hệ thống cảm biến nhiệt độ ( đồ án hệ thống đo nhiệt độ phòng)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.02 MB, 46 trang )
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................................................................. 1
1.3.1Đặt bài toán.............................................................................................................................................. 8
a.Đề tài:.................................................................................................................................................8
b.Phân tích bài toán :.............................................................................................................................8
c.Tóm tắt hướng thực hiện đề tài :.........................................................................................................9
2.1CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN............................................................................................ 10
2.1.1 Vi điều khiển PIG.................................................................................................................................... 10
a.PIC là gì ?...........................................................................................................................................10
b.Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC...............................................................................10
c. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp..................................................................................11
d.Vi điều khiển PIC16F877A.................................................................................................................12
2.1.2Cảm biến đo nhiệt độ LM35................................................................................................................... 15
a.Giới thiệu cảm biến nhiệt độ LM35:..................................................................................................15
b.Đặc điểm chính của LM35.................................................................................................................17
c.Tính toán nhiệt độ đo được từ cảm biến LM35.................................................................................17
2.1.3 Màn hình LCD........................................................................................................................................ 19
a.Màn hình LCD là gì?..........................................................................................................................19
b.Các thông số của LCD 16×2:..............................................................................................................20
2.1.4Module nguồn........................................................................................................................................ 23
2.2TÌM HIỂU PHẦN MỀM CCS VÀ LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN.......................................................................23
2.2.1Giới thiệu về CCS.................................................................................................................................... 23
a.CCS là gì?...........................................................................................................................................23
b.Cấu trúc chương trình trong CCS......................................................................................................24
2.2.2Lập trình cho vi điều khiển...................................................................................................................... 25
a.Chức năng của từng khối:.................................................................................................................25
b.Lưu đồ thuật toán.............................................................................................................................25
c.Sơ đồ quy trình thiết kế.....................................................................................................................27
d. Viết chương trình.............................................................................................................................28
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 1
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
2.3THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN..................................................................................................................................... 32
2.3.1Mô phỏng............................................................................................................................................... 32
2.3.2Thiết kế mạch......................................................................................................................................... 33
2.4 KẾT LUẬN...................................................................................................................................................... 34
CHƯƠNG III: THI CÔNG ĐỀ TÀI................................................................................................................... 35
3.1 CÁC DỤNG CỤ, VẬT LIỆU CẦN THIẾT............................................................................................................. 35
3.1.1 Các dụng cụ thi công.............................................................................................................................. 35
3.1.2 Các vật liệu thi công............................................................................................................................... 36
3.2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH.................................................................................................................................. 38
3.2.1 Thi công.......................................................................................................................................38
3.2.2 Nạp chương trình và khiểm nghiệp hệ thống..............................................................................44
KẾT LUẬN CHUNG........................................................................................................................................... 45
LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ngày nay, việc ứng dụng các
thành tựu khoa học công nghệ vào cuộc sống và sản xuất đã ngày càng trở nên phổ
biến. Nhờ việc ứng dụng công nghệ tự động vào sản xuất, sức lao động của con người
đã được thay thế bởi hệ thống máy móc hiện đại, thông minh. Nhờ đó mà năng suất
lao động tăng lên gấp nghiều lần, vừa tiết kiệm được thời gian, sức lao động của con
người mà vẫn tạo ra được các sản phẩm có chất lượng cao.
Trong các thành phần của hệ thống tự động hóa, hệ thống đo lường luôn có vai
trò rất quan trọng vì nó quyết định rất nhiều đến kết quả của quá trình sản xuất. Với
trình độ khoa học kỹ thuật hiện đại, hệ thống đo không chỉ giúp con người biết được
các giá trị chính xác của đối tượng cần đo để từ đó có những điều chỉnh sao cho
thích hợp nhất với yêu cầu sản xuất mà còn tự động làm được việc này nhờ ứng dụng
các chương trình lập trình, sử dụng vi điều khiển để tự động hóa xử lý, điều khiển.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 2
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
Từ ý tưởng về hệ thống đo lường tự động xử lý dựa trên kết quả đo, chúng em xin
phép giới thiệu đến các thầy, cô và các bạn về một thiết bị tự động và thông minh do
nhóm chúng em thiết kế. Đó là thiết bị đo nhiệt độ, hiển thị, cảnh báo khi nhiệt độ
xuống dưới ngưỡng và tự động điều chỉnh bằng quạt khi nhiệt độ môi trường lên cao
quá mức quy định. Thiết bị ứng dụng cảm biến, vi điều khiển, LCD và các linh kiện
khác.
