Ứng dụng vi điều khiển Atmega 8535 họ AVR trong tự động điều khiển nhiệt độ khí sấy nông sản và hiển thị kết quả trên máy tính pdf

ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA 8535 HỌ AVR TRONG TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ KHÍ SẤY NÔNG SẢN VÀ HIỂN THỊ KẾT QUẢ
TRÊN MÁY TÍNH
Using microcontroller ATmega 8535 in automatic control of the air-temperature and
displaying results on computer for drying agricultural products
Nguyễn Thị Hoài Sơn
1
, Nguyễn Văn Hồng
2
SUMMARY
This article introduces the structure and characteristics of microcontroller ATmega 8535
(generation AVR) and its application in automatic control circuit for drying agricultural products and
displaying results on computer. A dryer prototype with the automatic control circuit using “ATmega
8535” has been designed, manufatured and tested. The testing results have satisfied requirements of both
drying technology and automatic control technique.
Key words: Microcontroller, drying, air-temperature, display
1- ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay cùng sự phát triển không ngừng
của khoa học kỹ thuật, thì kỹ thuật số đã đem
lại cho con người những thành tựu to lớn, giúp
cho con người dễ dàng đạt được mục đích của
mình trong mọi thiết kế. Hoà nhập cùng xu
hướng đó, vi điều khiển đã khẳng định được
vị thế vững chắc của mình trong mọi ứ
ng
dụng. Điển hình trong công nghệ bảo quản
chế biến nông sản, vấn đề tự động ổn định
nhiệt độ là yếu tố quan trọng hàng đầu để
nâng cao chất lượng sản phẩm. Vì vậy, việc
ứng dụng vi điều khiển trong tự động điều
khiển nhiệt độ khí sấy nông sản dạng hạt và

hiển thị kết qu
ả trên máy tính đã được nghiên
cứu và ứng dụng.
2- CẤU TRÚC, ĐẶC ĐIỂM VÀ CÔNG CỤ
PHÁT TRIỂN VI ĐIỀU KHIỂN
ATMEGA8535
Một trong những vi điều khiển họ AVR
là vi điều khiển ATmega8535 (Data sheet
ATmega8535). Đây là một con vi điều
khiển có cấu trúc khá phức tạp, có đầy đủ
chức năng của họ AVR, nếu lập trình
thành thạo cho ATmega8535 chúng ta
hoàn toàn có thể sử dụng thành thạo các
vi điều khiển khác trong cùng họ.
ATmega8535 là một vi điều khiển
CMOS 8bit công suất thấp trên nền kiến
trúc AVR kiểu RISC. Vào/ra: Analog -
digital và có thể ngượ
c lại. Bằng việc
thực hiện câu lệnh trong một chu kỳ xung
nhịp đơn, ATmega8535 đạt được một
triệu phép tính trong 1 giây với tần số
1MHZ với tốc độ xử lý cao. Cấu trúc của
ATmega8535 trong hình 1 gồm 512 Byte
EEPROM với 100.000 lần viết/xoá. 512
Byte SRAM nội, hai bộ định thời 8bit và
các chế độ chọn tần số xung nhịp riêng,
một bộ định thời 16 bit và các chế độ
chọn tần s
ố xung nhịp riêng, 4 kênh

PWM, 8 kênh ADC 10 bit, giao diện
BUS hai dây truyền thông nối tiếp
USART, giao diện nối tiếp SPI (Serial
Peripheral Interface), bộ so sánh tương tự
trên chip, bộ định thời watchog có thể lập
trình được với mạch dao động riêng trên
chíp. ATmega8535 khởi động khi bật
nguồn, mạch dao động RC nội, các nguồn
ngắt ngoại và nội, có 6 chế độ ngủ:
IDLE, giảm nhiễu ADC, tiết kiệm năng
lượng, Standby và Standby mở
rộng(mạch dao động tiếp tục chạy khi
ngoại vi duy trì standby cho phép khởi
động nhanh công suất tiêu thụ thấp).
Điện áp hoạt động 4,5V - 5,5V, tần số
hoạt động từ 0 - 16 MHZ. Đặc biệt với vi
điều khiển ATmega8535 là nhóm các
lệnh làm việc với 32 thanh ghi đa năng
nối trực tiếp với ALU đồng thời cho phép
hai thanh ghi độc lập truy cập đồng thời
trong một chu kỳ xung nhịp khi th
ực thi
một lệnh. Kiểu mã kết quả trả về hiệu quả
hơn trong khi thời gian nhanh gấp 10 lần
so với vi điều khiển kiểu CISC thông
thường.

