hiển thị nhiệt độ điều khiển thiết bị ngoại vi loa còi và kết nối rs232 sử dụng 2 PIC16f877a

ĐỀ TÀI NHÓM
“ĐO VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ DÙNG LED 7 ĐOẠN ĐIỀU KHIỂN
QUẠT LÀM MÁT QUÁ NHIỆT”
MỤC LỤC
Chương I: Nguyên lí hoạt động của hệ thống vi điều khiển
Chương II: Tính chọn linh kiện sử dụng trong hệ thống
Chương III: Mô phỏng hệ thống
Chương IV: Chế tạo mạch thực tế
Chương V: Kết luận.
GIỚI THIỆU CHUNG
Với sự phát triển chóng mặt của khoa học công nghê trong những thập
niên gần đây đã làm thay đổi nhiều mặt trong cuộc sống chúng ta đặc biệt là
ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa các thiết bị điện ngày càng đa dạng
và phong phú trong hoạt động đời sống và sản xuất. Trong lĩnh vực điều khiển,
từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ
thuật điều khiển hiên đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các điều
khiển lắp ráp bằng linh kiên rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ tin cậy cao,
công suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rải trong
các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày cao của con
người như các máy tự động, đồng hồ báo thức, các loại đèn quang báo,… đã
giúp cho đời sống của chúng ta ngày càng cải thiên và hiện đại, tiện nghi hơn
trước.
Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phổ biến, nó đáp ứng được nhu cầu
của nhiều ngành, lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa,…
Với tính chất ưu việt trên đề tài này nhóm em sử dụng vi điều khiển để
đo và hiển thị nhiệt độ điều khiển quạt làm mát quá nhiệt
Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do thời gian ngắn và
năng lượng có hạn nên vẫn còn sai sót. Em mong thầy và các bạn góp ý để bổ
sung kiến thức còn thiếu.

CHƯƠNG I
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG VI
ĐIỀU KHIỂN
I Giới thiệu về vi điều khiển
1.Giới thiệu chung về vi điều khiển và ứng dụng
1.1.1Giới thiệu chung về vi điều khiển
Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller là mạch tích hợp trên một
chip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống .Theo
các tập lệnh của người lập trình, bộ vi điêu khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông
tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó ...vv.
1.1.2 ứng dụng của các hệ thống vi điều khiển
Nhìn chung vi điều khiển có thể dùng trong thiết kế các loại máy tính
nhúng. Máy tính nhúng có trong hầu hết các thiết bị tự động, thong minh
ngày nay. Chúng ta có thể dùng vi điều khiển để thiết kế bộ điều khiển cho
sản phẩm như:


Trong các sản phẩm dân dụng
-Nhà thông minh: Cửa tự động, khóa số, tự động điều tiết ánh
sáng thông minh, điều khiển các thiết bị từ xa, điều tiết hơi ẩmvà
nhiệt độ, không khí, gió,hệ thống nhà thông minh…..
-Trong quảng cáo:Các loại quảng cáo nháy chữ, quảng cáo ma
trận led, điều khiển máy cuốn bạt quảng cáo…


- Các máy móc thông dụng: Máy điều tiết độ ẩm của vườn cây,
buồng ấp trứng…
-Các sản phẩm trang trí: Máy chơi nhạc, máy chơi game…


Trong các thiết bị y tế
-Máy móc thiết bị hỗ trợ
-Máy cắt, máy mài kính…
-Máy chụp chiếu



Các sản phẩm công nghiệp
-Điều khiển động cơ
-Điều khiển số
-Đo lường
- Cân bằng tải, cân toa xe….
-Máy cán thép: điều khiển động cơ máy cán, điều khiển máy
quấn thép
- Làm bộ điều khiển trung tâm cho Robot…

2. XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐÔNG CỦA HỆ
THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC ĐO VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ
2.1 Sơ đồ khối của hệ thống