Với những kiến thức học được từ học phần Các hệ thống đo Cơ- Điện tử cùng sự
hướng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo bộ môn Cơ- Điện tử, đặc biệt là sự định
hướng và chỉ dẫn của cô Lê Thị Thu Thủy, chúng em đã hoàn thành đề tài “Thiết
kế hệ thống đo nhiệt độ phòng”. Trong quá trình thực hiện đồ án này, mặc dù chúng
em đã rất cố gắng nhưng do kiến thức chuyên môn của bản thân còn hạn hẹp và kinh
nghiệm làm sản phẩm thật chưa nhiều nên có thể còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất
mong nhận được sự ủng hộ, góp ý của các thầy, cô giáo để chúng em sẽ làm tốt hơn
trong các đồ án sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn sự góp ý của các thầy cô và các bạn!
Nhóm sinh viên thực hiện đề tài.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 3
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ
1.1.
HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Tổng hợp sơ đồ nguyên lý sản phẩm Cơ điện tử nhằm thể hiện được các mô
đun cấu thành nên sản phẩm, thấy được sự tích hợp và ghép nối giữa các thành
phần này. Có thể biểu diễn sơ đồ này dưới dạng khối như sau:
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 4
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Cơ điện tử
Trong đó ý nghĩa các khối được như sau:
- Phần công tác: là bộ phận phần trực tiếp tạo ra các thao tác công nghệ.
- Đo lường: là modul kết nối đối tượng với bộ điều khiển, nó tạo tín hiệu phản
hồi làm đầu vào cho bộ điều khiển.
- Mô hình hóa: là modul tạo tín hiệu đặt cho bộ điều khiển. Xác định các thông
số động học và động lực học của phần công tác, xác định ra các thông số trạng
thái phục vụ cho việc viết các chương trình điều khiển.
- Bộ điều khiển: lưu trữ chương trình điều khiển, phát tín hiệu trực tiếp tác động
lên khâu chấp hành để điều chỉnh năng lượng cho phần công tác, giúp cho phần
công tác thực hiện đúng quy trình công nghệ mong muốn.
- Cơ cấu chấp hành (CCCH): là modul tạo nguồn động lực cho phần công tác,
nó nhận lệnh điều khiển trực tiếp từ bộ điều khiển.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 5
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
- DSP (Digital Signal Processing): Khối xử lý tín hiệu số.
Qua sơ đồ trên ta có thể thấy, từ Phần công tác (có thể là điện, hệ cơ học, máy
công cụ, tay máy,…) bằng cách xem xét cấu trúc và các mối quan hệ động lực học
nội tại của đối tượng ta thiết lập được phương trình toán mô tả hoạt động của đối
tượng, đó chính là mô đun Mô hình hóa. Từ đó phương trình này ta có thể xác
định được các yếu tố động lực học cần thiết để đối tượng thực hiện được đầu ra
đúng ý đồ công nghệ. Các thông số động lực học này sẽ được lưu trữ trong Bộ
điều khiển dưới dạng tín hiệu đặt phục vụ cho việc hiệu chỉnh hệ thống. Khi đối
tượng hoạt động, tín hiệu ra thường được giám sát bởi các Sensor, đó chính là Mô
đun đo lường được bố trí ở cuối hệ thống để thu thập được thông tin hoạt động
của Phần công tác, tín hiệu thu được thường ở dạng Analog (tương tự) nên cần
phải mã hóa và xử lý trước khi đưa vào Bộ điều khiển (làm việc với tín hiệu
Digital). Quá trình này được thực hiện nhờ mô đun xử lý tín hiệu DSP 1, có quá
trình này có thể gồm chuyển đổi AD (từ tương tự sang số), lọc, điều chế…
Dưới sự tích hợp của các thành phần bao gồm: Máy tính, Mạch điện tử và Vi
xử lý, Bộ điều khiển tiến hành so sánh tín hiệu thu được với tín hiệu đặt và tính
toán để đưa ra hiệu chỉnh khi có sai lệch hoặc có sự thay đổi tín hiệu đặt. Tín hiệu
điều khiển được đưa ra bởi bộ điều khiển ở dạng số (Digital) nên phải qua mô đun
xử lý tín hiệu DSP2 để biến đổi DA đưa về dạng Analog để tác động lên CCCH
(cơ cấu chấp hành) để điều khiển nó cung cấp nguồn động lực giúp phần công tác
hoạt động đúng ý đồ công nghệ mong muốn.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 6
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
Hình 1.2 Mô hình một hệ thống Cơ điện tử trong thực tế.
