Thiết kế và thi công mô hình

Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH

A. THIẾT KẾ & THI CÔNG MÔ HÌNH
Mục đích : Để điều khiển và giám sát thiết bị điện
I. Thiết kế:

- Đèn Huỳnh Quang 1&2 : là loại đèn nhỏ dài khoảng 35cm. Có màu trắng, ánh sáng phát ra
là màu trắng. Điện áp 220VAC,công suất 9W.
- Đèn kiểu: là loại bóng đèn tròn sợi tóc nhỏ (thường gọi là bóng đèn Cà Na). Điện áp
240VAC, công suất 10W.
- Quạt: là loại quạt gần giống như quạt máy tính nhưng dung nguồn xoay chiều điện áp
220VAC-240VAC, tần số 50-60Hz, 0.1A.
- Cảm biến: cảm biến nhiệt độ được sử dụng là loại LM35DZ được cố định lên sàn bằng keo
silicon, và được đảm bảo chống nhiễu khi biến áp,motor quạt và thông gió hoạt động.
- Quạt thông gió: là motor loại nhỏ, có 2 cấp độ hoạt động. Điện áp 220VAC,công suất 25W.
- Bình nước nóng lạnh: trong mô hình Bình nóng lạnh được thể hiện bằng bóng đèn loại nhỏ
công suất 10W/240VAC.
- Đèn hành lang: là loại đèn 7 màu, dùng điện áp 1 chiều 12VDC,10mA.
- Mạch điều khiển: được gán dưới mô hình là nơi nhận lệnh từ máy tính và xuất ra tín hiệu
điều khiển các thiết bị điện.

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 71


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH

II.Thi công :
Hình mặt trên và dưới của mô hình.

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 72


Đồ Án Tốt Nghiệp

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

GVHD: PHAN DUY ANH

Trang 73


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH

B. THIẾT KẾ GIAO DIỆN PHẦN MỀM:
I.Giao Diện

Các Group điều khiển thiết bị:


Group điều khiển đèn Huỳnh Quang 1:

Có các nút nhấn cho phép chúng ta tắt mở thiết bị. Ngoài ra còn có nhãn trạng thái cho phép
ta biết được thiết bị đang ở trạng thái tắt hay mở.



Group Điều Khiển: cho phép chúng ta tắt và mở tất cả các thiết bị điện.



Tương tự ta có các Group điều khiển khác như: đèn Huỳnh Quang 2, đèn Kiểu, đèn
Hành Lang, Bình Nước Nóng Lạnh, Quạt, Thông Gió.

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 74


Đồ Án Tốt Nghiệp


GVHD: PHAN DUY ANH

Group Thông Gió được điều khiển thông qua cảm biến nhiệt độ và tác động của người
sử dụng.

Khi được người sử dụng cho phép hoạt động (nút “Mở” được nhấn) thì Quạt Thông Gió
sẽ hoạt động ở cấp độ 1, khi nhiệt độ trong phòng quá 35 độ C thì Quạt Thông Gió sẽ
chạy ở cấp độ 2. Hay ngắt hoạt động (nhấn nút “Tắt”) khi không muốn sử dụng.

Group Nhiệt Độ:

Có nhiệm vụ hiển thị giá trị nhiệt độ với thời gian thực cho phép người điều khiển
giám sát được nhiệt độ trong phòng làm việc để có biện pháp xử lí kịp thời khi hệ thống tự
động xảy ra sự cố ngoài ý muốn.
Ở Group Nhiệt Độ, hình nền sẽ hiển thị màu xanh lá cây là báo hiệu nhiệt độ dưới 35
độ C, từ 35 độ trở lên thì hình nền sẽ hiển thị màu đỏ.

Group Kết Nối Cổng COM:


Khi chưa kết nối (chưa nhấn nút “Mở
COM”) hay nhấn nút “Đóng COM” thì
Group Kết Nối Cổng COM sẽ hiển thị:



Khi cổng COM được kết nối (đã nhấn
nút “Mở COM”) thì Group Kết Nối
Cổng COM sẽ hiển thị:

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 75


Đồ Án Tốt Nghiệp



GVHD: PHAN DUY ANH

Lỗi khi không kết nối được cổng COM:

Lỗi này xảy ra khi cổng COM đã được sử dụng
bởi một chương trình (hay phần mềm) nào đó.
Chúng ta chỉ cần đóng chương trình đó lại và
nhấn nút “Mở COM” là có thể mở được cổng
COM và sử dụng chương trình.

Group Hướng Dẫn:



Nút Giúp Đỡ hướng dẫn cách sử dụng chương trình.

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 76


Đồ Án Tốt Nghiệp



GVHD: PHAN DUY ANH

Nút Thông Tin cho biết thông tin về chương trình mà mình sử dụng .