Hình 1. Sơ đồ khối của vi điều khiển Atmega 8535
Khi sử dụng vi điều khiển ATmega8535,
có rất nhiều phần mềm được dùng để lập trình

bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau đó là: Trình
dịch Assembly như AVR studio của
Atmel,Trình dịch C như win AVR,
CodeVisionAVR C, ICCAVR. C -
CMPPILER của GNU… Trình dịch C đã
được nhiều người dụng và đánh giá tương đối
mạnh, dễ tiếp cận đối với những người bắt
đầu tìm hiểu AVR, đó là trình dịch
CodeVisionAVR C. Phần mềm này hỗ
trợ
nhiều ứng dụng, khiến khi lập trình đơn giản
hơn nhiều. Phầm mềm này có thể tìm thấy
trên trang web: http//www.hpin fotech.com
3. SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA8535 TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ KHÍ
SẤY NÔNG SẢN DẠNG HẠT VÀ HIỂN THỊ KẾT QUẢ TRÊN MÁY TÍNH

Mạch khuyếch đại tín
hiệu

Vi điều
khiển
ATmega
8535
Cảm biến nhiệt


Bàn phím để
đặt nhiệt độ

LCD hiển thị
nhiệt độ

Đồng bộ tín hiệu


Hình 2. Sơ đồ khối mạch điều khiển
MAX 232 Máy tính
Mạch điều khiển
Triac
Sơ đồ khối mạch tự động điều khiển và
hiển thị nhiệt độ lên máy tính được chỉ ra trên
hình 2
Để điều chỉnh được nhiệt độ, trước hết phải
đo được nhiệt độ. Nhiệt độ khí sấy nông
sản thường dưới 100
0
C nên ta có thể dùng
cảm biến nhiệt LM335 phổ biến trên thị
trường, giá cả phù hợp, các thông số ở
nhiệt độ 25
0
C: Điện áp hoạt động Umin =
2,92V, Umax = 3,04V với dòng I = 1 mA,
sự thay đổi điện áp 10mV/
0
C. Giải hoạt
động của nhiệt độ: - 40 ÷ + 100
0
C. LM335

được đóng gói theo kiểu TO-92 (có thể
tham khảo kỹ ở Tài liệu về các linh kiện
trên thị trường. www.Alldatasheet. com)
Tín hiệu điện áp ở đầu ra của LM335 qua
bộ khuếch đại và đưa vào vi điều khiển
ATmega8535.
Để thay đổi giá trị nhiệt độ cần sấy đối với
từng loại nông sản thì dùng bàn phím 4 nút ấn
để lựa chọn điều khiển theo hình thức bảng lựa
chọn (Menu) là phương pháp hiệu quả, chính
xác, dễ dàng nhất. Mạch điều khiển bàn phím
được thực hiện thông qua vi mạch giải mã địa
chỉ IC74148. Khi một phím được ấn thì
IC74148 sẽ cho tín hiệu đầu ra đưa vào vi điều
khiển để xử lý.
Hiển thị nhiệt độ của lò sấy có thể dùng
LCD đọc trực tiếp hoặc truyền tín hiệu từ
vi điều khiển ATmega8535 cho hiển thị
lên máy tính tạo thuận lợi cho việc điều
khiển từ xa. Máy tính truyền dữ liệu theo
hai phương pháp: nối tiếp và song song.
Truyền dữ liệu song song thường dùng 8
hoặc nhiều đường dây dẫn để truyền dữ
liệu: tốc
độ truyền cao nhưng khoảng
cách bị hạn chế. Để truyền tin đi xa
người ta thường dùng phương pháp
truyền tin nối tiếp, truyền tin nối tiếp có
hai phương pháp: đồng bộ và không đồng
bộ (Ngô Diên Tập, 2000). Phương pháp

truyền đồng bộ sử dụng một tín hiệu
clock (có thể do thiết bị phát hoặc thu
phát ra) làm chuẩn, truyền dữ liệu thành
các chuỗi bit trên đường truyền. Căn c
ứ
vào tín hiệu clock đồng bộ mà các đối tác
truyền thông đồng bộ nhịp khôi phục các
byte dữ liệu. Phương pháp truyền không
đồng bộ dựa trên tốc độ truyền được định
nghĩa sẵn trên các đối tác truyền thông
giữa các đối tác truyền thông có sự hiểu
ngầm về tốc độ truyền không có tín hiệu
clock cho việc đồng bộ. Các byte dữ liệu
được xác định thông qua các bit START,
STOP trong chuỗi bít truyền đi.



