Hệ thống điều hòa nhiệt độ và tưới cây tự động vườn cây trong nhà kính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.18 MB, 57 trang )
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
.............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Hưng Yên, Ngày.....Tháng..... Năm 2015.
Giáo Viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)
Trang:1
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Nhận xét của hội đồng phản biện
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
..............................................................................................................................
Hưng Yên, Ngày.... Tháng.... Năm 2015
Giáo Viên chấm
(Ký ghi rõ họ tên)
Lời nói đầu
Trang:2
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Trong thời kỳ công nghiệp hóa và hiện đại hóa như ngày nay, các thiết bị điện tử, tự
động hóa đóng một vai trò rất quan trọng, Ngay cả trong lĩnh vực nông nghiêp,tự động
hóa cũng đã được ứng dụng một cách sâu rộng.Trong nội dung đồ án này tích hợp mức 2
này,chúng em muốn nghiên cứu việc ứng dụng của tự động hóa trong trồng cây trong nhà
kính.Áp dụng những kiến thức đạt được trong quá trình học môn Vi Điều Khiển, chúng
em quyết định chọn đề tài: Thiết kế,chế tạo hệ thống điều hòa nhiệt độ và tưới cây tự
động vườn cây trong nhà kính
Sau một thời gian thực hiện đồ án chuyên ngành nhóm sinh viên đã được mở rộng và
hiểu biết thêm về các thiết bị chế tạo, cũng như phát hiện ra nhiều thiếu sót của bản thân.
Ngoài ra, nó còn giúp nhóm sinh viên tìm hiểu thêm một số ứng dụng thực tế của nhiều
thiết bị, linh kiện trong thực tiễn và làm cho kiến thức chúng em ngày càng được nâng
cao.
Qua đó, nhóm sinh viên xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Trung Thành đã nhiệt tình
giúp đỡ và hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt nội dung của đồ án.
Đồ án được trình bày thành 03 phần
Phần 1 Tổng quan về đề tài: Xác định đối tượng nghiên cứu, mục tiêu ngiên cứu và ý
nghĩa đề tài
Phần 2. Cơ sở lý thuyết :Tìm hiểu qua và khảo sát thực tế về các linh kiện, các loại
IC,LCD, hoạt động của các loại cảm biến sử dụng trong hệ thống.
Lựa chọn giải pháp: Chọn giải pháp công nghệ, giải pháp thiết kế, các yêu cầu và giới
hạn cho hệ thống.Thiết kế nguyên lý: Sơ đồ tổng quát,lựa chọn và tổng quan về linh
kiện.Thiết kế kỹ thuật: Module mạch điều khiển , module điều khiển, module hiển thị.Sơ
đồ mạch, chương trình demo, các module chương trình.
Phần 3 : Kết luận.Đánh giá kết quả thu được, ưu điểm nhược điểm và hướng phát triển đề
tài
Tuy nhiên do kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên còn xảy ra nhiều sai sót. Chúng
em rất mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để bản đồ án của chúng em được hoàn thiện
hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!
Trang:3
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Mục Lục
PHẦN I:TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.
1.1.Cơ sở thực hiện.
Trong thực tế cây trồng được cung cấp đầy đủ nhiệt độ và độ ẩm là rất quan trọng và cần
thiết. Nhưng công việc này chủ yếu vẫn được thực hiện thủ công.Xuất phát từ thực tế như
vậy đã nảy sinh nhu cầu tự động cung cấp được nhiệt độ và độ ẩm cho vườn cây đặc biệt
là cây trong nhà kính là rất có ích nhằm tiết kiệm và đơn giản việc chăm sóc cây trồng
đi.Từ ý tưởng đó cùng với những nhu cầu từ thực tiễn nhóm đồ án chúng em đã quyết
định chọn đề tài:
“ Thiết kế chế tạo hệ thống điều hòa nhiệt độ và tưới cây tự động vườn cây trong
nhà kính “
Nội dung đề tài như sau :
1.Phần thuyết minh
- Tìm kiểu về nhu cầu tưới nước và nhiệt độ thích hợp của một số loại cây trồng
- Nghiên cứu tổng quan về cách tưới và điều hòa nhiệt độ
- Giới thiệu các linh kiện cần dùng trong mạch.
2. Phần thực hành
- Thiết kế,chế tạo sơ đồ nguyên lý mạch.
- Tiến hành lắp ráp linh kiện và hàn mạch.
- Thiết kế mô hình nhà kính trồng cây .
1.2. Mục tiêu nghiên cứu.
- Thiết kế, chế tạo mạch điều hòa nhiệt độ và tưới cây tự động vườn cây trong nhà kính.
- Nắm vững kiến thức về bộ môn vi điều khiển,vi xử lý.
- Có khả năng lập trình với độ chính xác cao, ứng dụng được trong thực tế.
Trang:4
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
- Hoàn thành mô hình sản phẩm thực tế.
