nghiên cứu thiết kế Máy úm gà con

GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

MỤC LỤC

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

1


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Sơ đồ định dạng hệ thống……………………………………………………………..8
Hình 2.2: Điều khiển nhiệt tự động của Omron………..…………………………………..10
Hình 2.3: Thiết bị tạo độ ẩm ……………………………..…………………………………..10
Hình 2.4: Quạt thông gió,điều nhiệt trong lò ấp tự động……………………..…………..11
Hình 2.5: IC Cảm biến nhiệt LM35DZ …………………..…………………………………..11
Hình 2.6: Cảm biến độ ẩm ES2-HB ……………………..……….………………………..12
Hình 2.7: Thiết bị giám sát của CASIO và EXTECH với các chức năng cơ bản .……..12
Hình 2.8: Thiết bị giám sát của HOBO..………………..…………………………………..13
Hình 3.1:Sơ đồ chân PIC 16F877A hai hàng chân…………………………………………15
Hình 3.2:Sơ đồ chân PIC 16F877A bốn hàng chân………………………………………..15
Hình 3.3:Sơ đồ các khối của PIC 16F877A…………………………………………………16
Hình 3.4: Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD………………………………………………….20
Hình 3.5: Cặp biến nhiệt………………………………………………………………………20
Hình 3.6: Cấu tạo Thermistor………………………………………………………………..22
Hình 3.7: Hỏa kế nhiệt………………………………………………………………………..23

Hình 3.8: IC cảm biến nhiệt LM35………………………………………………………….24
Hình 4.1: Sơ đồ khối toàn mạch…………………………………………………………….25
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn……………………………………………………..27
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển……………………………………………..28
Hình4.4: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị……………………………………………………29
Hình 4.5: Cấu tạo PC 817……………………………………………………………………30
Hình 5.6: Sơ đồ nguyên lý khối cách ly và chấp hành…………………………………..31
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

2


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Hình 5.7: Sơ đồ nguyên lý của khối nút bấm…………………………………………….32

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới của chúng
ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh hơn hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật
điện - điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác
cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động của con
người đạt hiệu quả cao.
Điện - Điện tử trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng
được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công –nông –lâm ngư nghiệp cho đến
các nhu cầu cần thiết trong hoạt động đời sống hàng ngày.
Hiện nay úm Gà con người nông dân vẫn làm thủ công, chưa có kinh tế và hiệu
quả cao, tỉ lệ sống còn thấp, và khá vất vả.
Do vậy tôi đã đi vào nghiên cứu hàn lâm, và đi tiếp cận thực tiễn và quyết định

thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu máy úm gà con ”.
Với đề tài nghiên cứu của mình tôi sẽ từng bước nghiên cứu và xây dựng lên một
mô hình úm Gà với phương châm bám sát thực tế, Và đưa mô hình của tôi có thể phát
triển thành sản phẩm được chuyển giao khoa học kỹ thuật giúp các bác nông dân có thể sở
hữu một thiết bị tốt nâng cao hiệu quả kinh tế trong chăn nuôi của họ.
Tôi xin chân thành cảm ơn giảng viên PGS.TS Nguyễn Quốc Trung đã tận tình
hướng dẫn tôi trong suốt thời gian tôi hoàn thành đề tài của mình. Tôi cũng xin chân
thành cảm ơn các thầy các cô trong khoa Điện- Điện Tử trường Đại học Sư Phạm kỹ
Thuật Hưng Yên đã chia sẻ cho em rất nhiều kinh nghiệm quý báu.
Do thời gian nghiên cứu chưa nhiều, và thực tiễn chưa thực sự đi sâu. Vì vậy, tôi
rất mong nhận được ý kiến đánh giá,hướng dẫn của quý thầy cô cũng như sự góp ý chân
thành của các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