1.2 VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG ĐO TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ.
Modul đo lường được bố trí ở cuối hệ thống để thu thập được thông tin hoạt
động của Phần công tác, hệ thống đo tạo ra sự kết nối và tương tác giữa phần
công tác và bộ điều khiển, từ hệ thống đo ta có tín hiệu phản hồi để làm đầu vào
khởi tạo bài toán hiệu chỉnh ở bộ điều khiển.
Tín hiệu thu được từ hệ thống đo thường ở dạng Analog nên cần phải mã hóa
và xử lý trước khi đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với tín hiệu số
Digital Signal).
Quá trình này được thực hiện nhờ Bộ DSP 1 (mô đun xử lý tín hiệu), các quá
trình này có thể gồm khuếch đại, chuyển đổi AD, lọc, điều chế, tách sóng.
- Khuếch đại: khi tín hiệu nhỏ thì cần khuếch đại, bản chất quá trình này là
dùng các mạch khuếch đại có thể làm tăng biên độ hoặc tần số của tín hiệu cho
phù hợp.
- Chuyển đổi AD: chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, bản chất quá
trình này là mã hóa thông tin.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 7
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
- Lọc: là quá trình ngăn không cho một số tín hiệu có tần số tạp đi qua, quá
trình này giúp loại bỏ các tín hiệu nhiễu từ bên ngoài tác động vào hệ thống.
- Điều chế: Khi cần truyền dẫn không dây trong trường hợp trung tâm điều
khiển nằm cách xa phần công tác. Bản chất quá trình này là ghép tín hiệu cần xử
lý có biên độ nhỏ vào sóng mang cao tần để có đủ năng lượng truyền đi xa mà
không làm méo dạng tín hiệu.
- Tách sóng: là quá trình thu hồi lại tín hiệu nguyên thủy từ tín hiệu điều chế.
1.3 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.3.1 Đặt bài toán
a. Đề tài:
“Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ phòng ”.
b. Phân tích bài toán :
Yêu cầu bài toán đặt ra là thiết kế một hệ thống có chức năng đo nhiệt độ môi
trường cụ thể ở đây là một hệ thống đo nhiệt độ trong phòng em bé. Thiết bị được
lắp đặt hoàn toàn trong nhà chức năng đo, hiển thị thông tin về nhiệt độ. Nó có khả
năng cảnh báo cho người sử dụng biết những diễn biến bất thường của nhiệt độ
phòng và giúp cho người sử dụng có thể phát hiện kịp thời và đưa ra các cách xử
lý. Theo đó, khi nhiệt độ phòng xuống thấp dưới một mức min đặt trước thì hệ
thống sẽ báo cho người sử dụng bằng âm thanh (chuông) và đèn nháy. Khi nhiệt độ
môi trường lên cao vượt quá một mức max thì hệ thống cũng cảnh báo cho người
sử dụng biết, đồng thời tự động làm mát bằng quạt. Quạt sẽ ngừng làm mát khi
mức nhiệt được đưa về đến mức min. Trong suốt quá trình hệ thống làm việc, thông
tin về nhiệt độ đo được và trạng thái của nó lên màn hình LCD.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 8
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
c. Tóm tắt hướng thực hiện đề tài :
- Sử dụng vi điều khiển PIC16F877A đóng vai trò là vi điều khiển trung tâm,
dùng chương trình CCS để lập trình C và biên dịch.
- Dùng cảm biến đo nhiệt độ LM35 để đo nhiệt độ môi trường bên ngoài.
- Dùng màn hình LCD16×02 để hiện thị giá trị nhiệt độ đo được và lập trình ở
chế độ 4bits (dùng 4 chân vi điều khiển để nhận dữ liệu).