ĐÈN BÁO
HIỆU

NÚT RESET

ĐỐI
TƯỢNG
CẦN ĐO

CẢM BIẾN
NHIỆT ĐỘ

HIỂN THỊ
NHIỆT ĐỘ

VI
ĐIỀU
KHIỂN

RƠ LE

QUAT

DOMINO
CÒI

NÚT BẤM

NGUỒN
12V DC

7805
5V DC

Hình 1.3 Sơ đồ khối của hệ thống


2.2 Chi tiết từng khối trong sơ đồ như sau:

2.2.1 Khối cảm biến nhiệt độ
Khối cảm biến có chức năng thu nhận tín hiệu tương tự( nhiệt độ môi
trường) rồi gửi đến khối chuyển đổi ADC dưới dạng điên.
2.2.2 Khối xử lý
Khối xử lý có chức năng tiếp nhận tín hiệu ADc dưới dạng điên gửi đến
sau đó xử lý để đưa ra khối hiển thị và điều khiển các hoạt động đóng cắt của
các thiết bị như: còi, đèn báo hiệu, quạt
2.2.3 Khối hiển thị
Khối hiển thị có chức năng hiển thị kết quả đo. Có thể hiện qua màn hình
LCD, LED7 đoạn hoặc LED đơn…
2.2.4Quạt làm mát, đèn báo hiệu còi
Đèn báo hiệu, còi có chức năng báo động âm thanh và ánh sáng cho biết
nhiêt độ tăng hoặc giảm quá ngưỡng cho phép cho người dùng biết
Quạt được điều khiển bởi vi điều khiển có chức năng đóng cắt quạt để làm
mát nhiêt độ đối tượng cần đo
2.2.5 Khối nguồn
Nguồn 12v được nhận từ acquy qua bộ chuyển đổi IC 7805 thành nguồn
5v
Nguồn 12v cung cấp cho quạt làm mát
Nguồn 5v được cung cấp cho vi điều khiển, led, …

2.3 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:


Khi nhiệt độ môi trường tác động vào bộ cảm biến, bộ cảm biến sẽ thu nhận rồi
gửi đến khối chuyển ADC dưới dạng điện tương tự. Ở đây ADC có nhiệm biến
đổi tín đổi tín hiệu tương tư đó thành tín hiệu số và gửi cho khối vi điều khiển
VD: với nhiệt độ 0°C thì ở ngõ out của LM35 sẽ có điện áp là 0mV
với nhiệt đô 50°C thì ngõ out của LM35 sẽ có điện áp là 50mV

. Khối vi điều khiển xử lý tín hiệu rồi đưa ra ngoài thong qua khối hiển thị led 7
đoạn


CHƯƠNG II : TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

1 Giới Thiệu Các Linh Kiện Trong Hệ Thống
1.1 PIC16F877A

Hình 2. 1 Pic 16F877A

.
Hình 2.2 Sơ đồ nối chân Pic 16F877A

- Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có
độ dài 14 bít.Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock.Tốc độ


hoạt động tối đa cho phép là 20MHz với một chu kỳ lệnh là 200ns.Bộ nhớ
chương trình 8Kx14 bít, 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 gồm các khối chức năng sau:
+ Timer0: bộ đếm 8 bít với bộ chia tần số 8 bít.
+ Timer1: bộ đếm 16 bít 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 bít với bộ chia tần số, bộ postcaler.
+ Hai bộ Capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung.
+ Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP, SPI và I2C.
+ Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bít địa chỉ.
+ Cổng giao tiếp song song PSP với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên

ngoài.
- Các kênh Analog:
+ 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bít.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.
+ 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.
2. chọn tụ cho xung dao động thạch anh
Dùng thạch anh 20MH vì tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi
nhiệt độ hơn là các mạch dao động RC. Để tăng độ ổn định tần số , người ta
dung thêm 2 tụ nhỏ cỡ 33pH, tụ bù nhiệt ổn tần.
3. nguồn cung cấp cho vi điều khiển
nguồn cung cấp sẽ là nguồn 5V, vi điều khiển PIC16F877A có đến hai chân
cấp nguồn VCC và hai chân GND.
ta phải cấp nguồn vào tất cả các chân nguồn trên, như vậy thì vi điều khiển
mới hoạt động được. Và mạch nguyên lí sau khi cấp nguồn như
hình 1.2


4 chon điên trở qua nút reset
Bây giờ là mạch reset cho vi điều khiển sử dụng chế độ reset từ chân MCLR
của vi điều khiển (chân số 1). Ta đã biết vi điều khiển sẽ được reset khi chân
MCLR chuyển từ mức logic 1 xuống mức logic 0 và ta sử dụng một công tắc cơ
khí để thực hiện viêc chuyển đổi đó, như vậy ta mới có thể tác động cho vi điều
khiển reset bằng tay. Lại một câu hỏi nữa,

phải thiết kế mạch như thế nào để thưc hiện được công việc đó? Dễ thôi, ta có
thể thiết kế như hình 1.4. Bình thường công tắc hở, chân MCLR của vi điều
khiển mang mức logic 1 (vì
được nối với nguồn qua điện trở hạn dòng R1). Điện trở R1 phải có giá trị nhỏ
hơn 40K để bảo đảm điện áp cung cấp cho vi điều khiển. Khi ấn công tắc, chân
MCLR được nối với GND nên mang mức logic 0, khi đó vi điều khiển sẽ được
reset.
1.2 Led 7 Đoạn 4 Chữ Số