3


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1.Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện - điện tử đã,
đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả trong hầu hết
các lĩnh vực kinh tế kỹ thuật cũng như đời sống xã hội.
Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện - điện tử đã mang lại những lợi ích tích
cực cho các lĩnh vực công-nông-lâm-ngư nghiệp và chăn nuôi cũng không nằm ngoài

phạm vi này. Nhờ có sự phát triển của công nghệ điện - điện tử mà hàng loạt các thiết bị
ra đời và được ứng dụng trong các ngành, chính vì vậy mà ngành chăn nuôi không còn
thủ công, vất vả như trước, người chăn nuôi có thể mở rông quy mô, nâng cao năng suất
mà vẫn đảm bảo chất lượng.
1.2.Mục đích nghiên cứu
Sự cần thiết, quan trọng cũng như tính khả thi và ứng dụng của điện - điện tử vào trong
chăn nuôi là lí do để đề tài “ Nghiên cứu máy úm gà con” để nghiên cứu
Công Trình sau nghiên cứu có thể ổn định nhiệt độ độ ẩm đặt trước,và hiển thị được nhiệt
độ độ ẩm thực tế.
1.3.Phương pháp nghiên cứu
+ Thu thập thông số, số liệu từ thực tế.
+ Thu thập tài liệu
+ Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn
+Thực hiện luận văn theo hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn
1.4. Phương tiện nghiên cứu.
- Giáo trình liên quan đến đề tài.
- Máy vi tính.
- Thực tiễn nghiên cứu trên nhiều giống gà con khác nhau.
- Các linh kiện điện tử để thi công mạch điện: Bộ xử lý trung tâm, LED 7 thanh
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

4


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

- Các phần mềm hỗ trợ như : eagle 5.6, Proteus 7.4, CCS.
1.5.Ý nghĩa của đề tài

Công trình nghiên cứu đã bám sát thực tế, có tính ứng dụng cao. Giúp người chăn
nuôi đỡ vất vả hơn trong quá trình lao động sản xuất.

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

5


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU VÀ LỰA CHON GIẢI PHÁP
2.1. Yêu cầu trong quá trình nghiên cứu
Để có được kết quả sinh trưởng phát triển tốt sau khi nở ngoài yếu tố giống, thức ăn, các
yếu tố ngoại cảnh thì quá trình úm sau khi nở đóng vai trò quan trọng có tính chất quyết
định cho sự sinh trưởng sau này. Nếu ta biết kết hợp hài hoà giữa các yếu tố trong quá
trình úm thì kết quả sống sinh trưởng tốt sau khi nở sẽ đạt kết quả cao nhất, ngược lại khi
các yếu tố không kết hợp được sẽ gây gà con yếu, khó nuôi, hoặc sau đó chết và chất
lượng đàn nuôi sẽ giảm đáng kể.
Các điều kiện chính quyết định đến kết quả sinh trưởng gà con mới nở trứng đó là: chế độ
nuôi, thức ăn, nước uống, thuốc Vacsin phòng bệnh, nhiệt độ, độ ẩm và thông thoáng
trong quá trình nuôi.
2.2. Khảo sát thực tế.
Do thông thường khi con gà mẹ úm gà con thường trong bộ lông của nó sẽ có:
+ Nhiệt độ sẽ được tạo ra từ cơ thể của gà mẹ để giữ ấm cho gà con, nhiệt độ thích nghi
và sinh trưởng của gà con .
+ Độ ẩm có trong bộ lông của gà mẹ, độ ẩm thực tế gà con sinh trưởng
+ Độ thông thoáng là khoảng thoáng dưới chân gà.