1.3. Phương tiện nghiên cứu.
- Giáo trình liên quan đến đề tài, nguồn internet, máy vi tính.
- Các linh kiện điện tử để thi công mạch điện: Bộ xử lý trung tâm (Vi điều khiển Pic
16F877A), động cơ 1 chiều,LCD....
- Các phần mềm hỗ trợ như : eagle 5.x, Visual Basic 6.0, Proteus 7.x, driver USB to
COM.
1.4. Đối tượng nghiên cứu :
- Các tài liệu liên quan đên công việc trồng cây trong nhà kính
- Thiết kế tính toán lựa chọn phương pháp tưới cây tự động và điều hòa nhiệt độ vườn
cây trong nhà kính
- Các phần mềm lập trình,các họ vi điều khiển
- PIC16F877A.
1.5. Ý nghĩa đề tài.
Trong thực tế mô hình trồng cây trong nhà kính hiên nay đang rất phát triển bời chúng ta
đang hướng đến 1 nền nông nghiệp hiện đại..
Với phương pháp trồng cây trong nhà kính con người có thể chủ động được các yếu tố
tác động đến sinh trưởng phát triển của cây như nhiệt độ độ ảm, ánh sáng....
Những các phương pháp tác động để điều hòa nhiệt độ độ ẩm cảu cây trong nhà kính vẫn
rất thủ công.Nên đề tài này sẽ có ứng dụng thức tế rộng rãi khi tự động điều chỉnh nhiệt
độ, độ ẩm phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng trong nhà kính.
Trang:5
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
PHẦN II : CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Chương 1. Tổng quan về hệ thống điều hòa nhiệt độ và tưới cây tự
động vườn cây trong nhà kính
1.1 Cơ bản về hệ thống tự động
1.1.1 Khái niệm về hệ thống tự động
- Hệ thống điều khiển tự động là hệ thống bao gồm các phần tử tự động nhằm điều khiển
các quá trình xảy ra trong thiên nhiên, cuộc sống mà không có sự tham gia trực tiếp của
con người.
- Hệ thống điều khiển tự động: là tập hợp các thành phần vật lý có mối liên quan và tác
động qua lại lẫn nhau để chỉ huy, tự hiệu chỉnh hoặc điều khiển một hệ thống khác.
- Hệ thống điều khiển tự động xuất hiện ngày nay rất phổ biến.
+ Hệ thống điều hoà không khí.
+ Hệ thống điều chỉnh độ ẩm.
+ Hệ thống tự động báo cháy v.v..
Trong môi trường sản xuất:
+ Các máy tự động.
+ Các đường dây sản xuất, lắp ráp tự động.
+ Các máy điều khiển theo chương trình, Máy tính, Robot v.v..
1.1.2.Vai trò của tự động hóa trong quá trình sản xuất
Lịch sử hoàn thiện của công cụ, phương tiện sản xuất phát triển trên cơ sở cơ giới hóa
và điện khí hóa. Khi có những đột phá mới trong lĩnh vực công nghệ vật liệu và tiếp theo
là điện tử và tin học thì công nghệ tự động có cơ hội phát triển mạnh mẽ, đem lại muôn
Trang:6
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
vàn lợi ích thiết thực cho xã hội. Đó là mấu chốt quyết định năng suất, chất lượng, giá
thành sản phẩm. Trong thực tiễn khi áp dụng tự động hóa vào sản xuất sẽ mang lại những
hiệu quả không nhỏ cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động, cải thiện
điều kiện sản xuất, đáp ứng cường độ cao về sản xuất hiện đại, thực hiện chuyên môn hóa
và hoán đổi sản xuất. Từ đó sẽ tăng khả năng cạnh tranh, đáp ứng yêu cầu sản xuất.
Trong một tương lai gần tự động hóa sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng và không thể
thiếu, bởi vì nó không chỉ ứng dụng trong sản xuất mà còn ứng dụng phục vụ đời sống
con người. Trong sản xuất nó thay thế con người những công việc cơ bắp nặng nhọc,
công việc nguy hiểm, độc hại,công việc tinh vi hiện đại. . .còn trong đời sống con người
những công nghệ này sẽ được ứng dụng phục vụ nhu cầu sống. Nó sẽ là phương tiện
không thể thiếu trong đời sống chúng ta.
1.1.3 Ứng dụng của tự động hóa trong tưới tiêu và ổn định nhiệt độ cho vườn cây
trong nhà kính.
- Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo thiết bị tự động hóa, kết hợp
với thành tựu trong công nghệ vi điện tử và công nghệ thông tin, đã cho phép tạo nên một
giải pháp tự động hóa trong mọi lĩnh vực. Có thể nói tự động hóa trở thành xu hướng tất
yếu cho mọi lĩnh vực cho bất kì quốc gia, vùng lãnh thổ nào
- Trong sản xuất nông nghiệp nói chung và trồng cây trong nhà kính nói riêng việc ứng
dụng tự động hóa trong sản xuất sẽ giúp giảm bớt các công việc cơ bắp nặng nhọc nâng
cao năng suất lao động và tăng hiệu quả chất lượng của sản phẩm
- Trong đề tài này, tự động hóa được úng dụng trong tưới nước cho cây và điều hòa nhiệt
độ cho cây để cây có điều kiện phát triển phù hợp nhất trong nhà kính và không phụ
thuộc nhiều vào yếu tố bên ngoài
1.2..Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình sinh trưởng của thực vật
- Nhỉệt độ là yêu tố ảnh hưởng rất lớn đến sinh trưởng của cây. Cây có thể sinh trưởng
trong một khoảng nhiệt độ khá rộng, vì vậy các loại cây trồng khác nhau tồn tại những
điểm nhiệt độ tối thấp và tối cao cũng khác nhau.Trong giới hạn nhiệt độ sinh trưởng của
cây thì có nhiệt độ tối thích cho sự sinh trưởng, ở nhiệt độ đó sự sinh trưởng của cây xảy
ra thuận lợi nhất, trên dưới nhiệt độ tối thích thì tốc độ sinh trưởng sẽ giảm. Nhiệt độ tối
thấp và nhiệt độ tối cao cho sự sinh trưởng của cây đó là điểm nhiệt độ mà ở đó cây
Trang:7
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
ngừng sinh trưởng. Giới hạn nhiệt độ sinh trưởng thay đối theo sự thích nghi của cây
trông ở những vùng sinh thái khác nhau. Nhiệt độ tối thấp và tối cao của cây vùng nhiệt
đới cao hơn cây vùng ôn đới và hàn đới. Ở vùng nhiệt đới nhiều cây ngừng sinh trưởng ở
nhiệt độ 100 ͦ C, trong khi đó ở vùng hàn đới rất nhiều loại cây có khả năng sinh trưởng
trong băng tuyết với nhiệt độ - 500 ͦ C. Biết được yêu cầu nhiệt độ sinh trưởng của từng
loại cây trồng có ý nghĩa rất lớn trong việc xác định thời vụ gieo trồng thích hợp, chuyển
vùng và nhập nội giống.
Cây trồng
Nhiệt độ
Tối thấp
Tối cao
Đậu Hà Lan
-2 ͦ C
44,5 ͦ C
Bắp cải
5 ͦ C
36 ͦ C
xà lách
5 ͦ C
35 ͦ C
Lúa
10 ͦ C
38 ͦ C
Ngô
9,5 ͦ C
40 ͦ C
Đậu tương
9 ͦ C
46 ͦ C
Bảng 2.1 Giới hạn nhiệt đô thích hơp của một số loại cây
- Sinh trưởng của các cơ quan khác nhau của cây cũng nằm trong khoảng nhiệt độ khác
nhau. Những cơ quan ở trên mặt đất thích nghi với nhiệt độ không khí cao hơn so với
những cơ quan ở dưới mặt đất,vì vậy ở nhiệt độ cao sự sinh trưởng của rễ kém hơn thân
và cành.Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm có ảnh hưởng rất lớn đến sự
sinh trưởng của cây.Ban ngày nhiệt độ cao thuận lợi cho cây quang hợp và tích lũy chất
hữu cơ, ban đêm nhiệt độ hạ thấp sẽ hạn chế hô hấp và tiêu phí chất hữu cơ, giảm sự
thoát hơi nước nên sinh trưởng nhanh hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm tạo
điều kiện thuận lợi cho sự tích lũy tinh bột trong các cơ quan sinh sản và dự trữ như củ
khoai lang, khoai tây, củ sắn, hạt hòa thảo..., do đó làm tăng năng suất mùa màng. Sự
chênh lệch nhiệt độ ngày đêm phụ thuộc vào vùng địa lý, biên độ nhiệt độ ngày đêm lớn
nhất ở vùng cận nhiệt đới và giảm dần về hai cực của quả đất. Trong một năm thì mùa
xuân và mùa thu có biên độ nhiệt độ lớn hơn các mùa khác, vì vậy sự sinh trưởng của cây
trồng trong hai mùa này khá thuận lợi cho sự tích lũy chất khô, lại cũng phù hợp với hai
mùa chính cho cây trồng ở nước ta.