Ngoài ra còn một số biểu hiện lỗi sau:


Ở nhãn trạng thái không hiển thị được trạng thái của thiết bị.

Lí do của lỗi này là quên gắn thiết bị vào modun điều khiển. Hay
chưa gắn cổng kết nối vào cổng COM của máy tính.
II.GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH



PHƯƠNG THỨC KẾT NỐI :

(1) PC gữi đến PIC byte có giá trị là “17” để yêu cầu mở cổng COM và kết nối với PIC
(kiểm tra trạng thái các thiết bị ).

(2) PIC gửi chuỗi dữ liệu của nó đến PC với các chuỗi sau : A, B, C, D, E, F, G. Tuỳ vào
từng trạng thái cụ thể mà là chuỗi A1 hay A0, B1 hay B0, …G1 hay G0.
PC nhận chuỗi này và hiển thị ra màn hình theo đúng các chuỗi mà PIC gữi lên.

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 77


Đồ Án Tốt Nghiệp



GVHD: PHAN DUY ANH

PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU :

(1) PC gữi đến PIC byte mã có giá trị là “1”. Khi PIC nhận được mã này thì sẽ tìm đến mã
tương ứng có sẵn trong chương trình để xử lí và sau khi PIC thực thi xong lệnh đưa
xuống thì nó sẽ trả lại chuỗi dữ liệu A1 cho PC. PC sẽ nhận và xử lí chuỗi dữ liệu này,
cuối cùng xuất ra màn hình thông báo cho người sử dụng biết được trạng thái của thiết
bị.

(2) Tương tự với các mã khác cũng truyền và nhận dữ liệu như mã “1”.



PHƯƠNG THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU NHIỆT ĐỘ:

PIC sẽ gửi thông số nhiệt độ liên tục lên PC từ khi nhấn nút “Mở COM”. PIC sẽ so sánh
giá trị nhiệt độ đo được với giá trị nhiệt độ đặt trước, nếu vượt quá ngưỡng thì PIC sẽ xuất
mức cao ở chân B6 chuyển chế độ hoạt động của Quạt Thông Gió lên cấp độ 2 và PC sẽ xuất
ra màn hình hiển thị báo cho người sử dụng biết (ở ô Nhiệt Độ hình nền sẽ chuyển từ màu
Xanh sang màu Đỏ).
SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 78


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH

C.THIẾT KẾ MẠCH:
I.Khối đo nhiệt độ :
LM35DZ là IC cảm biến nhiệt độ có độ biến thiên theo nhiệt độ
10 mV / oC.



Điện áp nguồn -0.6 V đến 35 V.



Tầm đo từ 0 -100 oC.



Dòng làm việc 0.4 mA đến 5 mA.



Áp ra -1 V đến +6 V

- Bộ ADC 10 Bit của Vi điều khiển sẽ so sánh điện áp đó với Vref = 5 V và sẽ cho ra tương
ứng mỗi

5
= 4.88 mV = 1 đơn vị ADC. Suy ra 10mV/ oC =2 đơn vị ADC. Vậy nhiệt độ
1024

tăng lên 1 oC thì ADC cho ra giá trị tăng lên = 2 đơn vị
- Với tầm đo 0 - 100 oC giá trị ADC sẽ biến thiên 0 – 200 đơn vị trong thang đo 0- 1024 của
ADC 10 bit.

II.Khối giao tiếp RS232 :

Khi ghép cổng COM máy tính với vi điều khiển hay mạch TTL cần phải có mạch
chuyển mức TTL sang 232 và ngược lại . Các vi mạch thường dùng là MC1488, MC1489,
MAX232, DS275…Loại MAX232 là thông dụng hơn cả vì chỉ cần nguồn 5v, các nguồn
+10VAC và –10VAC do mạch giao động 16Khz bên trong cung cấp .

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 79


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH
P1

PIC_16F877A

U1
MAX232
TxD_PIC

TX-PIC 11

26

RxD_PIC

RX-PIC 12
16
1

4
C1
9
10uF 10
5
3
2

Nguoàn 5V
1

C2
C3

2

10uF
10uF

T1OUT

R1OUT
VCC
C1+
C2+
R2OUT
T2IN
C2C1V+

R1IN

GND
R2IN
T2OUT

6

0

T1IN

14

RX-PC

13

TX-PC

15
8

Công COM
7

V-

25

1

6
2
7
3
8
4
9
5

C4
1uF

0

III. Khối nguồn:
III.1. Khối nguồn 32V :
32V
Bien Ap
+12V

D1

D2

D3

D4

J1
2

-12V
1
220VAC

R10
2.2k

0
F1

D5
FUSE

C1
2200u

C2

LED

1u

0

0

0

Các diode D1, D2, D3, D4 có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp xoay chiều sang một
chiều. Điện áp ra sau khi đi qua cầu diode được tính gần đúng theo công thức tính điện áp

ngưỡng đặt lên cầu diode: Vout  VIM  2VIM  2 * 24  32V

.