Hình 2.3 Led 7 đoạn 4 chữ số
- LED 7 đoạn là một công cụ thông dụng được dùng để hiển thị các thông số
dưới dạng các số từ 0 đến 9.Mặc dù công cụ LCD giúp ta thể hiện các thông số
một cách linh động hơn nhưng LED 7 đoạn vẫn được sử dụng nhiều trong công
nghiệp
- Có hai loại LED 7 đoạn, đó là loại Anode chung (cực Anode của các LED
được nối chung với nhau) và loại Cathode chung (cực Cathode của các LED
được nối chung với nhau).
- LED 7 đoạn bao gồm 7 đoạn LED được đánh dấu là các kí tự a, b, c, d, e, f, g
và một dấu chấm thập phân kí hiệu là dp.Ta có thể xem LED 7 đoạn là một tổ
hợp gồm 8 LED.8 LEDnày có một đầu (Anode hoặc Cathode) được nối chung
và được bố trí theo mộtqui tắc nhất định dùng để hiển thị các chữ số thập phân.


- Tùy theo từng loại LED mà ta có các phương pháp điều khiển các LED trong
tổ hợp đó sáng tắt một cách thích hợp.Đối với loại Anode chung, một LED sẽ
được bật sang nếu mức logic đưa vào chân điều khiển đoạn LED đó là mức
logic 0.Đối với loại Cathode chung, một LED sẽ được bật sang nếu mức logic
đưa vào chân điều khiển đoạn LED đo là mức logic 1.
-Led 7 đoạn 4 chữ số gồm 4 led 7 đoạn đơn nối chung

Hình 2.4 Sơ đồ nối chân trong led 7 đoạn 4 chữ số.

Hình 2.5 Sơ đồ mô phỏng Led 7 đoạn với Pic 16F877A


1 tính điện trở qua led
Led 7đoạn có tạo bao gồm7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình
và thêm
một led đơn hình tròn thể hiện dấu chấm nhỏ ở dưới, bên phải của led 7 đoạn.
Vì nó chứa bên trong có led đơn nên để cho các led này sáng thì được cấp áp cỡ
2V, dòng 10-20mA. Mà chân ra của vi điều khiển ỏ mức logic cao có điện áp
5V và cấp nguồn cho led. Suy ra, điện áp rơi trên trở là 3V. Dòng qua led là
dòng qua điện trở và bằng 15mA. Suy ra, điện trở dung : R =3V/15mA
=200ohm. Chọn điện trở tiêu chuẩn 220ohm
2 tính chọn transistor cho led
Trong mạch nguyên lý này người ta chọn transistor pnp hoạt động ở chế độ bão
hòa
1.3 Cảm biến LM35

Hình 2.6 Cảm biến nhiệt độ LM35
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp
đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng
không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh
Đặc điểm chính của cảm biến LM35
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

+ Công suất tiêu thụ là 60uA
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác
nhau. Xét một số mức điện áp sau :
- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV
- Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ
thống này thì đo từ 0 đến 150.
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định
tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ.
Với LM35, bạn có thể tự tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng LM35
và tự động ngắt điện khi nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện khi nhiệt độ
thấp hơn ngưỡng tối thiểu thông qua module rơ le...
LM 35 có 3 chân. Chân 1(Vs) là chân cấp nguồn dương Vcc cỡ (4-2V) chọn
nguồn 5V. chân 2(GND) là chân nối mass. Chân 3(Vout) là chân xuất điện áp
sau khi chuyển đổi từ nhiệt độ sang.
LM35 thay đổi nhiệt độ nhanh và chính xác.


Hình 2.7 Sơ đồ mô phỏng cảm biến LM35 với Pic 16F877A
1.4 Rơ-Le Đóng Cắt

Hình 2.8 Rơ-le đóng cắt

Điện áp điều khiển: 12V
Dòng điện cực đại: 10A
Thời gian tác động: 10ms
Thời gian nhả hãm: 5ms
Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC
Relay 5 chân SRD-12VDC là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản. Nó

gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm. Cấu tạo của relay được mô tả
trong hình.