C6
105
TxD
+12V
C14
104
C17
100uF
L2
10mH
C11
33

RST
2.2V_Ref _AVR
R6
20K
U3
L7805/TO220
1
2
3
VIN
GND
VOUT
0.6V
Enable_LCD
D2
1N4148
C3
1uF
5.1V
The world so wide 1
Main Cercuit
A
11Sunday, January 08, 2006
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet
of
+5V
RW_LCD
D5

U2
MAX232
1
3
4
5
16
15
2
6
12
9
11
10
13
8
14
7
C1+
C1-
C2+
C2-
VCCGND
V+
V-
R1OUT
R2OUT
T1IN
T2IN
R1IN

R2IN
T1OUT
T2OUT
Nguon
RW_LCD
D1
1N4148
L1
R9
10k
C18
104
J1
THDB
1
2
RS_LCD
Q0
D6
R3
12K
Nguon
C4
1uF
+5V
C15
100uF
J2
CON16A
1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
C2
1uF
2.2V
R5
20K
C10
105
+12V
D-1
LED
J6 CON1
1
C9
33
J3

CON1
1
U4
L7812/TO220
1
2
3
VIN
GND
VOUT
D3
5.1V
10mA
+5V
5.7V
R1
4.7K
thdk
C13
10uF
-+
D4
BRIDGE
1
3
4
2
D4
C16
103

SW1
U1
AT908535
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27

28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
(T0) PB0
(T1) PB1
(AIN0) PB2
(AIN1) PB3
(SS) PB4
(MOSI) PB5
(MISO) PB6
(SCK) PB7
RESET
VCC
GND_POWER
XTAL2
XTAL1
(RxD) PD0
(TxD) PD1
(INT0) PD2
(INT1) PD3

(OC1B) PD4
(OC1A) PD5
(ICP) PD6 PD7 (OC2)
PC0
PC1
PC2
PC3
PC4
PC5
(TOSC1) PC6
(TOSC2) PC7
AVCC
AGND
AREF
(ADC7) PA7
(ADC6) PA6
(ADC5) PA5
(ADC4) PA4
(ADC3) PA3
(ADC2) PA2
(ADC1) PA1
(ADC0) PA0
D6
V0
Enable_LCD
D4
C20
104
P2
Cong giao tiep PC

5
9
4
8
3
7
2
6
1
VCC
R2
630
D5
6.3V
D7
0.5182mA
RXD
2.732V
C1
104
D7
J7
3
2
1
J4 CON1
1
C8
33
+5V

+5V
RST
Key _B
+5V
TXD
<Doc> <Rev Code>A
11Sunday, January 08, 2006
Title
Size Document Number Rev
Date: Sheet
of
+12V
J5
CON1
1
+5V
R7
10K
C7
33
Y1
8MHz
P1
Cong Lap Trinh
5
9
4
8
3
7

2
6
1
C19
1000uF
Nguon
Temperature
Temperature
+5V
R4
12K
C5
1uF
R8
10K
Q1
+5V
GND
2.2V_Ref _AVR
Ref _Bridge
Test Point
RS_LCD
RxD
RST
C12
104

Hình 3. Sơ đồ nguyên lý mạch tự động điều khiển nhiệt độ và hiển thị kết quả trên máy tính

Trong vi điều khiển ATmega8535 tích hợp

sẵn giao diện thu phát đồng bộ - không đồng
bộ tổng hợp. Để đảm bảo sự tương thích giữa
các thiết bị truyền dữ liệu nối tiếp do các hãng
khác nhau sản xuất người ta đã xây dựng các
giao diện chuẩn I/O trong đó giao diện truyền
thông nối tiếp không đồng bộ RS 232/V24 cho
máy tính. Để truyền thông với máy tính, sử
dụng vi mạ
ch giao diện MAX232, đảm bảo
tương thích về điện, khoảng cách truyền thông
(chuyển TTL sang tín hiệu của chuẩn
RS232).(Ngô Diên Tập, 2000)
Điều khiển nhiệt độ khí sấy thực chất là
điều khiển điện áp trung bình trên sợi đốt
dùng Triac đóng cắt mạch động lực khi nhiệt
độ khí sấy thay đổi. Triác BT137 do hãng
Philip Semiconductor chế tạo (Tài liệu về các
linh kiện trên thị trường. www.Alldatasheet.
com) có khả nă
ng đóng cắt mạch tốc độ cao,
dòng cho phép 8A ở điện áp 800V khi trạng
thái không lặp lại cho phép tới 65A, công suất
tải 2,4Kw, điện áp điều khiển đỉnh cực cửa
5V, công suất trung bình trên cực cửa 0,5w.
Trong điều khiển điện áp xoay chiều,
đồng bộ là một khâu quan trọng. Khi đồng
bộ người điều khiển sẽ nhận biết được
thời điểm nào có chu kỳ điện áp lên xuống
từ đó phát ra xung điều khiển hợp lý mở
Triac. Với loại vi điều khiển cũ, người

thiết kế phải sử dụng tới các bộ
đồng bộ
ngoài. Riêng Atmega8535 có bộ so sánh
analog được tích hợp trong chíp nên việc
đồng bộ hoá rất đơn giản. Lưới điện sau
khi được cách li bằng máy biến áp và hạ
xuống điện áp an toàn phù hợp với vi điều
khiển để đưa vào hai chân AINTO và
AINT1. Sự hoạt động của bộ so sánh được
điều khiển bằng phần mềm lập trình.
Sơ đồ nguyển lý mạch điề
u khiển nhiệt độ
khí sấy và hiển thị kết quả trên máy tính
dùng vi điều khiển ATmega8535 trên hình
3.
4. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ KHÍ SẤY VÀ KHẢO NGHIỆM
Hệ thống điều khiển nhiệt độ khí sấy chỉ
ra trên hình 4