Trang:8
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
- Tổn thương của cây do lạnh : khi nhiệt độ thấp cây sẽ có triệu chứng vàng da hay rụng
lá, nhiệt độ thấp làm giảm khả năng sinh trưởng của cây, giảm quang hợp
- Tổn thương của cây do nóng, khi cây trồng tiếp xúc với nhiệt độ cao cây thường có lớp
vỏ dày, thân lùn màu lá đậm, tầng bầu phát triển để cách nhiệt. Lá nhỏ và dày do tạo
thành lớp cutin hạn chế sự bốc hơi.Nếu nhiệt độ quá cao sẽ gây hiện tượng cháy rụp lá
* Biện pháp khắc phục
- Cây trồng bị nóng ta có thể dùng lưới che bớt ánh sáng chiếu trực tiếp vào cây
- Làm thông thoáng hệ thống đối lưu trong nhà trồng
- Nếu cây bị lạnh thì nên có hệ thống lò sưởi hoặc trồng chỗ kín
1.3. Vai trò của việc tưới nước tới quá trình sinh trưởng của thực vật
1.3.1 Vai trò của tưới nước
Đất, nước, cây trồng và khí hậu là 4 yếu tố quan trọng đối với sản xuất nông nghiệp,
trong đó yếu tố quan trọng hàng đầu là nước. Nước là tác nhân chuyển hoá các quá trình
hỉnh thành, phát triển đất, quá trình hình thành phát triển môi sinh. Nước, chất dinh
dưỡng, ánh sáng, nhiệt độ và không khí, cố liên quan chặt chẽ với nhau nhưng không
thay thế được cho nhau. Tuy nhiên chế độ nước có ảnh hưởng rõ rệt đến chế độ nhiệt,
không khí và dinh dưỡng trong đất.
Trong thiên nhiên nước phân bố không đều cả về không gian và thời gian. Vĩ vậy điều
tiết chế độ nước trong đất phù hợp với nhu cầu của cây trồng là một biện pháp kỹ thuật
quan trọng để tăng vụ, tăng năng suất cây trồng, nâng cao độ phì nhiêu và cải tạo chất
đất.
Tác dụng của tưới nước được thể hiện trên 2 mặt:
- Bổ sung thêm lượng nước và lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng mà đất
không cung cấp.
- Ảnh hưởng đến các quá trình biến đổi lý hoá, hoạt động của vỉ sinh vật trong đât và điều
kiện khỉ hậu trên đồng ruộng.
Trang:9
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
1.3.2 Xác định lượng nước cần tưới của cây trồng
Lượng nước cần của cây trồng (còn gọi là lượng bốc hơi mặt ruộng) phụ thuộc vào nhiều
yếu tố. Tuy nhiên nguyên lý chung là mổi quan hệ giữa lượng bốc hơi mật ruộng với các
yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến nó như điêu kiện khí hậu, cây trồng...
Các phương pháp xác định lượng bổc hơi mặt ruộng:
1) Phương pháp quan trác trực tiếp (phương pháp thực nghiệm) bằng các thiết bị chuyên
dùng ít được sử dụng trong sản xuất vì thời gian thực hiện dài và tốn kém thiết bị, công
suất.
2) Phương pháp lý luận, bán kinh nghiệm
Dựa trên các sổ liệu đo đạc trực tiếp lượng bốc hơi mặt ruộng rồi kết hợp vói phần tích lý
luận để tìm ra công thức kinh nghiệm thể hiện định lượng mối quan hệ giữa E, các yếu tố
khí hậu (nhiệt độ, gió, độ ẩm không khí, độ chiếu sáng...) và cây trồng (giống, loại cây,
và giai đoạn phát triển của cây trồng...).
Phương pháp này được áp dụng phổ biến vỉ đơn giản, tiện lợi, ít tốn kém, kết quả tương
đối chính xác
3) Công thức xác định lượng bốc hơi mặt ruộng thông dụng
Công thức bán kinh nghiệm này đã được sử dụng phổ biến ở nhiều nước và ở Việt Nam
ta đạt độ chinh xác tương đối cao và cao, gần sát và sát với thực tế.
E = KcY
Trong đó:
E - lượng bốc hơi mật ruộng;
Kc - hệ số nước cần để tạo nên một đơn vị sản phẩm;
Y - năng suất phấn đấu.
Ưu điềm: công thức thể hiện được quan hệ lượng nước cần với năng suất cây trồng, quan
hệ chặt chẽ với điều kiện khí hậu trong cùng một điều kiện nhất định, nhưng dưới dạng
ẩn. Tài liệu thí nghiệm và thực nghiệm phong phú đáng tin cậy có thể sử dụng tính toán
cho những điều kiện tương tự.
Trang:10
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Nhược điểm: Việc xác định chính xác Kc là khó khăn, chỉ sử dụng được trong điều kiện
khí hậu tương đối ổn định. Thường gặp sai số lớn so với thực tế nếu điều kiện khỉ hậu
biến động không chính xác.
- Giá trị hệ số cây trồng Kc được Tổ chức FAO của Liên hợp quốc nêu ra:
Thòi kỳ
Đầu vụ
Phát triển
Giữa vụ
Cuối vụ
Thu hoạch
- Lúa nước
1,1+1,15
1,1 + 1,5
1,1 + 1,3
0,95+1,05
0,95 + 1,05
0,3-0,5
0,7+0,9
1,05 + 1,2
0,8+0,95
0,55-0,6
- Khoai tây
0,4+0,5
0,7+ 0,8
1,05 .+ 1,2.