- Khối nguồn cho mạch ta sử dụng mộ đổi nguồn 220V/12V để cấp nguồn 12V
cho vi điều mạch điện.
1.4 KẾT LUẬN:
Qua việc tìm hiểu về hệ thống cơ điện tử, ta thấy rằng đây là một hệ thống hiện
đại và thông minh. Trong hệ thống Cơ- Điện tử, các hệ thống đo cơ điện tử - thành
phần của hệ thống Cơ điện tử đóng vai trò rất quan trọng. Nó quyết định việc hệ
thống cơ điện tử đó có hoạt động bình thường hay không và ảnh hưởng lớn tới độ
chính xác của hệ thống cơ điện tử. Một hệ thống Cơ điện tử có làm việc chính xác
hay không phụ thuộc vào sự giao tiếp của nó với môi trường làm việc và đối tượng
tác động, mà điều này lại phụ thuộc khả năng làm việc của hệ thống đo.
Từ tầm quan trọng của hệ thống đo cơ điện tử, chúng em giới thiệu đến các
thầy cô vào các bạn một hệ thống cơ điện tử. Đó là “Hệ thống đo nhiệt độ
phòng” với tính năng hiện đại và tiện lợi cho người sử dụng.
Qua phân tích bài toán, chúng em xác định được nội dung công việc mà hệ
thống này phải thực hiện và lấy đó làm căn cứ đưa ra sơ đồ khối tổng thể của hệ
thống như sau:
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 9
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
Hình 1.4: Sơ đồ khối tổng thể của mạch hệ thống
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ
2.1 CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN
2.1.1 Vi điều khiển PIG
a. PIC là gì ?
PIC là viết tắt của “ Progamable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là
“Máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên đầu tiên
cho vi điều khiển của họ: PIC1650 được thiết kế để dùng làm các thiết bị ngoại vi
cho vi điều khiển CP1600. Vi điều khiển này được Ngiên cứu phát triển thêm và
từ đó được hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày nay.
b. Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC
- Các dạng ký hiệu của PIC do nhà sản xuất quy định như sau:
• PIC12xxxx: độ dài lệnh 12bit
• PIC16xxxx: độ dài lệnh 14bit
• PIC18xxxx: độ dài lệnh 16bit
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 10
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
• C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM)
• F: PIC có bộ nhớ flash
• LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp
• LV: Ký hiệu cũ của LF
- Bên cạnh đó một số vi điều khiển có ký hiệu dạng xxFxxx là EEPROM, nếu
có thêm chữ A ở cuối là Flash .
Ví dụ: PIC16F877 có EEPROM, còn PIC16F877A là có thêm Flash.
- Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam,
phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng microchip sản xuất.
c. Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp
- Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có
những loại vi điều khiển PIC có số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều
khiển chỉ có số lượng 8 chân, ngoài ra còn có vi điều khiển 28, 40, 44… chân.
- Cần lựa chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp và xóa chương
trình được nhiều lần hơn.
- Tiếp theo là cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều
khiển và các chuẩn giao tiếp bên trong.
- Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép.
Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chon vi điều khiển PIC có thể tìm thấy trong
cuốn sách hướng dẫn chọn PIC “Select PIC guide” do nhà sản xuất microchip
cung cấp.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 11
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
d. Vi điều khiển PIC16F877A
- Căn cứ vào cách chọn vi điều khiển ở mục 2.1.1c, vi điều khiển PIC16F877A
là linh kiện được lựa chọn và ứng dụng trong đề tài này.
Hình 2.1.1a: Vi điều khiển PIC16F877A.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 12
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
Hình 3.1.2: Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A.
d. Một vài thông tin về vi điều khiển PIC16F877A
- Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài
14bits. Mỗi bit điều 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 là
8K×14bits, bộ nhớ dữ liệu 368×8byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung
lượng 256×8byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
- Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng khác:
• Timer 0: Bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
• Timer 1: Bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện các chức
năng điếm dựa vào xung clock ngooaij vi ngay khi vi điều khiển hoạt
động ở chế độ sleep.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 13
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
• Timer 2: Bộ đếm 8bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
• Hai bộ so sánh 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 ở bên ngoài.
- Các đặc tính Analog:
• Tám kênh chuyển đổi ADC 10bits.
• Hai bộ so sánh.
e. 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 1000.000 lần.
• Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thế lưu trữ trên 40 năm.
• Khả năng tự nạp xóa 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.
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 14
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
• Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
2.1.2 Cảm biến đo nhiệt độ LM35
a. Giới thiệu cảm biến nhiệt độ LM35:
LM35 là một loại cảm biến nhiệt độ tương tự (analog). Nhiệt độ được các định
bằng cách đo hiệu điến thế ngõ ra của LM35. Sơ đồ chân của LM35 như sau:
Hình 2.1.2a1: Cảm biến LM35 trong thực tế
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 15
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
Hình 2.1.2a2: Sơ đồ chân của cảm biến LM35
Trong đó:
Chân 1: Chân nguồn +VS là chân nối với nguồn.
Chân 2: VOUT là chân ngõ tín hiệu ra
Chân 3: GND là chân nối đất
Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng
trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực. Vì nó hoạt động khá chính xác với
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 16
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu
điểm của nó. Do đó, chúng em đã lựa chọn cảm biến này để sử dụng trong đồ án
này.
b. Đặc điểm chính của LM35
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V.
+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/ ℃.
+ Độ chính xác cao (ở 25 ℃ chính xác tới 0.5℃ ).
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải.
+ Hiệu năng cao.
Dải nhiệt độ đo được của cảm biến LM35 là từ -55 C đến 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 khoảng nhiệt độ đo từ 0 đến 150℃. Chi tiết hơn, chúng ta có thể
tham khảo thêm trong datasheet của nó.
c. Tính toán nhiệt độ đo được từ cảm biến LM35
- Nguyên tắc tính toán nhiệt độ :
Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách từ
cảm biến nhiệt độ LM35 → ADC → Vi điều khiển
Ta có công thức tính điện áp đầu ra của cảm biến:
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 17
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
U= t.k
Trong đó:
U là iện áp đầu ra
t là nhiệt độ môi trường đo
k là hệ số theo nhiệt độ của LM35: 10mV/ ℃
Giả sử điện áp VS cấp cho LM35 là 5V với bộ ADC 10 bits (khi đó giá trị của
ADC sẽ là từ 0 - 210 ).
⇒ Bước thay đổi của LM35 sẽ là:
n=
5
= 4.8828125 ×10 −3 (V)
10
2
Vì độ phân giải điện áp đầu ra là k=10mV/ ℃ nghĩa là khi môi trường đo thay đổi
1℃ thì điện áp ra của LM35 sẽ thay đổi 10 mV. Giá trị ADC đo được thì điện áp
đầu vào của LM35 là:
t×k
10−2 × t
ADC =
=
= 2.048 × t
n
4.8828125 ×10−3
Vậy nhiệt độ ta đo được là: t =
ADC
(℃)
2.048
Với bộ ADC 11 bits và giá trị VS khác ta cũng tính tương tự như trên để được
công thức lấy nhiệt độ.
- Sai số của cảm biến LM35:
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 18
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
• Tại 0 ℃ thì điện áp của LM35 là 10mV
• Tại 150℃ thì điện áp của LM35 là 1.5V
⇒ Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)
• ADC 11 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 2.44mV
Vậy sai số của hệ thống đo là : Y =
0.00244
= 0.164 %
1.49
⇒ Vậy ta có cách thức giao tiếp với vi xử lý:
Set_adc_channel(0);
Value = (float)read_adc();
Value = value/2.048;
2.1.3 Màn hình LCD
a. Màn hình LCD là gì?
LCD là viết tắt của cụm từ Liquid Crystal Display (Màn hình tinh thể lỏng).
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, LCD 16x2
là loại LCD thông dụng. Thực tế thì có nhiều loại màn hình LCD theo kích cỡ
lớn nhỏ khác nhau. Căn cứ vào các yêu cầu bài toán đặt ra, chúng ta chọn chọn
loại màn hình LCD 16×2 (hiển thị với 2 dòng hiển thị và mỗi dòng là 16 kí tự).
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 19
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
Hình 2.1.3a: Màn hình LCD 16×2 trong thực tế
b. Các thông số của LCD 16×2:
Chi tiết về LCD 16×2, chúng ta có thể xem datasheet của nó tại địa chỉ
/>
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 20
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
2.1.3b: Màn hình LCD 16×2 trong phần mềm mô phỏng Proteus
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 trong bảng dưới đây:
Chân Ký hiệu
Mô tả
Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của
1
Vss
2
VDD
3
VEE
Điều chỉnh độ tương phản của LCD.
