Thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển bình mức theo luật điều khiển 2 vị trí

Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 2
Nhóm 2
Lớp
Khóa
Ngành đào tạo

:
:
:

Đ-ĐTK6.4
2008-2012
Đo lường-Điều khiển tự động

Tên đề tài: “Thiết kế,chế tạo hệ thống điều khiển bình mức theo luật điều
khiển 2 vị trí ”.
Thời lượng: 02 TC
Thời gian thực hiện: 08 tuần
Số liệu cho trước:
- Thông số của các loại linh kiện điện tử chuyên dụng
- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn.
Nội dung cần hoàn thành:
1. Tìm hiểu về ứng dụng của hệ thống bình mức, vi điều khiển AT89C51.

2. Phân tích, xác định yêu cầu của đề tài.
3. Phân tích, lựa chọn kết cấu cho mô hình, thiết kế và chế tạo mạch điều

khiển bình mức.
4. Lập kế hoạch và thực hiện các báo cáo theo đúng tiến độ.

5. Quyển thuyết minh,powerpoint và các bản vẽ, File mô tả đầy đủ nội
dung của đề tài.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 1


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………..…....4
PHẦN I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI…………………..…....…………….... 5
I.Đặt vấn đề……………………………………………………………….….6
II.Mục đích của đề tài………………………………………………………...6
Phần II.Giới thiệu một số linh kiện sử dụng trong mạch
I.Vi điều khiển AT89C51……………………………………………………7
II.IC Giải mã 74LS47…………………………………………..…………...13
III.Led thu phát hồng ngoại…………………………………………..…….14
IV.Rơle điện từ………………………………………………………..…….15
V.Led 7 thanh………………………………………………………………16
VI.Động cơ 1 chiều và van điện từ…………………………………………16
Phần II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
I.Sơ đồ khối……………………………………………………………..…..18

II.Khối cảm biến…………………………………………………………….19
III.Khối xử lý……………………………………………………….……….20
IV.Khối đặt giá trị…………………………………………………..……….21
V.Khối hiển thị……………………………………………………….……..22
VI.Khối chấp hành………………………………………………………..…23
VII.Sơ đồ mạch nguyên lý…………………………………………………..24
VIII.Nguyên lý hoạt động……………………………………….…………..25
KẾT LUẬN………………………………………………………………….26
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 2


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................

...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
Hưng Yên, ngày tháng năm 2011
Giảng viên hướng dẫn

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 3


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh
mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất của ngành
kĩ thuật điện - điện tử, kĩ thuật vi xử lý.
Với sự phát triển như vũ bão hiện nay thì kĩ thuật điện-điện tử, kĩ thuật
vi xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngành khoa học – kĩ thuật khác và đã
đáp ứng được mọi nhu cầu của người dân. Sự ra đời của các vi mạch điều
khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang
lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện – điện tử.
Để bước đầu làm quen dần với vi điều khiển, chúng em đã được các thầy

cô giáo trong khoa giao cho đồ án môn học với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo mạch điều khiển hệ thống bình mức theo luật điều khiển 2 vị trí ”.
Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở
trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình
của thầy Phạm Đức Hùng nên đồ án của chúng em đã hoàn thành. Trong quá
trình thực hiện đề tài, mặc dù chúng em đã rất cố gắng nhưng không thể tránh
khỏi sai xót. Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các
bạn để giúp đề tài phát triển thêm.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm 2

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 4


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Phần I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
I.Đặt vấn đề
Hệ thống bình mức được ứng dụng rất nhiều trong thực tế cũng như
trong công việc nghiên cứu của ngành điều khiển tự động. Trong công nghiệp
bình mức chất lỏng được ứng dụng rộng rãi trong:
- Hệ thống Bình chứa xăng dầu, hóa chất
- Trong hệ thống trao đổi chất lỏng
- Trong các hệ thống tháp chưng cất, các thiết bị phản ứng
- Hệ thống phản ứng

- Trong thiết bị y tế như: bình chứa cồn y tế, dây chuyền chế tạo dược
phẩm
Vì thế, đề tài nghiên cứu về hệ thống bình mức cũng là một đề tài quan trọng
và có khả năng ứng dụng cao có lợi rất nhiều cho sinh viên.
II.Mục đích của đề tài
- Giúp sinh viên hiểu biết hơn về công dụng và cách sử dụng của một số
linh kiện đặc biệt là hiểu rõ về vi điều khiển.
- Giúp sinh viên có khả năng nghiên cứu và làm việc độc lập cũng như theo
nhóm.
- Giúp sinh viên hiểu rõ hơn về đối tượng bình mức và khả năng ứng dụng
nó trong thực tiễn.
- Giúp sinh viên rèn luyện khả năng tư duy, lập trình.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 5