0,85+0,95
0,7+0,75
- Lạc
0,4+0,5
0,7+08
0,95 + 1,1
0,75 + 0,85
0,55+0,60
- Đậu
0,3-0,4
0,65 + 0,75
0,95+1,05
0,9 + 0,95
0,85+0,95
- Ngô
- Thời kỳ cần tưới của một số cây trồng
Trang:11
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Cây trồng
Đậu tương
Thuốc lá
Thài kỳ cần tưới
Cây
trồng
Thòi kỳ cần tưới
Khi gieo hạt, khi ra hoa kết quả,
khi hạt đậu đã đẫy
Đậu
vàng
Khi gieo trồng, ra hoa,phát triển
lá mạnh.
Khoai Gieo trồng, ra hoa kết quả tạo
tây
thành tròn củ , ngừng Tưới
trước thu hoạch 10+15 ngày
Ngừng tưới trước khi hái lá 15
ngày
Khi gieo trồng và bắt đầu tạo
hoa
Cà chua
Khi gieo trồng, ra hoa kết quả, Cây ngô Thòi kỳ gieo trồng, nảy mầm,
quả chín, kết hộp bẩm lá tỉa cành
thòi kỳ 7-9 lá đến 14-16 lá cần
vối tưối nưóc
tưới dộ ẩm cao hdn.
Lúa mì
Giai doạn đầu gieo trồng, thòi kỳ Càl bắp Trước gieo trồng, tưói khi bắp
cây cao, trước thụ phấn,
cuộn trở đi, ngùng tuới trước
thu hoạch 1 tuần, nên tưới
trước các đợt rét hay khô
hanh.
Trang:12
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Chương 2. Các phần tử của mạch điều khiển hệ thống điều hòa
nhiệt độ và tưới cây tự động vườn cây trong nhà kính
2.1. Vi điều khiển Pic 16F877A.
2.1.1.Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A
Hình 2.1 Sơ đồ chân PIC 16F877A
Trang:13
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Hình 2.2.Sơ đồ bố trí các cổng
Từ sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý ở trên, ta rút ra các nhận xét ban đầu như sau:
- PIC16F877A có tất cả 40 chân
- 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND, 2 chan thạch
anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển.
- 5 port của PIC16F877A bao gồm :
+ PORTB : 8 chân
+ PORTD : 8 chân
+ PORTC : 8 chân
+ PORTA : 6 chân
+ PORT E : 3 chân
Trang:14
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
2.1.2. Khái quát và chức năng của các port trong PIC16F877A
* PORTA
PORTA gồm có 6 chân. Các chân của PortA, ta lập trình để có thể thực hiện được chức
năng “hai chiều” : xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi và nhập dữ liệu từ ngoại vi
vào vi điều khiển.
Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC16F877A khác với họ 8051. Ở tất cả các PORT của
PIC16F877A, ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện được một chức năng :xuất hoặc nhập. Để
chuyển từ chức năng này nhập qua chức năng xuất hay ngược lại, ta phải xử lý bằng phần
mềm, không như 8051 tự hiểu lúc nào là chức năng nhập, lúc nào là chức năng xuất.
Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877A, người ta sử dụng thanh ghi TRISA ở địa chỉ
85H để điều khiển chức năng I/O trên. Muốn xác lập các chân nào của PORTA là nhập
(input) thì ta set bit tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Ngược lại, muốn chân
nào là output thì ta clear bit tương ứng chân đó trong thanh ghi TRISA. Điều này hoàn
toàn tương tự đối với các PORT còn lại
Ngoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog sang Digital
- Ngõ vào điện thế so sánh
- Ngõ vào xung Clock của Timer0 trong kiến trúc phần cứng : thực hiện các nhiệm vụ
đếm xung thông qua Timer0…
- Ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial Port)
* PORT B
PORTB có 8 chân. Cũng như PORTA, các chân PORTB cũng thực hiện được 2 chức
năng input và output. Hai chức năng trên được điều khiển bới thanh ghi TRISB. Khi
muốn chân nào của PORTB là input thì ta set bit tương ứng trong thanh ghi TRISB,
ngược lại muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng trong TRISB.
Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển được bằng
chương trình.
* PORTC
Trang:15
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sự điều
khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên.
Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau :
- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng
- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle: sử dụng
trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v….
- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART
* PORTD
PORTD có 8 chân. Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và output của
PORTD tương tự như trên. PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp song
song PSP (Parallel SlavePort)
* PORTE
PORTE có 3 chân. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE. Các chân của
PORTE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn
giao tiếp PSP.
2.1.3. Tìm hiểu về vi điều khiển PIC16F877A.
Cấu trúc phần cứng của PIC16F877A
PIC là tên viết tắt của “ Programmable Intelligent computer” do hãng General Instrument
đặt tên cho con vi điều khiển đầu tiên của họ. Hãng Microchip tiếp tục phát triển sản
phầm này và cho đến hàng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau.
PIC16F887A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất cả
các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC có thể
học tập và tạo nền tản về họ vi điều khiển PIC của mình.
Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau :
- 8K Flash Rom
- 368 bytes Ram
- 256 bytes Rom
Trang:16
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
- 5 port vào ra với tín hiệu điều khiển độc lập
- 2 bộ định thời Timer0 và Timer2 8 bit
- 1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể hoạt động ở cả chế độ tiết kiệm năng lượng với
nguồn xung clock ngoài
- 2 bộ Capture/ Compare/ PWM
- 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào
- 2 bộ so sánh tương tự
- 1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer)
- 1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển
- 1 cổng nối tiếp 15 nguồn
2.1.4.Tổ chức bộ nhớ PIC16F877A
- Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ Flash, dung lượng 8K
word (1 word chứa 14bit) và được phân thành nhiều trang như hình trên.
Để mã hóa được địa chỉ 8K word bộ nhớ chương trình, thanh ghi đếm chương trình PC
có dung lượng 13 bit.
Khi vi điều khiển reset, bộ đếm chương trình sẽ trỏ về địa chỉ 0000h. Khi có ngắt xảy ra
thì thanh ghi PC sẽ trỏ đến địa chỉ 0004h.
Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ Stack và không được địa chỉ hóa bởi bộ đếm
chương trình.
- Bộ nhớ dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được chia thành 4 bank. Mỗi bank có dụng lượng 128
byte.
Nếu như 2 bank bộ nhớ dữ liệu của 8051 phân chia riêng biệt : 128 byte đầu tiên thuộc
bank1 là vùng Ram nội chỉ để chứa dữ liệu, 128 byte còn lại thuộc bank 2 là cùng các
thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR mà người dùng không được chứa dữ liệu khác trong
đây thì 4 bank bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A được tổ chức theo cách khác.
Trang:17
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Mỗi bank của bộ nhớ dữ liệu PIC16F877A bao gồm cả các thanh ghi có chức năng đặc
biệt SFR nằm ở các các ô nhớ địa chỉ thấp và các thanh ghi mục đích dùng chung GPR
nằm ở vùng địa chỉ còn lại của mỗi bank thanh ghi. Vùng ô nhớ các thanh ghi mục đích
dùng chung này chính là nơi người dùng sẽ lưu dữ liệu trong quá trình viết chương trình.
Tất cả các biến dữ liệu nên được khai báo chứa trong vùng địa chỉ này.
Trong cấu trúc bộ nhớ dữ liệu của PIC16F877A, các thanh ghi SFR nào mà thường
xuyên được sử dụng (như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank để thuận tiện
trong việc truy xuất. Sở dĩ như vậy là vì, để truy xuất một thanh ghi nào đó trong bộ nhớ
của 16F877A ta cần phải khai báo đúng bank chứa thanh ghi đó, việc đặt các thanh ghi sử
dụng thường xuyên giúp ta thuận tiên hơn rất nhiều trong quá trình truy xuất, làm giảm
lệnh chương trình.
* PIC16F877A có 4 bank ta rút ra các nhận xét như sau :
-Bank 0 gồm các ô nhớ có địa chỉ từ 00h đến 77h, trong đó các thanh ghi dùng chung để
chứa dữ liệu của người dùng địa chỉ từ 20h đến 7Fh. Các thanh ghi PORTA, PORTB,
PORTC, PORTD, PORTE đều chứa ở bank 0, do đó để truy xuất dữ liệu các thanh ghi
này ta phải chuyển đến bank0. Ngoài ra một vài các thanh ghi thông dụng khác ( sẽ giới
thiệu sau) cũng chứa ở bank0
- Bank1 gồm các ô nhớ có địa chỉ từ 80h đến FFh. Các thanh ghi dùng chung có địa chỉ
từ A0h đến EFh. Các thanh ghi TRISA, TRISB, TRISC, TRISD, TRISE cũng được chứa
ở bank 1
- Tương tự ta có thể suy ra các nhận xét cho bank 2 và bank 3 dựa trên sơ đồ trên.
Cũng quan sát trên sơ đồ, ta nhận thấy thanh ghi STATUS, FSR… có mặt trên cả 4 bank.
Một điều quan trọng cần nhắc lại trong việc truy xuất dữ liệu của PIC16F877A là : phải
khai báo đúng bank chứa thanh ghi đó. Nếu thanh ghi nào mà 4 bank đều chứa thì không
cần phải chuyển bank.
Trang:18
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
*Một vài thanh ghi chức năng đặc biệt SFR
Thanh ghi STATUS: thanh ghi này có mặt ở cả 4 bank thanh ghi ở các địa chỉ 03h, 83h,
103h và 183h : chứa kết quả thực hiện phép toán của khối ALU, trạng thái reset và các bit
chọn bank cần truy xuất trong bộ nhớ dữ liệu.
