Thiết kế hệ thống giám sát môi trường nhà vườn, ứng dụng cho vườn hoa lan

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN : KỸ THUẬT MÁY TÍNH

ĐỒ ÁN MỘN HỌC
MÔN HỌC

HỆ THỐNG NHÚNG
Đề tài : Thiết kế hệ thống giám sát môi trường nhà
vườn, ứng dụng cho vườn hoa lan

NHÓM 2
LỚP

: 44S

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN TIẾN DUY

THÁI NGUYÊN 2012

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-1-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

Thái Nguyên, Ngày

Tháng

Năm 2012

Giáo Viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)

Nhận xét của giáo viên chấm
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Thái Nguyên, Ngày

Tháng

Năm 2012

Giáo Viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)

Mục lục
2.5.4 LCD 16x2 màn hình tinh thể lỏng...........................................................................29

Danh sách các hình ảnh

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-2-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Hình 2.1 sơ đồ tổng quát......................................................................................9
Hình 2.2 sơ đồ callgraph...............................................................................10
Hình 2.3 sơ đồ đặc tả....................................................................................11
Hình 2.4 sơ đồ khối nguồn...........................................................................11
Hình 2.5 sơ đồ khối điều khiển trung tâm.................................................................................12
Hình 2.6 sơ đồ khối cảm biến ánh sáng....................................................................13
Hình 2.7 sơ đồ khối cảm biến sht71...............................................................................13
Hình 2.8 module hiển thị LCD...........................................................................14
2.5 Lựa chọn linh kiện................................................................................................................14
Hình 2.9: Sơ đồ chân PIC 16F877A................................................................15
Hình 2.10 : Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A....................................................................17
Hình 2.11 cảm biến nhiệt độ độ ẩm SHT71............................................................................23
Hình 2.12 hình ảnh và sơ đồ chân cảm biến SHT71.................................................26

Hình 2.13 sơ đồ kết nối của SHT71........................................................................27
Hình 2.14 cảm biến quang ( quang trở ).........................................................................28
Hình 2.15 : Hình dáng của loại LCD thông dụng ......................................................................30
Hình 2.16 : Sơ đồ chân của LCD................................................................................................32
Hình 2.17 : Sơ đồ khối của HD44780 .......................................................................................33
Hình 2.18 : Giản đồ xung cập nhật AC ......................................................................................36
Hình 2.19 : Mối liên hệ giữa địa chỉ của DDRAM và vị trí hiển thị của LCD .........................36
Hình 2.20 : Mối liên hệ giữa địa chỉ của ROM và dữ liệu tạo mẫu kí tự. .................................37
Hình 2.21 : Mối liên hệ giữa địa chỉ của CGRAM, dữ liệu của CGRAM, và mã kí tự. ...........41
Hình 2.22 lệnh khởi tạo LCD.....................................................................................................49
Hình 2.23 Hình ảnh transistor.....................................................................................................50
Hình 2.24 Một số loại tụ điện.....................................................................................................51
Hình 2.25 IC ổn áp 7805.............................................................................................................52
Hình 2.26 sơ đồ nguyên lý tổng thể.......................................................................53
Hình 2.27 sơ đồ giải thuật............................................................................55
Hình 3.1 bắt đầu chương trình....................................................................................71
Hình 3.3 in lên màn hình giá trị, nhiệt độ, độ ẩm, và cường độ ánh sáng........................73

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-3-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Giới thiệu:
Điều kiện môi trường thích hợp là sự cần thiết cho sự tăng trưởng thực vật
tối ưu, cải thiện năng suất cây trồng, và sử dụng hiệu quả nước và các nguồn