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

PHẦN II. GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN VÀ THUẬT
TOÁN ĐIỀU KHIỂN
I. Vi điều khiển AT89C51 (8051)
1. Giới thiệu chung
Đây là nơi lưu giữ chương trình điều khiển chính và dữ liệu cho các mạch
giải mã hàng và cột.
AT89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công

suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được/lập trình
được. Chip này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung
có độ tích hợp cao.
AT89C51 có các đặc trưng chuẩn sau: 4Kbyte Flash, 128 byte RAM, 32
đường xuất nhập, hai bộ định thời/đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt hai mức ưu
tiên và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch tạo dao động và
tạo xung Clock trên Chip.
Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định
thời/đếm, Port nối tiếp và hệ thống ngắt hoạt động.
2. Sơ đồ khối

3. Sơ đồ chân tín hiệu

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 6


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Chức năng của các chân tín hiệu như sau:
- P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0
- P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1
- P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2
- P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3
- RxD (Pin 10 - P3.0): Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp.
- TxD (Pin 11 - P3.1): Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp.

- /INT0 (Pin 12 - P3.2): Ngắt ngoài 0.
- /INT1(Pin 13 - P3.3): Ngắt ngoài 1.
- T0 (Pin 14 - P3.4): Chân vào 0 của bộ Timer/Counter 0.
- T1(Pin 15 - P3.5): Chân vào 1 của bộ Timer/Counter 1.
- /Wr (Pin 16 - P3.6): Ghi dữ liệu vào bộ nhớ ngoài.
- /Rd (Pin 17 - P3.7): Đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài.
- RST (Pin 9): Chân vào Reset, tích cực ở mức logic cao trong khoảng 2
chu kỳ máy.
- XTAL1(Pin 19): Chân vào mạch khuếch đaị dao động
- XTAL2 (Pin 18): Chân ra từ mạch khuếch đaị dao động.
- /PSEN (Pin 29): Chân cho phép đọc bộ nhớ chương trình ngoài (ROM
ngoài)
4.Mô tả chức năng một số chân quan trọng:
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 7


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

 Vcc: Chân cung cấp điện.
 GND: Chân nối đất.
 Port 0: Port 0 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều cực D hở. Port 0 còn được cấu
hình làm bus địa chỉ (byte thấp) và làm bus dữ liệu đa hợp trong khi truy
xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài và bộ nhớ chương trình ngoài. Port 0 cũng nhận
các byte mã trong khi lập trình cho Flash và xuất các byte mã trong khi
kiểm tra chương trình.

 Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên
trong. Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được
kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng
như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ là các port nhập, các chân của port 1
đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có
các điện trở kéo lên bên trong.
 Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên
trong. Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được
sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của
port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng
do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ
trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và trong thời
gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit.
 Port 3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo
lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như
là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 3 đang
được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các
điện trở kéo lên bên trong. Port 3 còn được sử dụng làm các chức năng
khác của AT89C51
 RST: Ngõ vào Reset. Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi
bộ dao động đang hoạt động sẽ Reset AT89C51.
Chân reset có tác dụng reset cho chíp, mức tích cực của chân này là mức 1,
để reset ta phải đưa mức 1 (5v) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ
máy ( tương đương 2µs – tương đương với thạch anh 12Mhz ).
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 8

Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Sau đây là mạch reset.

reset bằng tay

reset khi cấp nguồn

 ALE: ALE là một xung ngõ ra cho phép chốt địa chỉ ALE (Address Latch
Enable) cho phép chốt byte thấp của địa chỉ trong thời gian truy xuất bộ
nhớ ngoài. Chân này cũng được dùng làm ngõ vào xung lập trình (
trong thời gian lập trình cho Flash.

