệu đã được chuyển đổi


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:

- Load cell là thiết bị chuyển năng:
chuyển đổi lực hoặc trọng lượng
thành tín hiệu điện. Load cell
thường sử dụng 4 cảm biến biến
dạng điện trở kim loại và kết nối
thành mạch cầu Wheatstone.

Mạch cầu Wheatstone

Nguyên lý hoạt động


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:

- Cấu tạo Loadcell: Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần
thứ nhất là "Strain gage" và thành phần còn lại là "Load". Strain gage là
một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có điện trở thay đổi khi bị nén

hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn định, được dán chết lên
“Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.
Tải

R1
R2
R4
R3


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:

- Nguyên lý hoạt động Loadcell :
- 4 điện trở kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone.
- Tại trạng thái cân bằng, điện áp tín hiệu ra là 0
hoặc gần bằng 0 khi bốn điện trở được gắn phù hợp về
giá trị.
- Khi có tải trọng hoặc lực tác động lên thân loadcell
làm cho thân loadcell bị biến dạng, đổi chiều dài và tiết
diện của các sợi kim loại của điện trở dán trên thân
loadcell làm thay đổi giá trị của các điện trở dẫn đến
điện áp đầu ra đổi.
- Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có
thể được đo và chuyển thành số sau khi đi qua bộ
khuếch đại.
Nguyên lý hoạt động của Loadcell


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU

1. Tìm hiểu về đối tượng:

- Một số loại Loadcell :
+ Loadcell đơn
+ Loadcell thanh ( uốn đơn )
+ Loadcell uốn kép
+ Loadcell trụ dẹp
+ Loadcell trụ nén
+ Loadcell Z
+ Loadcell số
……………..


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:

- Ứng dụng Loadcell :
+Các loại cân: cân điện tử, cân
băng tải, cân định lượng, cân
đóng bao, cân treo , cân đĩa,…
+Kiểm tra quá tải, khối lượng
xe,...

Loadcell

Loadcell


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
1. Tìm hiểu về đối tượng:

- Ưu điểm và nhược điểm
+ Ưu điểm: Ưu điểm chính của công nghệ này là xuất phát từ yêu cầu thực
tế, với những tham số xác định trước, sẽ có các sản phẩm thiết kế phù hợp
cho từng ứng dụng của người dùng.
+ Nhược điểm: Tín hiệu điện áp đầu ra của Loadcell rất nhỏ (thường khơng
q 30mV). Những tín hiệu nhỏ như vậy dễ dàng bị ảnh hưởng của nhiều
loại nhiễu trong công nghiệp như:
+ Nhiễu điện từ: sinh ra bởi q trình truyền phát các tín hiệu điện trong môi
trường xung quanh.
+ Sự thay đổi điện trở dây cáp dẫn tín hiệu: do thay đổi thất thường của nhiệt
độ môi trường tác động lên dây cáp truyền dẫn.
+ Tín hiệu ra chung của một hệ nhiều Load cell dựa trên cơ sở đầu các tín
hiệu ra trung bình của từng Load cell. Điều đó gây nên dễ xảy ra hiện tượng
có Load cell bị lỗi mà khơng được nhận biết.


II. NỘI DUNG TÌM HIỂU
Tài liệu tham khảo:
•
•
•
•

Slide bài giảng Cảm Biến – Chuyển Năng, thầy Trần Nhựt Thanh
Slide bài giảng Kỹ thuật Vi điều khiển, thầy Lưu Trọng Hiếu.
/> />• />• />

III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• Mơ tả ý tưởng:

Dùng Loadcell 10kg thông qua mạch chuyển đổi ADC 24BIT Loadcell
HX711 chuyển tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Vi điều khiển
MSP430G2553 sẽ đọc tín hiệu, thơng qua các phép tính tốn sẽ cho ra
kết quả, hiển thị lên màn hình LCD
• Mục tiêu đề tài:
Với vi điều khiển MSP430G2553, thiết kế thành công hệ thống đo đạt
trọng lượng và hiển thị lên màn hình LCD. Từ đó áp dụng được vào
nhiều lĩnh vực trong cuộc sống thường ngày.
• Chức năng đề tài:
Dùng cho cân điện tử, các hệ thống công nghiệp sản xuất cần hiển thị
khối lượng dưới 10kg,...