khác. Tự động hoá việc thu thập dữ liệu quá trình điều kiện đất và các thông số
khí hậu khác nhau chi phối sự phát triển của thực vật cho phép thông tin được thu
thập ở tần suất cao với yêu cầu lao động ít hơn. Hiện có hệ thống sử dụng hệ
thống máy tính hoặc dựa trên tin nhắn cho người sử dụng liên tục thông báo các
điều kiện bên trong nhà kính, nhưng khả năng chi trả, cồng kềnh, khó khăn để
duy trì và ít được chấp nhận bởi các công nhân không có kỹ năng công nghệ.
Mục tiêu của dự án này là thiết kế, dễ cài đặt, đơn giản dựa trên vi điều khiển
để theo dõi và ghi lại các giá trị của nhiệt độ, độ ẩm, và ánh sáng mặt trời môi
trường tự nhiên đang tiếp tục sửa đổi và kiểm soát để tối ưu hóa chúng đạt được
tăng trưởng thực vật và năng suất tối đa. Bộ điều khiển sử dụng điện năng thấp,
chi phí con chip hiệu quả
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-4-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Chíp 16F877có thể giao tiếp với mô-đun cảm biến khác nhau trong thời gian
thực để kiểm soát quá trình ánh sáng, thông khí và độ ẩm hiệu quả bên trong một
nhà kính. Một tích hợp màn hình hiển thị tinh thể lỏng (LCD) cũng được sử dụng
để hiển thị thời gian thực của dữ liệu có được từ các cảm biến khác nhau sử dụng
của các thành phần dễ dàng có sẵn làm giảm sản xuất và chi phí bảo trì. Thiết kế
này là khá linh hoạt khi các phần mềm có thể được thay đổi bất cứ lúc nào. Nó có
thể do đó được thiết kế riêng thực hiện các yêu cầu cụ thể của người sử dụng.
Điều này làm cho hệ thống được đề xuất là kinh tế, di động và bảo trì thấp
giải pháp cho các nhà vườn, vườn lan.

Chương 1 Phân tích bài toán
1.1 Khảo sát và phân tích bài toán
Chúng ta sống trong một thế giới nơi mà tất cả mọi thứ có thể được kiểm soát
và vận hành tự động, nhưng vẫn còn một số lĩnh vực quan trọng ở nước ta mà tự
động hóa đã không được thông qua hoặc không được đưa vào sử dụng chính
thức, có lẽ vì một số lý do như là chi phí và kỹ thuật. Một trong những lĩnh vực
đó là nông nghiệp. Nhà vườn tạo thành một phần quan trọng của ngành nông
nghiệp và làm vườn ở nước ta vì chúng có thể được sử dụng để phát triển các nhà
máy trong điều kiện kiểm soát khí hậu cho các sản phẩm tối ưu, các nông sản có
độ đảm bảo an toàn thực phẩm cao . Tự động hoá dự kiến gây hiệu ứng nhà kính
theo dõi và kiểm soát các thông số khí hậu trực tiếp hoặc gián tiếp chi phối sự
tăng trưởng cây trồng.Tự động hóa là quá trình điều khiển máy móc công nghiệp
và các quá trình. Do đó có thể thay thế các công việc của con người.

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-5-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Các yếu tố khí hậu tác động một cách tổng hợp lên lên cây trồng. Khi khí
hậu nóng lên, các yếu tố như sự biến động nhiệt độ, lượng mưa, cường độ chiếu
sáng sẽ là yếu những yếu tố tác động mạnh nhất lên cấy trồng.
Một hệ thống giám sát và điều khiển các thiết bị máy nông nghiệp tạo điều
kiện thuận lợi nhất cho cây trồng sẽ giúp tăng trưởng phát triển của cây trông và
giảm số lượng lao động trong nhà vườn,
1.2 các yêu cầu