Thanh ghi OPTION_REG : có mặt ở bank2 và bank3 có địa chỉ 81h và 181h. Thanh ghi
này cho phép đọc và ghi, cho phép điều khiển chức năng pull_up của các chân trong
PORTB, xác lập các tham số về xung tác động, cạnh tác động của ngắt ngoại vi và bộ
đếm Timer0
Thanh ghi INTCON : có mặt ở cả 4 bank ở địa chỉ 0Bh,8Bh,10Bh,18Bh. Thanh ghi cho
phép đọc và ghi, chứa các bit điều khiển và các bit báo tràn timer0, ngắt ngoại vi
RB0/INT và ngắt khi thay đổi trạng thái tại các chân của PORTB
Thanh ghi PIE1 :địa chỉ 8Ch, chứa các bit điều khiển chi tiết các ngắt của các khối chức
năng ngoại vi.
Thanh ghi PIR1 : địa chỉ 0Ch, chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt
này được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE1.
Trang:19
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Thanh ghi PIE2 : địa chỉ 8Dh, chứa các bit điều khiển các ngắt của các khối chức năng
CCP, SSP bú, ngắt của bộ so sánh và ngắt ghi vào bộ nhớ EEPROM.
Thanh ghi PIR2: địa chỉ 0Dh, chứa cờ ngắt của các khối chức năng ngoại vi, các ngắt này
được cho phép bởi các bit điều khiển chứa trong thanh ghi PIE2
Thanh ghi PCON : địa chỉ 8Eh, chứa các cờ hiệu cho biết trạng thái các chế độ reset của
vi điều khiển.
Thanh ghi W(work)
Đây là thanh ghi rất đặc biệt trong PIC16F877A. Nó có vai trò tương tự như thanh ghi
Accummulator của 8051, tuy nhiên tầm ảnh hưởng của nó rộng hơn rất nhiều.
Tập lệnh của PIC16F877A có tất cả 35 lệnh thì số lệnh có sự “góp mặt” của thanh ghi W
là 23 lệnh. Hầu hết các lệnh của PIC16F877A đều liên quan đến thanh ghi W. Ví dụ như,
trong PIC chúng ta không được phép chuyển trực tiếp giá trị của một thanh ghi này qua
thanh ghi khác mà phải chuyển thông qua thanh ghi W.
Thanh ghi W có 8 bit và không xuất hiện trong bất kỳ bank thanh ghi nào của bộ nhớ dữ
liệu của 16F877A. Mỗi dòng lệnh trong PIC16F877a được mô tả trong 14 bit. Khi ta thực
hiện một lệnh nào đó, nó phải lưu địa chỉ của thanh ghi bị tác động (chiếm 8 bit) và giá trị
một hằng số k nào đó (thêm 8 bit nữa) là 16 bit, vượt quá giới hạn 14 bit. Do vậy ta
không thể nào tiến hành một phép tính toàn trực tiếp nào giữa 2 thanh ghi với nhau hoặc
giữa một thanh ghi với một hằng số k. Hầu hết các lệnh của PIC16F877A đều phải liên
quan đến thanh ghi W cũng vì lý do đó. Khi thực hiện một dòng lệnh nào đó, thì PIC sẽ
không phải tốn 8 bit để lưu địa chỉ của thanh ghi W trong mã lệnh ( vì được hiểu ngầm).
Trang:20
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Có thể xem thanh ghi W là thanh ghi trung gian trong quá trình viết chương trình cho
PIC16F877A.
*Các vấn đề về Timer
PIC16F877A có tất cả 3 timer : timer0 (8 bit), timer1 (16 bit) và timer2 (8 bit).
* Timer0:
Hình 2.3.Sơ đồ khối của Timer0
Cũng giống như 8051, Timer0 của 16F877A cũng có 2 chức năng : định thời và đếm
xung. 2 chức năng trên có thể được lựa chọn thông qua bit số 5 TOCS của thanh ghi
OPTION.
Ngoài ra, ta cũng có thể lựa chọn cạnh tích cực của xung clock, cạnh tác động ngắt…
thông qua thanh ghi trên.
Timer0 được tích hợp thêm bộ tiền định 8 bit (prescaler), có tác dụng mở rộng “dung
lượng” của Timer0. Bộ prescaler này có thể được điều chỉnh bởi các 3 bit PS2:PS0 trong
thanh ghi OPTION. Nó có thể có giá trị 1:2, 1:4, 1:8, 1:16, 1:32, 1:64, 1:128, 1:256 tùy
thuộc vào việc thiết lập các giá trị 0 ,1 cho 3 bit trên.
Trang:21
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Bộ tiền định có giá trị 1:2 chẳng hạn ,có nghĩa là : bình thường không sử dụng bộ tiền
định của Timer0 (đồng nghĩa với tiền định tỉ lệ 1:1) thì cứ khi có tác động của 1 xung
clock thì timer0 sẽ tăng thêm một đơn vị. Nếu sử dụng bộ tiền định 1:4 thì phải mất 4
xung clock thì timer0 mới tăng thêm một đơn vị. Vô hình chung, giá trị của timer0 (8 bit)
lúc này không còn là 255 nữa mà là 255*4=1020.