+ Các loại giống gà con khác nhau : Gà di, gà chọi, gà mía, gà hồ, gà Đông Tảo,…
Đây là điều kiện thực tế để đi nghiên cứu “ Máy úm gà con”:
Nhiệt độ: là điều kiện quan trọng nhất trong quá sinh trưởng của gà con. Đối với
gà nhiệt độ lý tưởng để gà sinh trưởng từ 28,5-32,5oC. Nếu nhiệt độ cao quá gà con sẽ thở
nhiều toát nhiệt không kịp sẽ gây bệnh ecoly, Newcatson, gà con uống nước nhiều
……………... Nếu nhiệt độ thấp quá gà con sẽ sinh bệnh thương hàn, thụt cổ, ecoly,….
Trong thực tế gà mẹ úm con trong khoảng nhiệt độ 25 - 30 oC
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

6


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Độ ẩm: Trong giai đoạn ủm con độ ẩm thích hợp khoảng 60-75%. Giai đoạn nở
Nếu trong quá trình ủm, độ ẩm quá cao gà con mới nở ra sẽ thương hàn, mắc các bệnh
Newcatson, ecoly.... gà con sẽ chảy nước mũi hay vảy mỏ. Nếu độ ẩm thiếu gà con lông
sẽ khô, thiếu nước. Độ ẩm vừa đủ gà con sinh trưởng phát triển tốt.
Thông gió: Giống như các động vật khác, gà con cũng cần oxy của không khí để
thở, đồng thời thải thán khí (CO2) và hơi nước ra ngoài. Cường độ trao đổi không khí tăng
lên vào thời gian sinh trưởng của gà, yêu cầu về dưỡng khí (oxy) cũng tăng lên. Ngoài
không khí để thở và trao đổi không khí còn để thông thoáng cho gà con. Các lớp lông của
gà mẹ luôn được xếp sen kẽ để có thể giữ độ ấm, độ ẩm và thoáng khí cho gà con trong
khi ủm. Gà mẹ sẽ điều chỉnh độ thoáng khí và độ ấm, độ ẩm tùy theo thời tiết.
Các loại giống gà con khác nhau : Ở mỗi loại giống gà con khác nhau thì quá
trình sinh trưởng sẽ khác nhau do định được chất lượng sinh học của giống gà. Để kiểm
tra điều này kiểm nghiệm trên ba giống gàdùng đèn soi để loại bỏ trứng trắng, chết phôi
nhằm tiết khác nhau đó là: Gà chọi, gà di, gà mía .

2.3. Đề xuất phương án kỹ thuật cho máy úm.
Với các yêu cầu kỹ thuật đối với con gà con như vậy, ta cần nghiên cứu các phương
án sơ bộ trước khi đi vào nghiên cứu và chế tạo. Phương án kỹ thuật sơ bộ sẽ mô tả khái
quát cấu tạo của hệ thống cần nghiên cứu, các khối và các phần tử có trong hệ thống,
nhiệm vụ chính và chức năng cơ bản của các khối. Về cơ bản thì bước đầu sơ đồ định
dạng khối như sau:
Thiết bị 1

Thiết bị 2

Thiết bị N

Thiết bị trung tâm

Hình 2.1- Sơ đồ định dạng hệ thống.
Trong đó:
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

7


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Từ thiết bị 1 đến thiết bị thứ N là các thiết bị trường, có nhiệm vụ đo đạc tại chỗ độ
ẩm và nhiệt độ của đối tượng.
Thiết bị trung tâm có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các thiết bị trường gửi tới. Thiết bị
trung tâm có thể là một bộ điều khiển chuyên dụng được thiết kế đặc biệt dành riêng cho
mục đích thiết kế này.