Đây là một thiết lập phức tạp được trang bị tốt để phản ứng với hầu hết
những thay đổi khí hậu xảy ra bên trong nhà vườn. Nó hoạt động trên một hệ
thống thông tin phản hồi giúp nó để đáp ứng với các kích thích bên ngoài một
cách hiệu quả. Mặc dù thiết lập này lên vượt qua những vấn đề gây ra do lỗi của
con người nó không phải là hoàn toàn tự động và tốn kém.
1.3 Giới hạn hạn định
- Làm việc cả ngày lẫn đêm
- Thu nhận tín hiệu liên tục khi có sự thay đổi các yêu tố thời tiết.
-Nhiệt độ môi trường từ
-Độ ẩm môi trường
-Cường độ ánh sáng
-Hệ thống cấp điện mới từ đầu
1.4 Giải pháp công nghệ
Các hệ thống được đề xuất là một hệ thống nhúng sẽ giám sát chặt chẽ và
kiểm soát các thông số khí hậu nhà vườn trên cơ sở thường xuyên cho việc
trồng các loại cây trồng hoặc các loài thực vật cụ thể có thể tối đa hóa sản xuất
của họ trong mùa tăng trưởng toàn bộ cây trồng và loại bỏ những khó khăn
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-6-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

tham gia vào hệ thống bằng cách giảm sự can thiệp của con người đến mức
thấp nhất có thể. Hệ thống này bao gồm cảm biến, vi điều khiển pic, chuyển
đổi và thiết bị truyền động.
Khi đề cập ở trên các thông số khí hậu qua một ngưỡng an toàn được duy trì

để bảo vệ cây trồng, các cảm biến cảm nhận sự thay đổi và vi điều khiển pic
đọc từ các dữ liệu tại các chân đầu vào của cảm biến. Vi điều khiển Pic thực
hiện các hành động cần thiết bằng cách sử dụng các chuyển tiếp cho đến khi
các tham số khí hậu đã được đưa trở lại cấp độ tối ưu của nó. Kể từ khi một vi
điều khiển được sử dụng, nó làm cho các thiết lập chi phí thấp và hiệu quả,
tuy nhiên. Khi hệ thống cũng sử dụng một màn hình LCD liên tục cảnh báo
người dùng về tình trạng bên trong nhà kính, toàn bộ thiết lập trở nên thân
thiện với người dùng.
Như vậy, hệ thống này giúp loại bỏ những hạn chế hiện có set-up được đề cập
trong phần trước và được thiết kế như một cách dễ dàng để duy trì, linh hoạt
và giải pháp chi phí thấp.

Qua những phân tích ở trên em đưa ra phương pháp xây dựng hệ thống
giám sát môi trường nhà vườn, (từ đó có thể thiết lập thêm phần điều khiển
bật tắt các thiệt bị trong điều khiển các yếu tố khí hậu, như tưới nước nhỏ giọt,
phun sương mù, bật tắt đèn chiếu sáng, hệ thống quạt thoáng gió).
1.5 Giải pháp thiết kế
- Để thu nhận các yếu tố khí hậu của môi trường ta dùng các cảm biến ánh
sáng, độ ẩm và nhiệt độ.

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-7-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

- Xử lý, khối điều khiển dùng vi điều khiển pic: lập trình để pic nhận tín hiệu

từ cảm biến và tính toán sử lý để đưa ra lệnh tắt mở các thiết bị kiểm soát các yếu
tố khí hậu.
- Để hiện thị ta dùng màn hình tinh thể lỏng LCD để thông báo thông số khí
hậu.
( Điều khiển tắt mở thiết bị truyền động dùng các transistor cấp dòng cho
relays.)

Chương 2 : Hệ thống giám sát môi trường nhà vườn ứng dụng
cho vườn hoa lan
2.1 Sơ đồ tổng quát
Hệ thống giám sát môi trường nhà kính gồm có 5 phần chính.