Các tụ C1,C2 làm nhiệm vụ lọc phẳng điện áp ngõ ra. R10 hạn dòng cho led D5.

III.2. Khối nguồn 5-12V :

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 80


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH

1

LM7805

VIN

GND

IC1

VOUT

+5V

3
C3

2

C7
104

33Ou

32V

0

0

LM7812

VIN

GND

IC2
1

0

VOUT

+12V

3
C5

2

C8
104

330u

0

0

0

Nguồn 32V cung cấp cho 2 IC ổn áp LM7805 và LM7812 , tạo ra nguồn nuôi 5V cho
vi điều khiển và 12V dùng cho đèn Hành Lang.
Tụ C3,C5 dùng để bù áp. Tụ C7, C8 để khử nhiễu.

IV. Khối thiết bị:
L
L

N

32V

N

32V

32V

220VAC

220VAC

D3
4007

D2
4007

CAP 1

2

THIET BI DIEN

D3
4007

CAP 2

1
MOTOR AC
PIN_B6

PIN

.. PIN.....THIET BI DIEN
PIN_B0: DEN KIEU
PIN_B1: QUAT
PIN_B2: DEN HUYNH QUANG 1
PIN_B3: BINH NUOC NONG LANH
PIN_B4: DEN HANH LANG
PIN_B5: DEN HUYNH QUANG 2

R
330

0

PIN_B7
R
330

R
330

ISO2

ISO2

ISO2

817

817

817

0

0

0

0

0

Các PIN_B0, B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 là các chân của vi xử lí ( Port B ). Khi các
chân của Port B có tín hiệu thì sẽ kích các Opto hoạt động làm cuộn dây có điện dẫn đến các
tiếp điểm thường hở đóng lại, đồng thời các tiếp điểm thường đóng hở ra. Ứng dụng tính năng
này để gắn các thiết bị phù hợp tuỳ theo mục đích của người sử dụng.
SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 81


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH

V. Khối điều khiển:
+5V

R1
4.7k

SW1

RESET

PVN1
1

0

2
3
4
5
6
7

PIN_2 LM35DZ
+5V

15
16
17
18
23
24
25
26

MAX232
TxD_PIC

RxD_PIC

11
12
C1
33pF

13

MCLR*/VPP
RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS*/C2OUT
RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT

RE0/RD*/AN5
RE1/WR*/AN6
RE2/CS*/AN7

12Mhz

14
12
31

0

RD0/PSP0
RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7

OSC1/CLKIN

Y1
C2
33pF

RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD

33
34
35
36
37
38
39
40

PIN_B0
PIN_B1
PIN_B2
PIN_B3
PIN_B4
PIN_B5
PIN_B6
PIN_B7

19
20
21
22
27
28
29
30
8
9
10

OSC2/CLKOUT
VSS
VSS

0

VDD
VDD

11
32

+5V

PIC16F877A

- Trong mạch dùng thạch anh 12MHz tạo xung dao động. Tuy nhiên các xung dao
động do thạch anh tạo ra cũng không thực sự ổn định một cách tuyệt đối, và cách khắc phục là
gắn thêm các tụ lọc vào thạch anh. Theo datasheet PIC16F87xA do Microchip cung cấp ra.
Trang 145, hình 4.1 hướng dẫn cách gắn các tụ C1, C2 vào thạch anh, và trang 146, bảng 14-2
hướng dẫn cách chọn giá trị cho tụ.



Cách chọn tụ lọc cho thạch anh:

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 82

Đồ Án Tốt Nghiệp



GVHD: PHAN DUY ANH

Cách gắn tụ

Với thạch anh 12 MHz (nằm trong khoảng 8-20MHz) nên tụ C1 và C2 sẽ có giá trị
15pF- 33pF. Do chất lượng thạch anh tại thị trường Việt Nam không thực sự tốt, cho nên để
tăng sự ổn định, ta sẽ dùng tụ 33 pF.

- Nguồn cung cấp cho PIC: chúng ta phải cung cấp đủ nguồn cho PIC hoạt động với 2
chân nguồn VDD (pin 11,32) và 2 chân mass VSS (pin 12,31).

- 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. 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
(ở trong mạch R1 được chọn bằng 4,7k). Khi ấn công tắc, chân MCLR được nối với GND nên
mang mức logic 0, khi đó vi điều khiển sẽ được reset.