Trong thực tế, các thiết bị có thể đáp ứng được yêu cầu công nghệ đã đề ra đã được
sản xuất với quy mô công nghiệp, số lượng lớn đáp ứng được nhiều mục đích chung trong
công nghiệp. Tuy nhiên, chủ yếu là các thiết bị nhập ngoại, giá thành cao và việc kết nối
mở rộng tuân theo các chuẩn của Châu Âu hay Mỹ tương đối phức tạp, gây khó khăn cho
người nuôi và điều chỉnh ở nước ta.
Với những yếu tố đó, việc nghiên cứu một hệ thống đặc thù cho yêu cầu đã nêu là cần
thiết, không những có thể chế tạo được một sản phẩm mang tính công nghiệp đáp ứng
được nhu cầu thực tế mà còn giúp giảm chi phí cho nông dân. Thiết bị được chế tạo riêng
cho mục đích ứng dụng trong ngành chăn nuôi gà sẽ phát huy được tính đặc thù của mình.
Chế tạo một sản phẩm thực tế cũng là một cơ hội tốt để ta có thể hiện thực hóa những ý
tưởng đưa kỹ thuật ứng dụng trong nông nghiệp hữu ích và đem lại hiệu quả cao nhất.
2.4. Tìm hiểu thiết bị công nghệ kỹ thuật.
Bộ phận tạo và điều khiển nhiệt: Thiết bị tạo nhiệt là nhiệt điện trở cấp nguồn 220V,
và là bóng đèn cho máy úm gà. Bộ điều khiển nhiệt là thiết bị ngắt khi nhiệt độ lò ấp vượt
quá mức quy định như nhiệt kế, hay thiết bị tích hợp sẵn bộ hiển thị nút bấm điều khiển,
và role nhiệt của Omron.

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

8


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Hình 2.2: Điều khiển nhiệt tự động của Omron
Bộ phận tạo độ ẩm: Thiết bị tạo độ ẩm là thiết bị cung cấp độ ẩm cho lồng úmđược
cấp nguồn 220V.

Hình 2.3: Thiết bị tạo độ ẩm

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

9


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Bộ phận tạo thoáng cung cấp oxy: thường lắp quạt sát thành lò ấp có ô thoáng với
môi trường ngoài.

Hình 2.4: Quạt thông gió,điều nhiệt trong lò ấp tự động
Bộ phận cảm biến nhiệt độ:thường dùng IC cảm biến nhiệt độ LM35

Hình 2.5 IC Cảm biến nhiệt LM35DZ
Bộ phận cảm biến độ ẩm: HS1101, ES2-HB

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

10


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Hình 2.6 Cảm biến độ ẩm ES2-HB

Hệ thống giám sát có nhiều loại tùy theo đặc thù từng loại hình, từng hình thức sản
xuất. Tuy nhiên có thể phân ra một số loại như sau:
- Hệ thống chỉ giám sát, không thực hiện cảnh báo : hệ thống này chỉ bao gồm chủ yếu
các thiết bị giám sát như camera, cảm biến, việc hiển thị được đưa ra màn hình yêu cầu
luôn có người quan sát để phát hiện lỗi bất thường phát sinh

Hình 2.7 Hình ảnh thiết bị giám sát của CASIO và EXTECH với các chức năng cơ
bản
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

11


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Các chức năng của hệ thống giám sát-cảnh báo có thể thực hiện được :
+Hiển thị đồng hồ thời gian thực luôn cập nhật thời gian của hệ thống :
-Thứ/ngày /tháng (Sun/30/6)
-Giờ/phút/giây (10PM/58/50)
+Hiển thị nhiệt độ thiết bị được giám sát : 23.5 °C
+Hiển thị được độ ẩm tương đối của thiết bị được giám sát : 54%
+Cảnh báo (Snooze)
Hệ thống có chức năng giám sát đồng thời cảnh báo thông qua hệ thống có âm
thanh hoặc đèn báo hoặc truyền thông đến vị trí khác trong nhà giúp con người giám sát
phát hiện lỗi từ xa.

Hình 2.8 Hình ảnh thiết bị giám sát của HOBO

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

12


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

CHƯƠNG 3
TÌM HIỂU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CẢM BIẾN
3.1. Vi điều khiển PIC 16F877A
PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính
thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của
họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600. Vi
điều khiển này sau đó được nghiên cứu phát triển thêm và từ đó hình thành nên dòng vi
điều khiển PIC ngày nay.
3.1.1. Lý do sử dụng PIC 16F877A cho đề tài
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR,
ARM,... Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, chúng
em đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng
trên công cụ này vì các nguyên nhân sau:
- Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam.
- Giá thành không quá đắt.
- Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập.
- Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển
mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051.
- Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC. Hiện nay tại Việt Namcũng như trên
thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi. Điều này tạo nhiều thuận lợi
trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các

ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được
sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,…
- Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình
từ đơn giản đến phức tạp,…
- Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng
được phát triển.