PROG

)

Khi hoạt động bình thường, xung của ngõ ra ALE luôn luôn có tần số bằng
1/6 tần số của mạch dao động trên chip, có thể được sử dụng cho các mục
đích định thời từ bên ngoài và tạo xung Clock. Tuy nhiên cần lưu ý là một
xung ALE sẽ bị bỏ qua trong mỗi chu kì truy xuất của bộ nhớ dữ liệu ngoài.
Khi cần, hoạt động cho phép chốt byte thấp của địa chỉ sẽ được vô hiệu hoá
bằng cách set bit 0 của thanh ghi chức năng đặc biệt có địa chỉ byte là 8E(h).
Khi bit này được set, ALE chỉ tích cực trong thời gian thực thi lệnh MOVX
hoặc MOVC. Ngược lại chân này sẽ được kéo lên mức cao. Việc set bit
không cho phép hoạt động chốt byte thấp của địa chỉ sẽ không có tác dụng
nếu bộ vi điều khiển đang ở chế độ thực thi chương trình ngoài.

 XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào
đến mạch tạo xung Clock bên trong chip.
 XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động.
Thạch anh dao động có tần số 12 MHz.
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 9


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Kết nối của mạch dao dộng

4. Các thanh ghi
Thanh ghi
Nội dung
Bộ đếm chương trình (Program couter- PC)
0000h
Accumulator (A)
00h
B register (B)
00h
PSW (Thanh ghi trạng thái chương trình)
00h
SP (Stack pointer – Thanh ghi ngăn xếp)
07h
DPTR (Con trỏ dữ liệu)

0000h
All ports (Các port P0,1,2,3)
FFh
IP (Thanh ghi ưu tiên ngắt)
XXX00000b
IE (Thanh ghi điều khiển ngắt )
0XX00000b
All timer registers ( tất cả các thanh ghi của bộ định 00h
thời )
SCON
00h
SBUF
00h
PCON (HMOS)
0XXXXXXXb
PCON (CMOS)
0XXX0000b

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 10


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Mạch cơ bản để 89C51 làm việc:

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 11


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

II.IC Giải mã 74LS47

IC74LS47 dùng để giải mã BCD sang mã LED 7 thanh. Sau khi 74LS90
mã hóa ra BCD sau đó 74LS47 sẽ mã hóa các mã BCD này chuyển sang LED
7 thanh hiện thị các giá trị đếm .
bảng chân lý

.
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 12


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

III.Led thu phát hồng ngoại
Đây là loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không nhìn

thấy.Nguồn sáng được tạo ra từ các LED phát ra ánh sáng hồng ngoại và nó
được gọi là bộ phát.Bộ thu có thể là photodiode hoặc phototransistor.
Cảm biến quang có 1 dạng hoạt động chính đó là:
+Tối hoạt động: là 1 dạng hoạt động của cảm biến .mà tải được cấp điện
khi ánh sáng từ bộ phát không đến được bộ thu của cảm biến.
+sáng hoạt động : là 1 dạng hoạt động của cảm biến .mà tải được cấp điện
khi ánh sáng từ bộ phát được truyền đến bộ thu của cảm biến.
(Ở đây sử dụng loại sáng hoạt động).

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 13


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

IV.Rơle điện từ

1.Cấu tạo
Rơ-le điện từ có các bộ phận chính là mạch từ, cuộn dây, tiếp điểm, vỏ. Mạch
từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ gồm hai phần, phần tĩnh hình chữ và phần
động là tấm thép hình chữ U. Phần động nối liên kết cơ khí với tiếp điểm động.
Điểm khác biệt cơ bản giữa rơ-le điện từ và contactor là rơ-le điện từ chỉ có
một loại tiếp điểm điều khiển có thể là thường đóng hoặc thường mở, không có
hộp dập hồ quang, và không có lò xo nén tiếp điểm mà sử dụng thanh đồng lai
tiếp điểm tạo lực nén.
2.Phân loại

- Theo cuộn hút: cuộn hút 1chiều & cuộn hút xoay chiều.
- Theo dòng điện qua tiếp điểm: rơ-le mộ chiều, rơ-le xoay chiều.
- Theo số lượng cặp tiếp điểm:2 cặp tiếp điểm,3 cặp tiếp điểm, ...
- Theo cấu trúc chân: chân tròn, chân dẹt.
- Theo đế cắm rơ-le: đế tròn, đế vuông.
3.Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ hút tấm động về
phía lõi. Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện và tỷ
lệ nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ:F=(ki2/g2) Khi dòng điện trong
cuộn dây nhỏ hơn dòng tác động thì lực hút điện từ lớn hơn lực kéo lò xo
F>Flx, tấm động bị hút về phía làm cho khe hở mạch từ nhỏ nhất, tức là hút về
phía phần tĩnh. Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực hút càng tăng, tấm động được hút
dứt khoát về phía phần tĩnh và tiếp điểm động được đóng vào tiếp điểm tĩnh