Hình 2.9 Sơ đồ nối dây của Rơ-le đóng cắt.
Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn hút, khi có điện vào cuộn hút sẽ hút tiếp
điểm chuyển từ vị trí 4 xuống tiếp điểm 5
Chân 3: đặt điện áp(nếu là loại Relay 12V thì đặt 12V DC vào đây)
Chân 4, chân 5: tiếp điểm.
Ứng dụng của rơ-le
Nhìn chung, công dụng của rơ-le là "dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt
nguồn năng lượng lớn hơn".
Rơ-le được dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và
chiếu sáng.
1.5 Led Báo
Led báo nguồn dùng để thong báo một trạng thái làm việc nào đấycủa
thiết bị như trạng thái làm việc của nguồn (lỗi hoặc không lỗi), cũng như các
khối chức năng khác.
Các led này sang khi được cấp áp cỡ 2V, dòng 10-20mA


Hình 2.10 Led đơn báo hiệu
Ưu điểm: Có hiệu suất phát sáng cao hơn bóng sợi đốt.
Mầu sắc: LED có thể phát ra màu sắc như ý muốn mà không cần bộ lọc màu
theo phương pháp truyền thống.
Kích thước: Kích thước của bóng LED rất nhỏ (có thể nhỏ hơn 2 mm2) vì vậy
có thể bố trí dễ dàng trên mạch in.
Nhược điểm:Chất lượng của đèn Led trên thị thường không giống nhau nên dễ
tạo hiểu nhầm về chất lượng chung của Led

Hình 2.11 Sơ đồ mô phỏng Led đơn báo hiệu với Pic 16F877A


1.6 Còi DC 5v

Hình 2.12 Còi báo hiệu DC 5V

Hình 2.13 Sơ đồ cấu tạo còi DC-5V
Các thông số của còi DC-5V:
-

-

Điện áp định mức: 5V
Điện áp hoạt đông: 4V-8V
Dòng điện định mức max: 30mA
Âm thanh nhỏ nhất phát ra cách 10cm: 85dB
Tần số cộng hưởng: 2300±300Hz
Nhiệt độ hoạt động: -20~ +700 C
Nhiệt độ bảo quản: -30~ +1050 C
Khối lượng: 2.0g


Hình 2.14 Sơ đồ mô phỏng còi báo DC với Pic 16F877A
1.7 Quạt

Hình 2.15 Quạt làm mát DC 12V


Các thông số:

Kích thước: 92x25mm
Kết nối: 3pin( 2510- 3p)
đánh giá điện áp: DC12V
đánh giá hiện tại: 0,24& Plusmn; 10% amp
đánh giá tốc độ: 2000& Plusmn; 10% rpm
Lưu lượng không khí: 42,3 cfm

Hình 2.16 Sơ đồ mô phỏng quạt làm mát DC 12V với Pic 16F877A


1.8 Ổn áp 7805

Hình 2.17 Ổn áp 7805
Các thông số của ổn áp 7805:
- LA7805 IC ổn áp 5V
- Dòng cực đại có thể duy trì 1A.
- Dòng đỉnh 2.2A.
- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dung tản nhiệt: 2W.
- Công suất tiêu tán nếu dung tản nhiệt đủ lớn: 15W.


Hình 2.18 Sơ đồ mô phỏng đo nhiệt độ dùng LM35 hiển thị trên Led 7 đoạn


.
2. chọn tụ cho xung dao động thạch anh
Dùng thạch anh 20MH vì tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi
nhiệt độ hơn là các mạch dao động RC. Để tang độ ổn định tần số , người ta
dung thêm 2 tụ nhỏ cỡ 33pH, tụ bù nhiệt ổn tần.
3. cách tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35

Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách
LM35

ADC

Vi điều khiển PIC

Như vậy ta có:
Lấy VREF = 5V;
10 mV tương ứng 1oC
5000mv
X oC

1024 (ADC 10 bits)
Read_adc();

Suy ra:
Nhiệt độ đo được:
X = 500*Read_adc()/1024(đơn vị oC)
Hay X = Read_adc()/2,048(đơn vị oC)
4. chọn giá trị điện trở của nút nhấn:
Chọn R = 10k Ω
5. tính điện trở dòng qua loa
Như hình vẽ
6