Sơ đồ khối :

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 83

0

LM35DZ

+5V

C2
33pF

C1
33pF

0

0

10uF

C3

Y1

+5V

VSS
VSS

R2OUT

T2IN
C2C1V+

R1OUT
VCC
C1+
C2+

0

1uF

C4

T2OUT

GND
R2IN

R1IN

T1OUT

MAX232

T1IN

U1

RD0/PSP0

RD1/PSP1
RD2/PSP2
RD3/PSP3
RD4/PSP4
RD5/PSP5
RD6/PSP6
RD7/PSP7

RB0/INT
RB1
RB2
RB3/PGM
RB4
RB5
RB6/PGC
RB7/PGD

TX-PC

13

7

15
8

RX-PC

14

VDD
VDD

RE0/RD*/AN5
RE1/WR*/AN6
RE2/CS*/AN7

PIC16F877A

OSC2/CLKOUT

OSC1/CLKIN

RC0/T1OSO/T1CKI
RC1/T1OSI/CCP2
RC2/CCP1
RC3/SCK/SCL
RC4/SDI/SDA
RC5/SDO
RC6/TX/CK
RC7/RX/DT

RA0/AN0
RA1/AN1
RA2/AN2/VREF-/CVREF
RA3/AN3/VREF+
RA4/T0CKI/C1OUT
RA5/AN4/SS*/C2OUT

MCLR*/VPP

PVN1

TX-PIC 11

12
31

14

13

15
16
17
18
23
24
25
26

2
3
4
5
6
7

1

R1
4.7k

RX-PIC 12
16
1
4
C2
C1
9
10uF 10uF 10
5
3
2

0

12Mhz

RESET

SW1

+5V

V-

6

11

32

8
9
10

19
20
21
22
27
28
29
30

33
34
35
36
37
38
39
40

P1

Công COM

1
6

2
7
3
8
4
9
5

+5V

PIN

THIET BI DIEN
1

2

1

2

220VAC

J1

FUSE

F1

Bien Ap

-12V

+12V

0
D3

D1

.. PIN.....THIET BI DIEN
PIN_B0: DEN KIEU
PIN_B1: QUAT
PIN_B2: DEN HUYNH QUANG 1
PIN_B3: BINH NUOC NONG LANH
PIN_B4: DEN HANH LANG
PIN_B5: DEN HUYNH QUANG 2

PIN_B0
PIN_B1
PIN_B2
PIN_B3
PIN_B4
PIN_B5
PIN_B6
PIN_B7

220VAC

L

D4

0

817

0

0

1u

C2

PIN_B6

0

LED

D5

R10
2.2k

CAP 2

CAP 1

220VAC

MOTOR AC

D2
4007

C1

32V

ISO2

2200u

32V

D2

R
330

0

N

L

1

1

VIN

IC2

VIN

IC1

0

R
330

0

VOUT

LM7812

0

VOUT

3

0

330u

C5

0

33Ou

C3
C7
104

0

C8
104

+12V

0

+5V

0

0

0

817

817

R
330

32V

ISO2

3

D3
4007

N

ISO2

PIN_B7

LM7805

32V

GND
2
GND

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa
2

D3
4007

Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PHAN DUY ANH

Sơ đồ nguyên lý :

Trang 84


Đồ Án Tốt Nghiệp

GVHD: PHAN DUY ANH

Sơ đồ mạch in :

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa

Trang 85


Sai

Mã 17 :
kết nối

Đúng

Chờ nhận lệnh kết
nối từ PC đưa
xuống

Bắt đầu

SVTH : Lê Cao Thượng – Trần Thành Nghĩa
Tắt thiết bị
2: B0 _( Đèn kiểu)
4: B1 _(Quạt)
6: B2 _( Hq 1)
8: B3 _(Nóng lạnh)
10: B4 _( H.Lang)
12: B5 _(Hq2)
16: B7 _( Thông gió)

Sai

Mã lẽ : 1, 3, 5,
7, 9, 11, 15

Chờ nhận lệnh tiếp
theo

Hiển thị trạng thái
thiết bị

Cập nhật nhiệt độ

Bật thiết bị

1: B0 _( Đèn kiểu)
3: B1 _(Quạt)
Đúng 5: B2 _( Hq 1)
7: B3 _(Nóng lạnh)
9: B4 _( H.Lang)
11: B5 _(Hq2)
15: B7 _( Thông gió)

Sai

Giá trị nhiệt độ
>35

Đúng

Bật quạt thông gió
chạy ở cấp độ 1
PIN-B6(mã 14)

Bật quạt thông gió
chạy ở cấp độ 2
PIN-B6(mã 13)

Đồ Án Tốt Nghiệp
GVHD: PHAN DUY ANH

LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH :

`

Trang 86