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 14


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

V.Led 7 thanh

● Led 7 thanh có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình bên
dưới và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới,
bên phải của led 7 thanh. 8 led đơn trên led 7 thanh có Anode(cực +) hoặc
Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra

ngoài để kết nối với mạch điện.
● 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa
ra ngoài để kết nối với mạch điện. Nếu led 7 thanh có Anode(cực +) chung,
đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng
thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở
mức 0. Nếu led 7 thanh có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối
xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng
tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1.
VI.Động cơ 1 chiều và van điện từ
*Động cơ 1 chiều là 1 động cơ điện hoạt động
với dòng điện 1 chiều.
Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn
xung quanh một lõi sắt non, cạnh phía bên cực
dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên,
trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng
một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay
trái của Fleming. Các lực này gây tác động
quay lên cuộn dây, và làm cho rotor quay. Để
làm cho rô to quay liên tục và đúng chiều, một
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 15


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

bộ cổ góp điện sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu

kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ
trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90 o so với
phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính.
VII.Luật điều chỉnh
Các hệ thống điều chỉnh trong công nghiệp đều làm việc theo phương
thức điều khiển theo sai lệch. Tín hiệu điều khiển có thể được hình thành dựa
trên lý thuyết điều khiển kinh điển hoặc lý thuyết điều khiển hiện đại. Theo lý
thuyết hiện đại, tác động điều chỉnh được hình thànhduwaj trên lý thuyết logic
mờ hoặc mạng nơron, còn theo lý thuyết kinh điển, tín hiệu điều chỉnh được
hình thành do các quy luật nhất định gọi là quy luật điều chỉnh. Trong kỹ thuật
hiện nay, lý thuyết kinh điển vẫn đang chiếm ưu thế vì vậy ở đây chúng tôi chỉ
đề cập đến luật điều khiển kinh điển. Có 3 loại quy luật điều khiển là: quy luật
điều khiển vị trí, quy luật điều khiển liên tục và quy luật điều khiển xung. Ở
đây chúng tôi chọn quy luật điều khiển vị trí làm luật điều khiển cho hệ thống.
 Luật điều khiển vị trí
Quy luật điều khiển vị trí bao gồm điều khiển hai vị trí và điều khiển ba vị trí.
Trong quy luật điều khiển hai vị trí, tác động điều khiển được xác định theo
biểu thức:
U = Bsigne
Nghĩa là khi e > 0 thì signe = 1 và U=B=Umax còn khi: e < 0 thì signe = -1 và
U= -B= Umin
Quá trình điều khiển mang tính tự dao động với biên đọ được xác định theo
công thức:
∆=
Chất lượng của quá trình điều chỉnh còn được đánh giá thông qua giá trị
sai lệch tĩnh và được xác định theo công thức : δ = x -

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 16

Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

y(t)
ymax
ymin
t
Umax
Umin
t
Hình 7.1 Quá trình quá độ điều khiển 2 vị trí
Biên độ dao động của quá trình điều chỉnh phụ thuộc vào hiệu U max- Umin
Trong thực tế , giá trị này tương đối lớn , vì vậy, biên độ giao động lớn, đối với
nhiều trường hợp không đáp ứng được yêu cầu về chất lượng của quá trình
điều khiển.
Để nâng cao chất lượng quá trình của hệ thống, sử dụng quy luật điều
chỉnh ba vị trí. Quy luật được mô tả như sau:
- Nếu e > b thì U = Umax
- Nếu 0 thì U= Unor
- Nếu < 0 thì U = Umin
Hình vẽ 7.1 mô tả quá trình quá độ điều khiển của hệ thống điều khiển 2 vị
trí. Do ở trạng thái xác lập hệ thống chỉ tác động giữa U nor và Umin nên biên độ
dao động giảm. Ưu điểm của điều khiển vị trí là đơn giản, dễ sử dụng, độ tin
cậy cao. Nhược điểm cơ bản của nó là ở trạng thái xác lập tồn tại quá trình tự
dao động mà trong nhiều quy trình công nghệ không cho phép. Trong trường
hợp đó phải sử dụng các quy luật điều khiển liên tục.