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-8-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Khối nguồn

Khối
xử
lý

Khối
cảm
biến

Khối
hiển
thị

Hình 2.1 sơ đồ tổng quát
- khối nguồn : lấy AC hoặc DC đầu vào từ 5- 15V biến đổi thành nguồn DC
5V cấp cho khối điều khiển trung tâm, khối hiển thị khối cảm biến và khối chấp
hành.
- Khối điều khiển trung tâm : tiếp nhận tín hiệu từ khối cảm biến sau đó sử
lý và suất tín hiệu tới khối hiển thị.
- Khối hiển thị : nhận tín hiệu từ khối sử lý, hiển thị giá trị nhiệt độ, độ ẩm
và cường độ chiếu sáng.
- Khối cảm biến :Đo giá trị độ chiếu sáng, độ ẩm và nhiệt độ dùng cảm biến
quang và cảm biến nhiệt độ, độ ẩm SHT71
2.2 Sơ đồ callgraph

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

-9-


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Chương trình
điều khiển chính

Module

Xử lý
Cảm biến
Nhận tín
hiệu từ
cảm biến

Module
Xử lý
Chương trình
Gửi lệnh thiết
lập cảm biến
Hiển thị

Cảm biến

Hình 2.2 sơ đồ callgraph
2.3 Sơ đồ đặc tả

Nhiệt độ, ánh
sáng , độ ẩm
Xác định giá trị
nhiệt độ, độ ẩm,
cường độánh
sáng

Hiển thị độ ẩm,
nhiệt độ, cường
độ ánh sáng
Nhà vườn

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

Hiển thị

- 10 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Hình 2.3 sơ đồ đặc tả
- Khối nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng trong nhà vườn được xác định
thông qua các cảm biến.
-khối nhà vườn. xác định nhiệt độ từ sensor và hiển thị lên màn hình
- khối hiển thị, hiển thị các thông số được xác định từ nhà vườn
2.4 Các module của hệ thống
2.4.1 Module khối nguồn:
Module này tạo ra điện áp 1 chiều 5V từ nguồn xoay chiều để cung cấp cho
các liên kiện trong hệ thống. sử sụng chỉnh lưu cầu, và IC ổn áp LM7805 để lấy
điện áp 5V ở ngõ ra.
D 3

1

2 2 0 V A C 5 0 H z in p u t

2

5

4

-

+

2

+5V

VI

VO

3

G N D

D B105

U 15
LM 7805

+

C 3
220uF

C 4

100nF
2

3
1

1

T1

3

G N D

Hình 2.4 sơ đồ khối nguồn
2.4.2 Module sử lý trung tâm
khối điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển pic 16F877
Bộ tạo dao động dùng thạch anh 4M cung cấp nguồn dao động cho Pic.
Bộ reset cấp nguồn 5V và xác lập trạng thái ban đầu cho pic.

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 11 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

1
R ST

2
3
4
5
6
7

AD C

SC K

1
1
1
1
2
2
2
2

D ATA

C K1

C k2
G N D

5
6
7

8
3
4
5
6

13

14
12
31

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY
PVN 2
M C L R * /V P P
R
R
R
R
R
R

