MẠCH điều KHIỂN NHIỆT độ CHO TRẠM BTS dùng 89c51 ( có code và mạch in )

ĐỒ ÁN 2
ĐỀ TÀI:MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO TRẠM BTS
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH
1.1 GIỚI THIỆU
1.1.1 Tổng quát về trạm BTS
1.1.2 Mục đích thiết kế
1.1.3 Hướng thiết kế
1.1.4 Nguyên lý thiết kế
CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

2.1..............................................................................SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH
2.2....................................................................................TÌM HIỂU LINH KIỆN
2.3.................................................................SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH
2.4 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG + THI CÔNG MẠCH

3.1 MÔ PHỎNG+KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
3.2 THI CÔNG MẠCH
3.2.1 Mô hình mạch
3.2.2 Nhận xét
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN
4.1
4.2

KẾT LUẬN
HƯỚNG PHÁT TRIỂN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
•HÌNH ẢNH CÁC LINH KIỆN

IC89C51
ADC0804
CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35
•HÌNH ẢNH MẠCH NGUYÊN LÝ
•HÌNH ẢNH MẠCH MÔ PHỎNG
•HÌNH ẢNH MÔ HÌNH MẠCH KHI HOÀN THIỆN

1


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sách “Kỹ Thuật Vi Xử Lý” tác giả Hồ Trung Mỹ
Sách “xử lý số tín hiệu” tác giả Lê Tiến Thường
Sách “điên tử 1” tác giả Lê Tiến Thường

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠCH
1.1 GIỚI THIỆU:
1.1.1 Tổng quan về trạm BTS:

Là một cơ sở hạ tầng viễn thông được sử dụng nhằm tạo thông tin liên lạc không
dây giữa các thiết bị thuê bao viễn thông và nhà điều hành mạng. Các thiết bị thuê
bao có thể là điện thoại di động, thiết bị internet không dây trong khi các nhà điều
hành mạng có thể là mạng di động GSM, CDMA hay hệ thống TDMA cơ bản .
Một BTS điển hình bao gồm: một trạm thu phát (TRX) nhằm xử lý việc truyền và
nhận tín hiệu, gửi và nhận các tín hiệu từ các phần tử mạng cao hơn; một bộ tổ
hợp sẽ kết hợp nguồn cấp dữ liệu từ một số trạm thu phát để được gửi đi thông qua
một ăng-ten duy nhất do đó làm giảm số lượng ăng-ten cần cài đặt; một bộ khuếch
đại công suất giúp khuếch đại tín hiệu từ trạm thu phát để truyền thông tin qua
ăng-ten; một bộ song công được sử dụng để tách việc gửi và nhận tín hiệu từ các

ăng-ten hoặc từ một ăng-ten là một phần bên ngoài của BTS.

2


1.1.2 Mục đích thiết kế:
Trong quá trình hoạt động các trạm BTS sản sinh ra một lượng nhiệt không hề
nhỏ.Điều này làm tổn hao công suất của trạm và giảm tuổi thọ các thiết bị,linh
kiện. Nhằm khắc phục điều này mạch điều khiển nhiệt độ được hình thành.
1.1.2 Hướng thiết kế:
Dựa vào nguyên lý hoạt động của linh kiện cảm biến nhiệt độ.
Chức năng xử lý của vi điều khiển
Hoạt động của động cơ.
1.1.3 Nguyên lý thiết kế:
a.Bộ chuyển đổi ADC:

3


+Thuật toán áp dụng cho mã hóa nhị phân thông thường và offset (với bộ ADC tương
ứng ) và lượng tử theo kiểu rút ngắn.
+Đối với mạch nhiệt ta yêu cầu nhiệt độ ở mức 35 độ C tức là chân Vref của ADC có
mức điện áp 17,4mV thì động cơ quay tương đương với mức logic là 00100011.
Khi ADC thực hiện so sánh bằng phương pháp offset sẽ bắt đầu so sánh từ lsb.