3.1.2. Sơ đồ PIC 16F877A
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

13


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

3.1.2.1. Sơ đồ chân

Hình 3.1:sơ đồ chân PIC 16F877A hai hàng chân

Hình 3.2:Sơ đồ chân PIC 16F877A bốn hàng chân

3.1.2.2.Sơ đồ khối
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

14


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Hình 3.3:Sơ đồ các khối của PIC 16F877A

3.1.3. Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A
Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi
lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

15


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu
368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT I/O
là 5 với 33 pin I/O.
Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:
Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm
dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ
sleep.
• Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
• Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung.
• Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
• Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
• Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển

RD, WR, CS ở bên ngoài.
Các đặc tính Analog:
• 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit.
• Hai bộ so sánh.
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
•
•

•
•
•

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần.
Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.
Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit SerialProgramming) thông qua 2 chân.
Watchdog Timer với bộ dao động trong.
Chức năng bảo mật mã chương trình.
Chế độ Sleep.

•

Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.

•
•
•
•
•

3.2.Trình biên dịch cho PIC 16F877A
3.2.1. Giới thiệu về CCS.
CCS là trình biên dịch lập trình ngôn ngữ C cho Vi điều khiển PIC của hãng Microchip.
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

16


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dich riêng biệt cho 3 dòng PIC khác nhau
đó là:
‐

PCB cho dòng PIC 12‐bit opcodes.

‐

PCM cho dòng PIC 14‐bit opcodes.

‐

PCH cho dòng PIC 16 và 18‐bit.

Tất cả 3 trình biên dịch này đuợc tích hợp lại vào trong một chương trình bao gồm cả
trình soạn thảo và biên dịch là CCS.
Giống như nhiều trình biên dịch C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt

nhanh được vi điều khiển PIC và sử dụng PIC trong các dự án. Các chương trình
điều khiển sẽ được thực hiện nhanh chóng và đạt hiệu quả cao thông qua việc sử dụng
ngôn ngữ lập trình cấp cao - Ngôn ngữ C.
Tài liệu hướng dẫn sử dụng có rất nhiều, nhưng chi tiết nhất chính là bản Help đi kèm
theo phần mềm (tài liệu Tiếng Anh). Trong bản trợ giúp nhà sản xuất đã mô tả rất nhiều
về hằng, biến, chỉ thị tiền xử lý, cấu trúc các câu lệnh trong chương trình, các hàm tạo sẵn
cho người sử dụng…
3.2.2. Phần mềm Winpic800.
Winpic800 là một phần mềm cực kì thông dụng được sử dụng để nạp vi điều khiển
pic và một số loại khác. Phiên bản GTP USB Programmer của PNLab cần sử dụng phần
mềm Winpic phiên bản 3.55g, các phiên bản mới hơn của Winpic không còn hỗ trợ GTP
USB.
Chương trình sau khi viết trên CCS được dịch ra file hex và được nạp vào vi điều
khiển thông qua mạch nạp và phần mềm Winpic800.
3.3. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm
3.3.1 Cảm biến nhiệt độ
a. Khái niệm cảm biến nhiệt
Cảm biến nhiệt là các vật liệu kim loại hoặc là bán dẫn có giá trị điện trở thay đổi
theo nhiệt độ hoặc dòng điện phân cực ngược các lớp tiếp giáp thayđổi khi bị tác dụng bởi
nhiệt độ.
Nhiệt độ có vai trò quyết định nhiều tính chất của vật chất.Một trong những đặc
điểm tác của nhiệt độ là làm thay đổi 1 cách liên tục các đại lượng chịu ảnh hưởng của nó.
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