A
A
A
A
A
A

0

1
2
3
4
5

/A N 0
/A N 1
/A N 2 /V R E F -/C V R E F
/A N 3 /V R E F +
/T 0 C K I/C 1 O U T
/A N 4 /S S */C 2 O U T

R
R
R
R
R
R
R
R

C
C
C
C
C
C
C
C

0
1
2
3
4
5
6
7

/T 1 O S O /T 1 C K I
/T 1 O S I/C C P 2
/C C P 1
/S C K /S C L
/S D I/S D A
/S D O
/T X/C K
/R X /D T

R B 0 /IN T
R B1
R B2
R B 3 /P G M
R B4
R B5
R B 6 /P G C
R B 7 /P G D
R
R
R

R
R
R
R
R

D
D
D
D
D
D
D
D

0
1
2
3
4
5
6
7

/P
/P
/P
/P
/P
/P

/P
/P

S
S
S
S
S
S
S
S

P
P
P
P
P
P
P
P

0
1
2
3
4
5
6
7

O S C 1 /C L K IN

O S C 2 /C L K O U T

R E 0 /R D * /A N 5
R E 1 /W R * /A N 6
R E 2 /C S * /A N 7

VSS
VSS

VD D
VD D

3
3
3
3
3
3
3
4

3
4
5
6
7
8
9

0

1
2
2
2
2
2
2
3

9
0
1
2
7
8
9
0

D
D
D
D
E
R

4
5
6

7
S

8
9
10
11
32

+5V

P IC 1 6 F 8 7 7 A

+5V

C 1
R ST

C K1
33p

R 5
10K

Y 1
4M H z

C 2

33p

G N D

C K2

G N D

Hình 2.5 sơ đồ khối điều khiển trung tâm
2.4.3 Module cảm biến
Bộ phận cảm biến của hệ thống chia làm hai phần, cảm biến quang và cảm
biến ẩm độ và nhiệt độ. Cảm biến ẩm độ và nhiệt độ được tích hợp trông cùng
một linh kiện.
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 12 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

-Cảm biến quang:
+5V

R 2
R
A D C

LD R

0

Hình 2.6 sơ đồ khối cảm biến ánh sáng
- Cảm biến ẩm độ và nhiệt độ:
+5V

U 14
R 3
10k

R 4
10k

s
v
g
d

c
d
n
a

k
1
d
2
d
3
ta
4

s h t7 1

G N D
+5V

S C K

D A TA

Hình 2.7 sơ đồ khối cảm biến sht71
2.4.4 module hiển thị:

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 13 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Sử dụng LCD 16X2 , do ta có nhiều hơn 2 biến hiển thị lên dùng LCD có
hai dòng là phù hợp.

0
1
2
3
4

5
6
7

R S

7
8
9
1
1
1
1
1
E

D 4
D 5
D 6
D 7

G N D

4
5
6

1
2
3

0
1
2
3
4

d
d
d
d
d
d
d
d

rs
rw
e

+5V

v s s
v dd
v ee

LD R

Hình 2.8 module hiển thị LCD
2.5 Lựa chọn linh kiện

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 14 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

2.5.1 Vi điều khiển PIC16F877A
a. Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A

Hình 2.9: Sơ đồ chân PIC 16F877A
b. 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 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 gồm các 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

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 15 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

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 rộng 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 bên ngoài.
• Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit. Hai bộ so sánh.
• 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 Serial Programming)
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.

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 16 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

c. Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16F877A

Hình 2.10 : Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A

d. Tổ chức bộ nhớ
Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A bao gồm bộ nhớ chương
trình (program memory) và bộ nhớ dữ liệu (data memory) .

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 17 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash ,
dung lượng bộ nhớ 8k word (1 word= 14bit) và được phân thành nhiều trang (từ
page 0 đến page 3) .Như vậy bộ nhớ chương trinh có khả năng chứa được 8*1024
=8192 lệnh (vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng 1 word (14 bit). Để mã
hóa được địa chỉ của 8k word bộ nhớ chương trình , bộ đếm chương trình có
dung lượng 13 bit (PC<12:0>) . Khi vi điều khiển reset , bộ đếm chương trình sẽ
chỉ đến địa chỉ 0000h (reset vector). Khi có ngắt xảy ra , bộ đếm chương trình sẽ
chỉ đến địa chỉ 0004h (interrupt vector). Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ
nhớ stack sẽ được đề cập cụ thể trong phần sau.
Bộ nhớ dữ liệu của PIC là bộ nhớ EEPROM được chia ra làm
nhiều bank. Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm 4 bank. Mỗi
bank có dung lượng 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG
(Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi mục
đích chung GPR (General Purpose Pegister) nằm ở vùng địa chỉ còn lại trong
bank. Các thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng (ví dụ như thanh ghi
STATUS) sẽ được đặt ở tất cà các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp thuận tiện trong
quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình.