2.1
2.1.1

CHƯƠNG 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
TÌM HIỂU LINH KIỆN:

IC 89C51:

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau :
•8 KB EPROM bên trong.
•128 Byte RAM nội.
•4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.
•Giao tiếp nối tiếp.
•64 KB vùng nhớ mã ngoài
•64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại.

4


•Xử lí Boolean (hoạt động trên bit đơn).
•210 vị trí nhớ có thể định vị bit.
•4 μs cho hoạt động nhân hoặc chia.
•Sơ đồ khối của 8951:

Sơ đồ chân 8951:

5


Chức năng các chân của 89c51:
•89c51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập.Trong đó có 24 chân có
tác dụng kép ( có nghĩa 1 chân có 2 chức năng),mỗi đường có thể hoạt động như đường
xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa
chỉ.
Các port

6


•port 0: là port có 2 chức năng ở các chân 32-39 của 89c51.Trong thiết kế cở nhở không
dung bộ nhớ mở rông nó có chức năng như các đường IO.Đối với các thiết kế cở lớn có
bộ nhớ mở rộng , nó được kết hợp giữa địa chỉ và bus dữ liệu.
•port 1: là port có thể giao tiếp với thiết bị ngoài nếu có.Port 1 không có chức năng khác
vì vậy chúng chỉ được dung cho giao tiếp bên ngoài.
•port 2:là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21-28, được dung như các đường xuất
nhập hoặc là byte cac của bus địa chỉ đối với các thiết bị dung bộ nhớ mở rộng.
•port 3: là port có tác dụng kép trên các chân 10-17.Các chân của port này có nhiều chức
năng,các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc tính đặc biệt của 89c51 như bảng
trên.
2.1.2 ADC 0804:
a/ Giới thiệu về ADC:

Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển
đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được
định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị
phân. Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp
tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110µs. Các chân khác của ADC0804 có chức
năng như sau:
CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn chip
RD (Read): Chân số 2, là chân nhận tín hiệu vào tích cực ở mức thấp.
WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng báo cho ADC biết
để bắt đầu quá trình chuyển đổi.
CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sử dụng
để tạo thời gian.

7

Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở
trạng thái cao và khi việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất thì nó chuyển xuống mức thấp
để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi.
Vin (+) và Vin (-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin
= Vin(+) – Vin(-).
Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V
Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu.
2.1.3 LCD 16X2
Tổng Quát Về LCD HD44780:
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 1 là loại
LCD thông dụng.

Hình 1 : Hình dáng của loại LCD thông dụng
Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ
và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết. Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như
hình 2 :

Hình 2 : Sơ đồ chân của LCD
2.1.4 LM 7805:

8


Các kiến thức cơ bản về lm7805:
-Dòng cực đại 1A
-Dòng đỉnh 2.2A
-Công suất tiêu tán nếu không dung tản nhiệt: 2W
-Công suất tiêu tán nếu dung tản nhiệt đủ lớn 15W

2.1.5 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35:

LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog
Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35.
Đơn vị nhiệt độ: °C.
Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C

Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C tới
150°C.LM35 có hiệu năng cao, công suất tiêu thụ là 60uA
2.2
SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH:
KHỐI CẢM
BIẾN

KHỐI VI ĐIỀU
KHIỂN

Chức năng của từng khối
9
KHỐI NGUỒN

KHỐI HIỂN
THỊ
KHỐI ĐỘNG
CƠ


Khối nguồn: chuyển đổi nguồn 9V thành nguồn 5V cho vi điều khiển hoạt động thông
qua linh kiện LM7805.
Các tụ điện có tác dụng lọc nhiễu ( loại bỏ pha âm) cho nguồn.