Các thanh ghi liên quan đến Timer0 bao gồm :
- TMR0 : chứa giá trị đếm của Timer0
- INTCON : cho phép ngắt hoạt động
- OPTION_REG : điều khiển prescaler
* Timer1
Hình 2.4 Sơ đồ khối của Timer1
Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong hai thanh ghi 8 bit
TMR1H:TMR1L. Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF, bit điều khiển của Timer1 là
TRM1IE.
Cặp thanh ghi của TMR1 sẽ tăng từ 0000h lên đến FFFFh rồi sau đó tràn về 0000h. Nếu
ngắt được cho phép, nó sẽ xảy ra khi khi giá trị của TMR1 tràn từ FFFFh rồi về 0000h,
lúc này TMR1IF sẽ bật lên.
Trang:22
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Timer 1 có 3 chế độ hoạt động :
- Chế độ hoạt động định thời đồng bộ : Chế độ được lựa chọn bởi bit TMR1CS. Trong
chế độ này xung cấp cho Timer1 là Fosc/4, bit T1SYNC không có tác dụng.
- Chế độ đếm đồng bộ : trong chế độ này, giá trị của timer1 sẽ tăng khi có xung cạnh lênh
vào chân T1OSI/RC1. Xung clock ngoại sẽ được đồng bộ với xung clock nội, hoạt động
đồng bộ được thực hiện ngay sau bộ tiền định tỉ lệ xung (prescaler).
- Chế độ đếm bất đồng bộ: chế độ này xảy ra khi bit T1SYNC được set. Bộ định thời sẽ
tiếp tục đếm trong suốt quá trình ngủ của vi điều khiển và có khả năng tạo một ngắt khi
bộ định thời tràng và làm cho Vi điều khiển thoát khỏi trạng thái ngủ.
* Timer2 : là bộ định thời 8 bit bao gồm một bộ tiền định (prescaler), một bộ hậu định
Postscaler và một thanh ghi chu kỳ viết tắt là PR2. Việc kết hợp timer2 với 2 bộ định tỉ lệ
cho phép nó hoạt động như một bộ đinh thời 16 bit. Module timer2 cung cấp thời gian
hoạt động cho chế độ điều biến xung PWM nếu module CCP được chọn.
2.2.Cảm biến nhiệt độ LM35
Hình .2.5: Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM 35
LM35 là họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao có điện áp đầu ra tỷ lệ tuyến tính
với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Họ cảm biến này cũng không yêu cầu căn chỉnh ngoài
vì vốn nó đã được căn chỉnh
Trang:23
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
LM35 là cảm biến nhiệt độ analog ,nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế
ngõ ra của LM35
Đơn vị nhiệt độ : oC
Có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo oC ( 10 mV/0C)
Có hiệu năng cao,công suất tiêu thụ là 60 uA
Sản phẩm không cần phải căn chỉnh nhiệt độ khi sử dụng
Độ chính xác thực tế:1/4 0C ở nhiệt độ phòng và 3/4 0C ở ngoài khoảng -55 0C tới 150
0C
Chân + Vs (1) là chân cung cấp điện áp cho LM 35 DZ hoạt động từ 4 – 20 V
Chân Vout ( 2) là chân điện áp đầu ra LM35 được đưa vào chân Analog của các bộ ADC
Chân GND là chân nối mass: Chân này này tránh hỏng cảm biến cũng như làm giảm sai
số quá trình đo.
Mã sản phẩm
Dải nhiệt độ
Độ chính xác
Đầu ra
LM35A
-55 C
ͦ + 150 ͦ C
+ 1C
10mV/F
LM35B
-55C + 150C
+ 1,5C
10mV/F
LM35CA
-40C + 110C
+ 1C
10mV/F
LM 35C
-40C + 110C
+1.5C
10mV/F
LM35D
0C + 100C
+ 2C
10mV/F
Bảng .2.1: Thông số kỹ thuật chính của cảm biến nhiệt họ LM35
2.3. Màn hình LCD 2 dòng 16 kí tự
- Trong những năm gần đây, màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display) ngày
càng được sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế các đèn LED (7 đoạn và nhiều đoạn).
Đó là vì các nguyên nhân sau:
Màn hình LCD có giá thành hạ.
Trang:24
Trường ĐHSPKT Hưng yên
2
Đồ án chuyên ngành
Khoa Điện-Điện tử
Khả năng hiển thị số, ký tự và đồ hoạ tốt hơn nhiều so với đèn LED (đèn LED chỉ hiển
thị được số và một số ký tự).
Sử dụng thêm một bộ điều khiển tương phản của LCD và như vậy giải phóng CPU khỏi
công việc này. Còn đối với đèn LED luôn cần CPU ( hoặc bằng cách nào đó) để duy trì
việc hiển thị dữ liệu.
- Dễ dàng lập trình các ký tự và đồ họat Chức năng và nhiệm vụ của của các chân
Hình 2.6: Sơ đồ chân của LCD 16TC2A
Trang:25