III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• Cách tiếp cận:
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của bộ Loadcell 10kg, cách nối dây và
cấu hình cho màn hình LCD 16x2 và cách sử dụng thanh ghi ADC10
của vi điều khiển MSP430G2553.
• Phương pháp thực hiện :
-Tham khảo các tài liệu và tiếp thu các kiến thức cần thiết cho đề tài.
-Phác thảo lưu đồ, thiết kế mạch qua phần mềm Proteus.
-Mua thiết bị và thực hiện việc lắp mạch thực tế.
-Lập trình cho vi điều khiển và chạy thử hệ thống.
-Sửa code và mạch cho đúng yêu cầu và hoàn tất đồ án.


III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• Mơ hình hệ thống:

Khối nguồn

Khối cảm biến
(loadcell)

Khối chuyển
đổi ADC
(HX711)

Khối điều khiển
(MSP430G2553)

Hiển thị
(LCD)


III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• Thiết kế phần cứng:


III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• Thiết kế phần mềm:
Lưu đồ giải thuật

-Giải thích lưu đồ: Đầu tiên là bắt đầu,
tắt watchdog timer. Sau đó khởi động
màn hình LCD, kế tiếp là xóa màn

hình LCD. Vào vịng lập chính, đọc
giá trị của module HX711 và gán giá
trị cho gam; Kế tiếp in ra màn hình
LCD câu ”ELECTRONIC SCALE” ở
vị trí (0,0), in ra màn hình ”KL: “ ở vị
trí (4,1), in ra màn hình giá trị của gam
ở vị trí (8,1) và cuối cùng là in ra kí tự
”g” ở vị trí (12,1) kết thúc vịng lặp và
tiếp tục vòng lặp mới.


III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• CODE của hệ thống:


III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• Dự kiến kết quả đạt được:
-Hệ thống sau khi hoàn tất sẽ đáp ứng được yêu cầu đề tài: đo và
hiển thị trọng lượng lên LCD với sai số nhỏ nhất có thể
• Khả năng ứng dụng đề tài trong thực tế:
-Cân được vật có khối lượng nhỏ với độ chính xác cao hơn các
loại cân thơng thường như đóng gói các loại bánh, kẹo hay là các
loại gia vị.
-Ngoài ra ta cũng có thể dựa vào việc đo trọng lượng để mở rộng
hướng phát triển trong tương lai: phân loại sản phẩm theo khối
lượng,...

III. ĐỀ XUẤT HƯỚNG GIẢI QUYẾT
ĐỀ TÀI
• Vật tư, thiết bị sử dụng :
MSP430G2553
Loadcell 10kg
Mạch chuyển đổi ADC 24BIT Loadcell HX711
Màn hình LCD
Bảng mạch, dây dẫn , nút nhấn, biến trở 2K


TRẢ LỜI CÂU HỎI BÁO CÁO
Ý nghĩa của việc sử dụng bộ chuyển HX-711:
-Nguyên lý chuyển đổi dữ liệu: bộ chuyển được nối với cảm biến vào
cho ra 2 ngỏ ra là ngỏ ra xung clock và ngỏ ra data . Ngỏ ra data là ngỏ
nhận tín hiệu từ vi điều khiển để bắt đầu thực hiện chuyển đổi , có thể
thực thay đổi tốc độ chuyển đổi tức thời gian hoàn thành một lần
chuyển đổi . Ngỏ ra xung clock là ngỏ ra tín hiệu số sau khi chuyển đổi.
Để đọc tín hiệu từ hx711 cấp tín hiệu vào chân data cho bộ chuyển đổi
bắt đầu đọc tín hiệu từ cảm biến , điều chỉnh tốc độ đọc . Nhận tín hiệu
số qua chân clock sau đó xử lí để ra giá trị cảm biến đọc được.
Vì thế, khơng thể xác định được trọng lượng vật nếu không sử
dụng bộ chuyển HX-711.