Khối cảm biến: cảm biến nhiệt độ của môi trường thông qua tín hiệu analog của linh
kiện lm35.
Nhiệt độ được thay đổi tuyến tính :10mV/độ C
Khối vi điều khiển: gồm 2 linh kiện chính là IC89C51 và ADC0804
Tín hiệu analog từ cảm biến nhiêt độ lm35 sẽ đi qua bộ chuyển đổi ADC0804 để chuyển
qua tín hiệu digital ở đây nó sẽ thực hiện chức năng so sánh bằng phương pháp offset bắt
đầu từ LSB với mức đã cài đặt trước là 35 độ C ( mức logic là 0100011).
Sau khi chuyển đổi và so sánh bit ở bộ chuyển đổi ADC tín hiệu sẽ tiếp tục đi qua vi điều
khiển 89C51.Ở đây tín hiệu sẽ được vi xử lý xuất qua LCD và khởi động động cơ thông
qua code
Điện trở có tác dụng là cầu điện trở dùng để phân áp cho chân Vref của ADC.
Tụ điện có tác dụng lọc nhiễu cho mạch.
Khối hiển thị:gồm linh kiện màn hình LCD 16x2.
Sẽ nhận tín hiệu thông qua port3 của vi điều khiển để hiện thị.
Khối động cơ: bao gồm DC motor và topo,transistor pnp
Các linh kiện này sẽ được nối tiếp với nhau từ chân P1.4 của port 1 vi điều khiển.
Topo
2.3
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH:

Nguyên lý hoạt động:
10


Cấp nguồn 9v Dc cho mạch đi qua khối nguồn sẽ hạ áp xuống còn 5v để cấp cho vi điều
khiển.
Cảm biến nhiệt độ sẽ truyền đi 1 tín hiệu analog biểu thị nhiệt độ thu được đi qua bộ
chuyển đổi ADC0804 tín hiệu sẽ được chuyển thành tín hiệu digital và được so sánh với
mức logic đã được cài đặt sẵn bắt đầu từ LSB.
Với mức chuyển đổi là 1mV tương đương với 1 độ C. Bộ ADC có 8bit do đó sẽ có 256

mức logic.
Theo datasheet của ADC0804 chân Vref có điện áp vào bằng 1 nửa Vin do đó với 256
mức logic ta phải cung cấp áp cho chân vref 1,73V (256 mức logic=>2,56V=Vin)
Tín hiệu sau khi được chuyên đổi và so sánh sẽ được đi vào vi điều khiển thông qua port
2
Vi điều khiển sẽ thực hiện các lệnh để hiển thị qua LCD thông qua port 1 và khởi động
động cơ thông qua chân P1.4.

Lưu đồ giải thuật chuyển đổi tín hiệu từ Analog sang digital và so sánh
Bắt đầu

B=[0,0,0..0]
I=1
Bi=1
X=dac(b,B,R)
x>=xq
N
11

Bi=1


Bi=0
I=i+1
N

+1
i>B
Y
Kết thúc

CHƯƠNG 3:KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

3.1

MÔ HÌNH MÔ PHỎNG:

3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG:
Kết quả mô phỏng cho ta đúng với yêu cầu thiết kế :
LCD: hiển thị nội dung
NHIETDOCAIDAT:40
NHIETDO: (GIÁ TRỊ ĐO ĐƯỢC TỪ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35+1 ĐỘ*)
*Lý do: vì khi sử dụng cầu điện áp vào chân Vref của ADC 0804 cần sử dụng điện trở
chẵn có giá trị được sản xuất và mua được.
12


3.3 THỰC HIỆN MẠCH:
3.3.1 Mô hình mạch hoàn thiện:

Hình 1

13


Hình 1+2: mô hình mạch khi hoàn thiện

14

Hình 3: kết quả mạch hoạt động
NHẬN XÉT
•Dựa vào kết quả mô phỏng bằng chương trình proteus và kiểm tra thực tế qua mô hình
mạch ta thấy kết quả có sự sai lệch:
+Nguồn lấy từ ic7805 thực tế chỉ có 4V không chính xác 5V
+Nhiệt độ thực tế sẽ không được mô hình mạch hiển thị chính xác sai số vào khoảng
thấp hơn nhiệt độ thực tế là 2 độ
Sai số này là hoàn toàn chấp nhận được vì linh kiên làm mạch chưa phải là loại tối ưu.
•Tuổi thọ của mạch tương đối ngắn và chịu cường độ làm việc thấp. Sau một thời gian kể
từ mạch hoàn thiện và hoạt đông mạch sẽ phát sinh một số lỗi hoặc thậm chí không hoạt
động.
+nguyên nhân cũng vì linh kiện làm mạch không phải là loại tối ưu và điều kiện ngoại
cảnh
CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
4.1 KẾT LUẬN:
Qua việc thiết kế và thi công mạch điều khiển nhiệt độ cho trạm BTS nắm rõ được một số
kiến thứ của các môn học và áp dụng vào thực tế.
•code assembly cho ic89c51 bộ môn Vi xử lý
•bộ chuyển đổi ADC bộ môn Xử lý số tín hiệu
15