4
RS
Chân chọn thanh ghi (Register select). Nối chân RS với logic “0”
mạch điều khiển
Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với
VCC=5V của mạch điều khiển
(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi.
+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở
chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 21
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
“đọc” - read)
+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong
LCD.
Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/W với logic “0”
5
R/W
để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế
độ đọc.
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E.
+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận)
6
E
thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition)
của tín hiệu chân E.
+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện
cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến
khi nào chân E xuống mức thấp.
DB0 - Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có 2
DB7
chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là
7 - 14
bit DB7.
+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit
MSB là DB7
15
-
Nguồn dương cho đèn nền
16
-
GND cho đèn nền
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 22
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
2.1.4 Module nguồn
Dùng để biến đổi nguồn 220V ⇒ 12V, ổn định nguồn 12V cho mạch. Dưới
đây là mạch nguyên lý củfa bộ nguồn:
Chức năng của các chân:
VIN :chân điện áp vào (220V).
VOUT : Chân điện áp ra 12V
Máy biến thế G có chức năng biến đổi nguồn điện lưới 220V sang 12V, các tụ C có
chức năng san phẳng, và ổn định điện áp ra 12V.
2.2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM CCS VÀ LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN
2.2.1
a.
Giới thiệu về CCS
CCS là gì?
CCS là trình biên dịch lập trình trên ngôn ngữ C cho vi điều khiển PIC của
hãng Microchip. Chương trình là sự tích hợp của 3 trình biên dịch riêng biệt cho 3
dòng PIC khác nhau đó là:
- PCB cho dòng PIC 12- bit opcodes
- PCM cho dòng PIC 14- bit opcodes
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 23
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
- PCH cho dòng PIC 16 và 18- bit
Tất cả 3 trình biên dich 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 khác
cho PIC, CCS giúp cho người dùng nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và sử
dụng PIC trong các Project. Các chương trình điều khiển sẽ được thực hiện nhanh
chóng và đặt hiệu quả cao thông qua việc sử dụng ngôn ngữ lập trình cao cấp –
Ngôn ngữ C.
b.
Cấu trúc chương trình trong CCS.
Việc tạo một chương trình chúng ta có thể dùng tác vụ New/Projcet Wizard,
tác vụ này sẽ tạo ra một giao diện đồ họa, cho phép chúng ta lựa chọn loại chip,
tần số thạch anh, cấu hình làm việc các modul chức năng, một cách dễ dàng.
Dưới đây là cấu trúc chung của một chương trình:
// khai báo thư viện
#include<tên thư viện .h>
// khai báo chỉ thị tiền xủ lý và các cấu hình modul chức năng
#INT_XXX // khai báo chương trình ngắt
XXX_ISR()
{
// mã lệnh chương trình con phục vụ ngắt
}
Type chương_trình_con(tham số) // khai báo chương trình con
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 24
Phạm Văn Biên
Lăng Văn Nuôi
MSSV: K125520114053
MSSV: K125520114033
{
// mã lệnh chương trình con
}
Void main() // mã lệnh chương trình chính
{
// mã lệnh chương trình chính
}
2.2.2
Lập trình cho vi điều khiển
a. Chức năng của từng khối:
Từ sơ đồ khối Hình 1.4, ta xác định chức năng của từng khối:
- Khối nguồn: cung cấp điện áp chuẩn 12V cho PIC, cảm biến LM35, màn hình
LCD, chuông báo và quạt hoạt động.
- Khối sensor: Lấy tín hiệu từ cảm biến LM35 và đưa vào vi điều khiển.
- Khối điều khiển: Xử lý các thông tin nhập vào từ khối sensor mã hóa và đưa ra
các lệnh điều khiển tính toán hiển thị lên LCD, chuông báo động và quạt.
- Khối hiển thị: hiển thị nhiệt độ lên LCD.
- Chuông: nhận tín hiệu từ PIC, báo động phát ra âm thanh
- Quạt: Nhận tín hiệu từ PIC, làm mát môi trường đo.
b. Lưu đồ thuật toán
Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử
Trang 25