Stack không nằm trong bộ nhớ chương trình hay bộ nhớ dữ liệu mà là một
vùng nhớ đặc biệt không cho phép đọc hay ghi. Khi lệnh CALL được thực hiện
hay khi một ngắt xảy ra làm chương trình bị rẽ nhánh, giá trị của bộ đếm chương
trình PC tự động được vi điều khiển cất vào trong stack. Khi một trong các lệnh
RETURN, RETLW hat RETFIE được thực thi, giá trị PC sẽ tự động được lấy ra
từ trong stack, vi điều khiển sẽ thực hiện tiếp chương trình theo đúng qui trình
định trước.
Bộ nhớ Stack trong vi điều khiển PIC họ 16F87xA có khả năng chứa
được 8 địa chỉ và hoạt động theo cơ chế xoay vòng. Nghĩa là giá trị cất vào bộ
nhớ Stack lần thứ 9 sẽ ghi đè lên giá trị cất vào Stack lần đầu tiên và giá trị cất
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 18 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

vào bộ nhớ Stack lần thứ 10 sẽ ghi đè lên giá trị 6 cất vào Stack lần thứ 2. Cần
chú ý là không có cờ hiệu nào cho biết trạng thái stack, do đó ta không biết được
khi nào stack tràn. Bên cạnh đó tập lệnh của vi điều khiển dòng PIC cũng không
có lệnh POP hay PUSH, các thao tác với bộ nhớ stack sẽ hoàn toàn được điều
khiển bởi CPU.
e. Các cổng xuất nhập của PIC16F877A
Cổng xuất nhập (I/O port) chính là phương tiện mà vi điều khiển dùng để
tương tác với thế giới bên ngoài. Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá
trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách rõ ràng.
Một cổng xuất nhập của vi điều khiển bao gồm nhiều chân (I/O pin), tùy
theo cách bố trí và chức năng của vi điều khiển mà số lượng cổng xuất nhập và

số lượng chân trong mỗi cổng có thể khác nhau. Bên cạnh đó, do vi điều khiển
được tích hợp sẵn bên trong các đặc tính giao tiếp ngoại vi nên bên cạnh chức
năng là cổng xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm các
chức năng khác để thể hiện sự tác động của các đặc tính ngoại vi nêu trên đối với
thế giới bên ngoài. Chức năng của từng chân xuất nhập trong mỗi cổng hoàn
toàn có thể được xác lập và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên
quan đến chân xuất nhập đó.
Port A
Port A (RPA) bao gồm 6 I/O pin. Đây là các chân “hai chiều”
(bidirectional pin), nghĩa là có thể xuất và nhập được. Chức năng I/O này được
điều khiển bởi thanh ghi TRISA (địa chỉ 85h). Muốn xác lập chức năng của một
chân trong PortA là input, ta “set” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong
thanh ghi TRISA và ngược lại, muốn xác lập chức năng của một chân trong Port
A là output, ta “clear” bit điều khiển tương ứng với chân đó trong thanh ghi
TRISA. Thao tác này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lại. Bên cạnh đó
Port A còn là ngõ ra của bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào analog ngõ vào xung
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 19 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

clock của Timer0 và ngõ vào của bộ giao tiếp MSSP (Master Synchronous Serial
Port).
Các thanh ghi SFR liên quan đến Port A bao gồm:
Port A (địa chỉ 05h)

: chứa giá trị các pin trong

Port A. TRISA (địa chỉ 85h) : điều khiển xuất nhập.
CMCON (địa chỉ 9Ch)

: thanh ghi điều khiển bộ so sánh.

CVRCON (địa chỉ 9Dh)

: thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp.

ADCON1 (địa chỉ 9Fh)

: thanh ghi điều khiển bộ ADC.

Port B
Port B (RPB) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là
TRISB. Bên cạnh đó một số chân của Port B còn đươc sử dụng trong quá trình
nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau. Port B còn
liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ Timer0. Port B còn được tích hợp chức năng
điện trở kéo lên được điều khiển bởi chương trình.
Các thanh ghi SFR liên quan đến Port B bao gồm:
Port B (địa chỉ 06h,106h)

: chứa giá trị các pin trong

Port B TRISB (địa chỉ 86h,186h) : điều khiển xuất nhập
OPTION_REG(địa chỉ 81h,181h): điều khiển ngắt ngoại vi và bộ Timer0
Port C
PortC (RPC) gồm 8 pin I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là

TRISC. Bên cạnh đó Port C còn chứa các chân chức năng của bộ so sánh, bộ
Timer1, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART.
Các thanh ghi điều khiển liên quan đến Port C:
Port C (địa chỉ 07h)

: chứa giá trị các pin trong

Port C TRISC (địa chỉ 87h)

: điều khiển xuất nhập.