•mạch biến áp,chỉnh lưu bô môn Điện tử 1
4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN:
Nếu có cơ hội sẽ hoàn thiện mạch hơn ở tính ổn định và tuổi thọ hoạt động sau đó nâng
cao thành hệ thống điều khiển nhiệt độ và được truyền đi qua 1 tín hiệu RF đến 1 thiết bị
khác.
Điều này sẽ giúp chúng ta chủ động trong việc điều chỉnh nhiệt độ,bảo dưỡng cho hệ
thống trong trạm BTS.

Phần phụ chú:
Code cho IC89C51
ORG 30h
EN BIT P1.7
RS BIT P1.6
RD_ADC EQU P1.0
WR_ADC EQU P1.1
CS_ADC EQU P1.2
INTR_ADC EQU P1.3
ADC_PORT EQU P2
LJMP MAIN
;************************************************************
;PHẦN KHỞI ĐỘNG CHO LCD
;************************************************************
LCD_INIT:
MOV A,#3CH
CALL WRITE_COM
MOV A,#0EH
CALL WRITE_COM
MOV A,#06H
16


CALL WRITE_COM
MOV A,#01H
CALL WRITE_COM
RET
WAIT_LCD:
DELAY: MOV R7, #100D
DEL1: MOV R6, #250D

DJNZ R6, $
DJNZ R7, DEL1
RET
WRITE_TEXT:
LCALL WAIT_LCD
MOV P3,A
SETB RS
SETB EN
CLR EN
RET
WRITE_COM:
LCALL WAIT_LCD
MOV P3,A
CLR RS
SETB EN
CLR EN
RET
BANG1:
DB '89C51-ADC-NHIETDO*'
RET
BANG2:
DB 'NHIET DO :*'
RET
;************************************************************
;PHÂN KHỞI ĐỘNG CHO ADC
;************************************************************
COVER:
CLR CS_ADC
CLR WR_ADC
NOP

SETB WR_ADC
SETB CS_ADC
WAIT:
JB INTR_ADC,WAIT
RET
READ:
17


CLR CS_ADC
CLR RD_ADC
NOP
MOV A,P2
SETB RD_ADC
SETB CS_ADC
RET
CONTROL:
MOV B,#40
DIV AB
MOV R3,A
JZ OFF
CALL ON
RET
ON:
SETB P1.4
RET
OFF:
CLR P1.4
RET
HIENTHI:

MOV B,#10
DIV AB
MOV R3,A
MOV R4,B
MOV A,#0CAH
CALL WRITE_COM
MOV A,R3
ORL A,#30H
CALL WRITE_TEXT
MOV A,R4
ORL A,#30H
CALL WRITE_TEXT
RET
RET
;************************************************************
;CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH
;************************************************************
MAIN:
CALL LCD_INIT
MOV DPTR,#BANG1
CLR A
LOOP:
18


MOVC A,@A+DPTR
CJNE A,#'*',NEXT
SJMP LAN2
NEXT:
CALL WRITE_TEXT

CLR A
INC DPTR
SJMP LOOP
LAN2:
MOV A,#0C0H
CALL WRITE_COM
MOV DPTR,#BANG2
CLR A
LOOP2:
MOVC A,@A+DPTR
CJNE A,#'*',NEXT2
SJMP ADC
NEXT2:
CALL WRITE_TEXT
CLR A
INC DPTR
SJMP LOOP2
ADC:
CALL COVER
CALL READ
CALL CONTROL
CALL READ
CALL HIENTHI
SJMP ADC
END

19