Phần III. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
I.Sơ đồ khối
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 17


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Hiển
Thị

Cảm
Biến

Xử Lý

Chấp
Hành

Đặt
Giá Trị

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 18

Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

II.Khối cảm biến

Khối cảm biến gồm 10 cặp led
hồng ngoại xếp đối diện theo vị trí tương ứng với 10 mức chất lỏng trong
bình.Mức chất lỏng được xác định bằng số cặp led hồng ngoại bị chắn bởi
phao chắn.
Hoạt động:
Bình thường khi không bị chắn, các led thu nhận được tín hiệu từ led phát và
cho dòng điện đi qua.tín hiệu ra = 0V. Khi bị phao chắn, các led thu không
nhận được tín hiệu từ led phát và không cho dòng điện đi qua.
Tín hiệu ra = VCC = 5V
Tín hiệu ra được đưa về bộ xử lý để có tác động thích hợp

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 19


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

III.Khối xử lý

Bộ xử lý ở đây chính là chíp vi xử lý AT89C51. Bộ xử lý này có sử dụng bộ
dao động thạch anh 12Mhz. Bộ xử lý nhận tín hiệu từ khối cảm biến và khối
đặt giá trị, thông qua thuật toán điều khiển, nó đưa ra tín hiệu điều khiển cho
khối chấp hành và đồng thời cũng đưa tín hiệu tới khối hiển thị cho biết mức
chất lỏng trong bình.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 20


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

IV.Khối đặt giá trị

Khối đặt giá trị bao gồm 10 nút nhấn tương ứng với 10 mức chất lỏng mà ta
điều khiển. Bình thường khi chưa ấn nút, các đường tín hiệu ra được nối với
mass nên điện thế trên các chân vi điều khiển = 0V. Khi ta muốn đặt giá trị
mức chất lỏng, ta nhấn nút tương ứng với mức ta cần đặt thì ngay lập tức,
đường tín hiệu ra được nối với VCC, điện thế tại chân vi điều khiển = VCC = 5V.
Từ đó, vi điều khiển sẽ nhận giá trị và đưa vào chương trình điều khiển.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 21

Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

V.Khối hiển thị

Khối hiển thị bao gồm 2 IC giải mã 74247 và 2 led 7 thanh để hiển thị mức
chất lỏng trong bình. Vi điều khiển nhận tìn hiệu từ cảm biến và chuyển nó
sang mã tương ứng và xuất ra Port 0. Port 0 gồm 8 bit, 4 bit đầu để hiển thị số
thứ nhất và 4 bit sau hiển thị số thứ 2. Mỗi 4 bit đó được đưa tới IC giải mã
74247 và chuyển sang mã nhị phân điều khiển cho led 7 thanh hiển thị số
tương ứng.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 22


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

VI.Khối chấp hành
Khối chấp hành bao gồm động cơ bơm, van điện từ và 2 rơle điện từ điều
khiển cho chúng. Bơm dùng để nạp thêm chất lỏng và van điện từ để xả bớt
chất lỏng trong bình. Sở dĩ phải sử dụng rơle điện từ vì tín hiệu điều khiển từ

vi xử lý không đủ để tác động cho bơm và van điện từ nên ta sử dụng rơle để
khắc phục điều đó. Ví dụ: mức chất lỏng trong bình chưa đạt giá trị mong
muốn, cần phải bơm thêm chất lỏng thì vi xử lý đưa tín hiệu ra chân P3.2 làm
rơle tác động, đóng mạch điện cho bơm hoạt động. Khi đã đạt giá trị mong
muốn, vi xử lý đưa tín hiệu ngắt, rơle nhả tiếp điểm ngắt mạch điện, bơm
ngừng hoạt động. Nếu mức chất lỏng trong bình lớn hơn giá trị mong muốn thì
vi xử lý đưa ra tín hiệu tại chân P3.5 làm rơle tác động bật van xả, khi tới giá
trị đặt thì nó đưa tín hiệu ngắt, đóng van xả, mức chất lỏng được giữ cố định tại
giá trị đặt.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 23


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

VII.Sơ đồ mạch nguyên lý:

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 24


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

VIII.Nguyên lý hoạt động
Khi ta muốn đặt mức chất lỏng trong bình theo một mức nào đó, ta nhấn
phím tương ứng với mức đó. Tín hiệu được chuyển về vi xử lý và được so sánh
với giá trị mức chất lỏng trong bình. Mức chất lỏng ở trong bình được cảm
biển chuyển thành tín hiệu điện và cũng đưa về vi xử lý. Vi xử lý thực hiện
phép so sánh hai giá trị này.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 25