Port D
Port D (RPD) gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 20 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

là TRISD. Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP (Parallel
Slave Port).
Các thanh ghi liên quan đến Port D bao gồm:
Thanh ghi Port D : chứa giá trị các pin trong Port D.
Thanh ghi TRISD : điều khiển xuất nhập.
Thanh ghi TRISE : điều khiển xuất nhập Port E và chuẩn giao tiếp PSP.
Port E
Port E (RPE) gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng

là TRISE. Các chân của PortE có ngõ vào analog. Bên cạnh đó Port E còn là các
chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
Các thanh ghi liên quan đến Port E bao gồm:
Port E

: chứa giá trị các chân trong PortE.

TRISE : điều khiển xuất nhập và xác lập các thông số cho chuẩn giao
tiếp PSP
ADCON1: thanh ghi điều khiển khối ADC.
f. Ngắt (Interrupt)
PIC16F877A có đến 15 nguồn tạo ra hoạt động ngắt được điều khiển
bởi thanh ghi INTCON (bit GIE). Bên cạnh đó mỗi ngắt còn có một bit
điều khiển và cờ ngắt riêng. Các cờ ngắt vẫn được set bình thường khi
thỏa mãn điều kiện ngắt xảy ra bất chấp trạng thái của bit GIE, tuy nhiên
hoạt động ngắt vẫn phụ thuộc vào bit GIE và các bit điều khiển khác. Bit
điều khiển ngắt RB0/INT và TMR0 nằm trong thanh ghi INTCON, thanh
ghi này còn chứa bit cho phép các ngắt ngoại vi PEIE. Bit điều khiển các
ngắt nằm trong thanh ghi PIE1 và PIE2. Cờ ngắt của các ngắt nằm trong
thanh ghi PIR1 và PIR2.
Trong một thời điểm chỉ có một chương trình ngắt được thực thi, chương
trình ngắt được kết thúc bằng lệnh RETFIE. Khi chương trình ngắt được thực
BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 21 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

thi, bit GIE tự động được xóa, địa chỉ lệnh tiếp theo của chương trình chính được
cất vào trong bộ nhớ Stack và bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 0004h.
Lệnh RETFIE được dùng để thoát khỏi chương trình ngắt và quay trở về chương
trình chính, đồng thời bit GIE cũng sẽ được set để cho phép các ngắt hoạt động
trở lại. Các cờ hiệu được dùng để kiểm tra ngắt nào đang xảy ra và phải được
xóa bằng chương trình trước khi cho phép ngắt tiếp tục hoạt động trở lại để ta có
thể phát hiện được thời điểm tiếp theo mà ngắt xảy ra.
Đối với các ngắt ngoại vi như ngắt từ chân INT hay ngắt từ sự thay đổi trạng
thái các pin của PORTB (PORTB Interrupt on change), việc xác định ngắt nào
xảy ra cần 3 hoặc 4 chu kì lệnh tùy thuộc vào thời điểm xảy ra ngắt.
Cần chú ý là trong quá trình thực thi ngắt, chỉ có giá trị của bộ đếm chương
trình được cất vào trong Stack, trong khi một số thanh ghi quan trọng sẽ không
được cất và có thể bị thay đổi giá trị trong quá trình thực thi chương trình ngắt.
Điều này nên được xử lý bằng chương trình để tránh hiện tượng trên xảy ra.
Ngắt INT
Ngắt này dựa trên sự thay đổi trạng thái của pin RB0/INT. Cạnh tác
động gây ra ngắt có thể là cạnh lên hay cạnh xuống và được điều khiển bởi bit
INTEDG (thanh ghi OPTION_ REG <6>). Khi có cạnh tác động thích hợp xuất
hiện tại pin RB0/INT, cờ ngắt INTF được set bất chấp trạng thái các bit điều
khiển GIE và PEIE. Ngắt này có khả năng đánh thức vi điều khiển từ chế độ
sleep nếu bit cho phép ngắt được set trước khi lệnh SLEEP được thực thi.
Ngắt do sự thay đổt trạng thái các PIN trong Port B
Các pin PORTB<7:4> được dùng cho ngắt này và được điều khiển
bởi bit RBIE (thanh ghi INTCON<4>). Cờ ngắt của ngắt này là bit RBIF
(INTCON<0>).
2.5.2 Cảm biến ẩm độ và nhiệt độ SHT71

