báo cáo đồ án đề tài đo và điều khiển nhiệt độ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
1 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN






BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
Đề tài: Đo và điều khiển nhiệt độ




Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Quốc Cường
Sinh viên:Nhóm V
Ngô Văn Đức ĐK&TĐH 4-K54 20090793
Đoàn Vũ ĐK&TĐH 8-K54 20093312

BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
2 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
MỤC LỤC

Trang
Phần I.Giới thiệu về đề tài…………………………………………………… …………3
Phần II.Hướng nghiên cứu………………………………………………………… ……3
I.Đặt vấn đề……………………………………………………… …………… 3
II.Chức năng của mạch……………………………………………… ………… 3
III.Sơ đồ tổng quan…………………………………………………… … …… 4
Phần III.Phần thiết kế………………………………………………… …………………4
I.Khối nguồn………………………………………………… ……… …………4
II.Khối cảm biến…………………………………… ……………… ………… 5
III.Khối thòi gian thực…………………………………………………………… 6
IV.Khối hiển thị………………………………………………………………… 7
V.Khối làm mát……………………………………………………… ………… 9
VI.Khối bàn phím……………………………………….……………………… 10
VII.CPU………………………………………………………………………… 10
VIII.Giải thuật chương trình…………………………………… ……………….12

Phần IV. Kết luận……………………………………………………………………… 13
Tài liệu tham khảo ………………………………………………………………………14

BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
3 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
PHẦN I. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Đề tài:Đo và điều khiển nhiệt độ.
Ta đo nhiệt độ môi trường hiển thị lên LCD,nhiệt độ đo được sẽ so sánh với nhiệt độ
ngưỡng được đặt (T
MAX
).Nếu nhiệt đọ chưa vượt ngưỡng thì hiển thị nhiệt độ đó lên
LCD.Nếu quá mức cho phép thì quạt sẽ bật, khi nhiệt độ ổn dịnh thì quạt dừng.

PHẦN II. HƯỚNG NGHIÊN CỨU

I.Đặt vấn đề
Sự phát sinh nhiệt trong các thiết bị và môi trường là điều không mong muốn,khi
nhiệt độ tăng lên đến một giới hạn chịu đựng nhất định thì các thiết bị này hoạt động
không ổn định, có thể dẫn đến làm dừng hệ thống và hỏng hóc.Ta sử dụng quạt làm mát
để làm mát cho hệ thống.

II.Chức năng của mạch
 Đo nhiệt độ
 Hiển thị nhiệt độ
 Điều khiển quạt làm mát
 Bàn phím điều khiển,nhập số liệu
 Hiển thị thời gian thực




















BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
4 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ

III. Sơ đồ tổng quan.


Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan phần thiết kế

PHẦN III.PHẦN THIẾT KẾ
I.Khối nguồn.
Mạch sử dụng nguồn điện từ lưới qua biến áp và chỉnh lưu + IC 7805 để tạo nguồn 1
chiều +5V DC.
Mạch nguồn tạo điện áp 5V DC, 1A nuôi cho các khối vi điều khiển, cảm biến, LCD
Mạch gồm:
 1 chỉnh lưu cầu
 1 tụ hóa 1000uF/50V, 1 tụ hóa 4.7uF/50V, tụ gốm 104
 1 IC nguồn 7805
 1 biến áp lạo 220/9VAC-1A

BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
5 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ



Hình 3.1: Sơ đồ mạch nguồn 5V-DC
II.Khối cảm biến
1.Cảm biến nhiệt độ LM35


Hình 3.2: Cảm biến LM35

LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog , nhiệt độ được xác định bằng cách xác
định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra cả LM35
 Đơn vị nhiệt độ : đô C
 Có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo độ C(10mV/°C)
 Có hiệu năng cao, công suất tiêu thụ là 60uA
 Sản phẩm không cần phả chỉnh nhiệt độ khi sử dụng
 Độ chính xác thực tế : ¼ °C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C
tới 150°C.
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
6 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
 Chân +Vs là chân cung cấp điện áp cho LM35DZ hoạt động (4-20V)
 Chân Vout là chân điện áp ngõ ra chủa LM35 được đưa và chân analog của
bộ ADC
 Chân GND là chân nối mass

Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng cảm biến LM35
2.Nguyên lý tính toán
Vi điều khiển ta sử dụng làm PIC16F877A có ADC 10 bit  max=1023,
V
ref
=V
cc
.0 độ C thì đầu ra là 2.73V.
ADC_Vin=5V  ADC_value=1023
ADC_Vin=2.73  ADC_value=(1023/5)*2.73=558.58(tương ứng 0 độ C)
 Công thức tính: Read_ADC=(ADC_value-558.6)/(4.887/10)
III.Khối thời gian thực
1.IC thời gian thực

Hình 3.4: IC DS1307
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
7 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian
thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng, tình
bằng giây, phút, giờ… IC này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ
(trong tuần), ngày, tháng, năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra
phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM
Các chân của DS1307 được mô tả như sau:
 X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động
cho chip.
 V
BAT
: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip.
 GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
 Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển.
 SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số
của xung được tạo có thể được lập trình.
 SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C
2.Chức năng khối thời gian thực
 Hiển thị thòi gian thực và hệ thống thời gain ngày tháng năm. Ngày cuối tháng sẽ
đc tự động điều chỉnh với các tháng nhỏ hơn 31 ngày bao gồm cả tự động nhảy năm.
 Người dùng có thể cài đặt thời gain để hẹn giờ bật quạt, tắt quạt…
IV.Khối hiển thị
1.LCD 16x2

Hình 3.5: LCD loại 16x2
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
8 P a g e

Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
LCD là một thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp với người dùng, hiển thị được tất cả các
kí tự mã ASCII .
 Chức năng các chân của LCD

Chân

Kí hiệu Mức Logic I/O Chức Năng
1 Vss - - Nguồn(GND)
2 Vcc - - Nguồn (+5V)
3 Vee - - Chia độ tương phản
4 RS 0/1 I 0=Nhập lệnh
1=Nhập dữ liệu
5 R/W 0/1 I 0=Ghi dữ liệu
1=Đọc dữ liệu
6 E 1,1->0 I Bus dữ liệu 0
7 DB0 0/1 I/O Bus dữ liệu 0
8 DB1 0/1 I/O Bus dữ liệu 1
9 DB2 0/1 I/O Bus dữ liệu 2
10 DB3 0/1 I/O Bus dữ liệu 3
11 DB4 0/1 I/O Bus dữ liệu 4
12 DB5 0/1 I/O Bus dữ liệu 5
13 DB6 0/1 I/O Bus dữ liệu 6
14 DB7 0/1 I/O Bus dữ liệu 7
15 Lamp- - - Đèn LCD
16 Lamp+ - - Đèn LCD

 Mã lệnh LCD
Mã Hex Lệnh đến thanh ghi LCD
1 Xóa màn hình hiển thị

2 Trở về đầu dòng
4 Dịch con trỏ sang trái
6 Dịch con trỏ sang phải
5 Dịch hiển thị sang phải
7 Dịch hiển thị sang trái
8 Tắt con trỏ, tắt hiển thị
A Tắt hiển thị, bật con trỏ
C Bật hiển thị,tắt con trỏ
E Bật hiển thị,nhấp nháy con trỏ
F Tắt hiển thị,nhấp nháy con trỏ
10 Dịch vị trí con trỏ sang trái
14 Dịch vị trí con trỏ sang phải
18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái
1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
9 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
80 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ nhất
C0 Đưa con trỏ về đầu dòng thứ hai

Trong đồ án LCD có chức năng hiển thị thời gian,ngày giờ,giao diện cài đặt cho
người dùng sử dụng.
2.LED 7 thanh
Led trong mạch ta sử dụng 2 led 7 thanh anot chung để hiển thị nhiệt độ đo được.
Để hiển thi liên tục nhiệ độ ta sử dụng IC dịch 74HC595: Là ic ghi dịch 8bit kết hợp
chốt dữ liệu , đầu vào nối tiếp đầu ra song song .Chức năng: Thường dùng trong các
mạch quét led 7 , led matrix …để tiết kiệm số chân VDK tối đa (3 chân) .

Hình 3.6: LED 7 thanh+IC 74HC595
V.Khối làm mát

Ta sử dụng quạt làm mát để làm mát ,giảm nhiệt độ

Hình 3.7: Quạt làm mát
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
10 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
 Tác dụng làm mát cho quạt
 Thông số
Nguồn DC 12V
Dòng điện 0.14A
 Dùng 1 MOSFET để kích dòng cho quạt
VI.Khối bàn phím.
 Tác dụng : dùng để nhập nhiệt độ cài đặt, chỉnh sửa thời gian
 Ta sử dụng những phím bấm cơ học ,có tụ điện để chống nhiễu.
Gồm các phím: menu,tăng giảm,select,và reset

Hình 3.8: Khối bàn phím
VII.CPU(PIC16F877A)
Có chức năng đọc nhiệt độ, xử lý hiển thị điều khiển quạt…

Hình 3.9: Vi điều khiển PIC16F877A
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
11 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
 Thông số cơ bản của PIC
 8 K Flash ROM
 368 bytes RAM
 256 bytes EEPROM
 5 Port I/O (A, B, C, D, E), ngõ vào/ra với tín hiệu điều khiển độc lập
 2 bộ định thời 8 bit Timer 0 và Timer 2

 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm năng
lượng (Sleep Mode) với nguồn xung clock ngoài
 2 bộ CCP, Capture/Compare/PWM - tạm gọi là: Bắt giữ / So sánh / Điều Biến
xung
 1 bộ biến đổi tương tự - số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào
 2 bộ so sánh tương tự (Comparator)
 1 bộ định thời giám sát (WDT - Watch Dog Timer)
 1 cổng song song ( Parallel Port ) 8 bit với các tín hiệu điều khiển
 1 cổng nối tiếp ( Serial Port )
 15 nguồn ngắt (Interrupt)
 Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode)
 Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP
TM
(In-Circuit Serial Programing)
 Nguồn dao động lập trình được tạo bằng công nghệ CMOS
 35 tập lệnh có độ dài 14 bit.
 Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz


BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
12 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
VIII.Giải thuật chương trình

Hình 3.10: Giải thuật chương trình
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
13 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
 Sơ đồ mô phỏng

Hình 3.11: sơ đồ tổng quan
PHẦN IV. KẾT LUẬN
1.Các kết quả thu được
- Về phần cứng : tìm hiểu được vi điều khiển PIC
- Tìm hiểu được thuật toán điều khiển
- Tìm hiểu được cảm biến LM35
- Các vấn đề về xử lý mạch
- Tìm hiểu IC dich,IC thời gian thực
2.Những hạn chế
- Kết quả thu được không đúng với lý thuyết(sai số chưa chỉnh sửa được)
- Còn hạn chế trong thuật toán và thiết kế

o0o
BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
14 P a g e
Ngô Văn Đức-Đoàn Vũ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Các diễn đàn về vi điều khiển: picvietnam.vn, dientuvietnam.net…
2.Datasheet của PIC16F877A, ….các loại dùng trong mạch……