17


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Do đó trong khoa học, công nghiệp và đời sống hang ngày việc đo lường và khống chế
nhiệt độ là một điều rất cần thiết.Để đo lường nhiệt độ và từ kết quả đo lường đó có thể
khống chế nhiệt độ ta dùng tới cảm biến nhiệt. Cảm biến nhiệt độ được dùng phổ biến
trongdân dụng và công nghiệp với mục đích khống chế và điều chỉnh nhiệt độ.
b. Các thang đo nhiệt độ
Để đo nhiệt độ ta có 3 thang đo sau :
-Thang đo Kenvin (°K)
Trong thang này nhiệt độ của điểm cân bằng 3 trạng thái nước-nước đá-hơi nước được
gán trị số 273,15 °K
-Thang Cenlsius-thang bách phân (°C)
T(°C)= T(°K)-273,15
-Thang Farenheit(°F)
T(°F)=1,8T(°C) +32
c. Phân loại cảm biến nhiệt độ
 Nhiệt điện trở (RTD:Resistance Temperature Detector)

Hình 3.4: Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD
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.

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

18


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

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 thường dùng là Platinum vì đặc tuyến của nó
tuyến tính nhất và ổn định nhất so với các loại khác.
RTD cũng có những ưu khuyết điểm riêng:
- Ưu điểm: Chính xác, tuyến tính, ổn định.
- Khuyết điểm: Giá thành cao, cần nguồn cc, tự gia nhiệt.
 Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

Hình 3.5: Cặp biến nhiệt
Là cảm biến nhiệt dùng rộng rãi trong công nghiệp. Cặp nhiệt điện được chế tạo từ sợi
kim loại khác nhau và có ít nhất là hai mối nối (junction), đầu tiếp xúc với đối tượng 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, nhưng không phải kim loại nào cũng làm thermocouple được, 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 tương ứng với giá
thành thay đổi rõ rệt. Trên thị trường hiện nay có các loại như: J, K, T, R, B, S…

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

19


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Chú ý: phải đặt thermocouple trong vỏ bọc để tránh xâm thực của môi trường (yêu
cầu cách điện, không cách nhiệt), phải chọn địa điểm thích hợp hoặc đặt nhiều nơi vì
thường 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.
- Ưu điểm: Tầm đo nhiệt rộng (>11000F), giá thành thấp, đơn giản, thời gian đáp
ứng nhanh.
- Khuyết điểm: Cần tham chiếu, phi tuyến, trôi tham chiếu không dự đoán trước
được, 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.

Hình 3.6: Cấu tạo Thermistor
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 oC đến 150oC điện trở giảm đi hơn
100 lần).
- PTC (Positive Temperature Coefficient): Có hệ số nhiệt độ dương. Ở nhiệt độ nhỏ thì nó
cũng có hệ số nhiệt âm như các bán dẫn khác nhưng bắt đầu từ một điểm nhiệt nào đó thì
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

20


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

nhiệt điện trở loại này có hệ số nhiệt dương rất cao. Vật liệu chế tạo PTC gồm hỗn hợp
Bariumcarbonat, oxit Stronium và oxit Titan được ép nung từ 1000 oC đến 1400 0C.
-Ưu điểm: Đáp ứng nhanh, lắp đặt đơn giản, đo hai dây, bền.
-Khuyết điểm: Phi tuyến, giới hạn tầm đo nhiệt, tự gia nhiệt.
 Nhiệt kế bức xạ (hỏa kế)

Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học.
- Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
- Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường đo.
- Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền.
- Thường dùng: Làm các thiết bị đo cho lò nung.
- Tầm đo: -54 <1000 D.F.
Nhiệt kế bức xạ ( hỏa kế ) là loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ của những môi
trường mà các cảm biến thông thường không thể tiếp xúc được ( lò nung thép, hóa chất ăn
mòn mạnh, khó đặt cảm biến).

Hình 3.7: Hỏa kế nhiệt
Gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc. Chúng hoạt động
dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ năng lượng. Và năng
lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định. Hỏa kế sẽ thu nhận bước sóng này và phân
tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo.
 IC Cảm biến nhiệt

Hiện nay nhiều công ty trên thế giới đã chế tạo được 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
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

21


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

transistor lưỡng cực. Lớp cảm biến này nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện
dưới dạng dòng hay áp IC cảm biến nhiệt có những ưu khuyết điểm như sau:

- Ưu 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.