Hình 4. Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ sấy
Để khảo sát và điều khiển được nhiệt độ
khí sấy là phải xác đinh được đặc tính động
học của đối tượng điều khiển, chọn bộ điều
chỉnh, xác định thông số của bộ điều khiển và
từ đó khảo sát hệ thống. Đối tượng điều chỉnh
là nhiệt độ sấy, như các nghiên cứu tr
ước đây
thì nó là khâu quán tính bậc nhất có trễ với
hàm truyền đạt:

w(s) =
1
1
1S.
K
T
+
.e
- .
s
τ

Chọn bộ điều chỉnh tỉ lệ tích phân PI với
hàm truyền:
w
c
(s) =
1S.Ti
Kc
S.Ti
+

Sơ đồ cấu trúc chỉ ra trên hình 5

sTi
sTi
Kc

+
1
1
.
1
sT
e
Kc
S
+
−τ
e x

H×nh 5. S¬ ®å cÊu tróc bé ®iÒu chØnh PI
Với các thông số điều chỉnh T
i
= T
1
,
1
.
4
T
π
τ
≥ K = K
c
. K
1

Bắt đầu
Bắt đầu






















Hình 6a. Lưu đồ thuật toán cho chương trình
chính hiển thị nhiệt độ lên máy tính
Hình 6b. Lưu đồ thuật toán cho chương trình
chính điều khiển nhiệt độ khí sấy
Đúng
- Khởi tạo cổng nối tiếp (Serial)

- Nhận nhiệt độ đặt từ máy tính (Rec)
Chọn cổng vào cho ADC
Đọc ADC và gửi nhiệt độ
vừa đọc lên máy tính
Tạo trễ giữa hai lần gửi
Đặt để cho phép đọc lần sau
Khai báo các thư viện cần sử dụng
Khai báo các biến toàn cục
+ Khởi tạo chuyển đổi A/D
+ Khợi tạo so sánh tương tự
+ Khởi tạo các bộ định thời
+ Khởi tạo LCD
+ Khởi tạo ngắt ngoài
+ Cho phép các ngắt
Vòng lặp vô tận (không làm gì cả)
Sai
Reset ?





Ngoài chơng trình chính, ta phải lập trình
các chơng trình con cho vi điều khiển
hoạt động.
Sau khi lắp ráp mạch, kết nối với hệ thống
sấy trong phòng thí nghiệm, nạp chơng
trình cho vi điều khiển và tiến hành khảo
nghiệm với nhiệt độ ban đầu trong phòng
thí nghiệm 23

0
C, nhiệt độ đặt để sấy là
50
0
C, kết quả đạt đợc trên hình 7.
Thụng s Kt qu n v
Nhit ban u 23
0
C
Nhit t 50
0
C
Thi gian ỏp ng 56 s
Thi gian quỏ 73 s
quỏ iu chnh 1
0
C

Hỡnh 7. th ỏp ng nhit theo thi gian
0
10
20
30
40
50
60
0 20 120
n (s)
40 60 80 100
Thời gia

Nhit
(
0
C)

5. KẾT LUẬN
Kết quả đáp ứng được yều cầu ổn định nhiệt độ sấy nông sản dạng hạt, nhiệt độ ổn định
nhanh khi có sự thay đổi đột ngột của hệ thống. Kết quả hiển thị trên LCD đúng với kết
quả hiển thị trên màn hình máy tính.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trần Như Khuyên, Trần Minh Vượng, Nguyễn Thị Minh Thuận (1997). Thiết bị bảo quản và chế biến nông
sản. Nxb Giáo dục, Hà Nội.
Ngô Diên Tập (2003). Kỹ thuật vi điều khiển với AVR. NXB Khoa học và kỹ thuật 2003, 470 trang.
Ngô Diên Tập (2000). Kỹ thuật ghép nối máy tính. NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, trang 80-97.
Bit AVR Microcontroller with 8K bytes - in- system Programmable Flash.
Atmel corporation Atmega8535 manual for user.

Tài liệu về các linh kiện trên thị trường. www.Alldatasheet.com