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 22 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

SHT71 là một con chíp đo nhiệt độ độ ẩm tương đối, module đa cảm biến
được tích hợp một đầu ra, ứng dụng của công nghệ quá trình CMOS đảm bảo độ
tin cậy cao và làm việc dài hạn. Các thiết bị bao gồm một loại polymer phần tử
cảm biến điện dung cho độ ẩm tương đối và nhiệt độ cảm biến bangap. Cả hai
được liên kết trên một tín hiệu tương tử với tần số chuyển đổi kỹ thật số là 14bit
và một mạch giao tiếp nối tiếp trên cùng một chíp. Các hệ số hiệu chỉnh được lập
trình vào OTC bộ nhớ.các hệ số được sử dụng trong nội bộ quá trình các phép đo
để hiệu chỉnh các tín hiệu từ cảm biến. 2- dây được nối tiếp để điều chỉnh điện áp
nội bộ cho phép tích hợ hệ thống dễ dành và nhanh chóng. Kích thước nhở và
tiêu thụ điện năng thâp.

Hình 2.11 cảm biến nhiệt độ độ ẩm SHT71
Độ chính xác đổ ẩm là ±3% (% RH)
Độ chính xác nhiệt độ ±0.4°C (°C)
Chuẩn giao tiếp 2Wire
Các ứng dụng CMOSens ® công nghệ đảm bảo độ tin cậy tuyệt vời và ổn định
lâu dài. Cả hai cảm biến được liền mạch kết để analog 14bit để chuyển đổi kỹ
thuật số và một giao diện mạch nối tiếp. Điều này dẫn đến chất lượng tín hiệu tốt
hơn, thời gian đáp ứng nhanh chóng và vô cảm trước những xáo trộn bên ngoài

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 23 -

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

(EMC). SHT7x Mỗi cá nhân được hiệu chỉnh trong một căn phòng độ ẩm chính
xác. Hệ số hiệu chuẩn được lập trình vào bộ nhớ trên chip OTP. Các hệ số được
sử dụng trong nội bộ hiệu chỉnh các tín hiệu từ các cảm biến. 2-dây nối tiếp giao
diện và điều chỉnh điện áp nội bộ cho phép tích hợp hệ thống dễ dàng và nhanh
chóng. Kích thước nhỏ và tiêu thụ điện năng thấp làm cho SHT7x là sự lựa chọn
cuối cùng cho những ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất. SHT7x được cung cấp trên
FR4 với các chân cho phép tích hợp dễ dàng hoặc thay thế. Các cảm biến tương
tự cũng có sẵn như là bề mặt bao bì mountable (SHT1x) hoặc trên flex in
(SHTA1).
Sensor Chip
SHT7x V4 - mà kỹ thuật này áp dụng tính năng một phiên bản 4 chip cảm biến
Silicon. Bên cạnh cảm biến độ ẩm và nhiệt độ chip có chứa một bộ khuếch đại,
chuyển đổi A / D, bộ nhớ OTP và một giao diện kỹ thuật số.
Kết quả đó đến từ cảm biến là rất chính xác và đã được hiệu chuẩn, do đó bạn
không thể làm cho sai lầm. Đặc tính đo lường của nó được hiển thị trong bảng
dưới đây.

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

- 24 -


ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH

GVHD NGUYỄN TIẾN DUY

- 25 -