Hình 3.8: IC cảm biến nhiệt LM35
Trên thị trường hiện có các loại IC sau: STP 35 A/B/C (Texas Instrument), LM
35/45/50 .. (National Semiconductor), AD590/2210 (Analog Devices), DS
1620/1820/1920 (Dallas Semiconductor)…
Ngoài ra còn có các loại ít thông dụng hơn như : Lưỡng kim, nhiệt kế hồng ngoại, áp suất
hơi, tinh thể thạch anh, phóng xạ.
Việc sử dụng các IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt độ là một phương pháp thông dụng nhất.
3.3.2. Cảm biến độ ẩm

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

22


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

CHƯƠNG 4
HƯỚNG THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH
4.1. Sơ đồ khối

Khối
Nguồn

Khối
hiển thị
Khối
Cảm biến

Khối
Vi điều
khiển

Khối
cách ly và
chấp hành

Khối
Nút bấm
HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

23


GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

Hình 4.1: Sơ đồ khối toàn mạch

4.1.1. Khối nguồn
Sử dụng nguồn 220V xoay chiều để cung cấp cho mạch nguồn và thiết bị tạo nhiệt khi nó
hoạt động.
4.1.1.1. Yêu cầu của mạch nguồn
Đối với các IC thì điều kiện tối quan trọng để chúng hoạt động ổn định, chính xác và
có tuổi thọ cao là các nguồn áp nuôi. Nó phải chính xác và ít biến thiên khi tải của mạch
thay đổi, không có các xung gai nhiểu.
Trong mạch có sử dụng mức áp là 0V,+5V,+12V. Vì thế cũng cần thiết kế khối
nguồn điện áp 5VDC,12VDC.
4.1.1.2. Lựa chọn phương án thiết kế nguồn
Có nhiều phương án thiết kế nguồn ổn áp như mạch ổn áp dùng transistor, dùng zener,
dùng opamp, dùng các mạch ổn áp song song và dung các IC ổn áp. Nhưng phải đáp ứng
được tất cả các yêu cầu trên.
Yêu cầu về công suất của mạch là không lớn đồng thời để mạch đơn giản và thuận lợi
trong quá trình thi công đồng thời đáp ứng tốt các yêu cầu của mạch em chọn phương án
dùng các IC ổn áp họ 78XX dùng ổn áp cho toàn mạch. Ưu điểm của các họ IC này là
kích thước nhỏ gọn, đáp ứng đầu ra tốt, công suất tối đa được 1A đủ cung cấp cho mạch.
4.1.1.3. Tính toán chọn linh kiện
Từ yêu cầu và phương án lựa chọn ta chon các linh kiện như sau:
-Bộ nguồn cung cấp đầu vào 12 VDC
-Tụ lọc nguồn: ta sử dụng hai tụ 2200µf và 0.1µf để lọc nguồn.
-Để cho ra các nguồn áp dương +12V ,+5V và ta dùng ic ổn áp 7812,7805.

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

24

GVHD:Nguyễn Quốc Trung

Báo cáo thiết kế hệ thống điện tử

4.1.1.4. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
4.1.2. Khối vi điều khiển
Đây là khối trung tâm của phần điều khiển. Trong khối này ta sử dụng vi điều
khiển PIC16F877A là thiết bị điều khiển chính. Vi điều khiển PIC 16F877A sẽ được lập
trình để điều khiển mọi hoạt động của mạch.
Hoạt động của khối :
•
•
•
•

Điều khiển quạt,đèn bằng cách xuất tín hiệu ra đóng ngắt rơ le
Điều khiển khối hiển thị LED 7 thanh
Nhận tín hiệu tù khối cảm biến
Nhận tín hiệu từ nút bấm

HV: Hoàng Xuân Tuyên – Lớp : KTĐT 14.1

25