ĐO và điều KHIỂN tối ưu NHIỆT độ PHÒNG dùng PIC (có code và sơ đồ mạch)

ĐỒ ÁN 1

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU
NHIỆT ĐỘ PHÒNG


MỤC LỤC


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PWM

Pulse With Modulation

ADC

Analog to Digital Conventer

LCD

Liquid Crystal Display

IC

Intergrated Circuit

ĐỒ ÁN 1
Trang 5/33

CHƯƠNG 1.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU VÀ LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Con người ngày càng bận rộn với công việc và cuộc sống nên việc đưa các ứng
dụng mang tính tự động hóa cao sẽ giúp con người tiết kiệm được khá nhiều thời
gian, đồng thời giảm phần nào áp lực. Chính vì thế nhiều ứng dụng hệ thông minh
ra đời như hệ thống giao thông thông minh, nhà thông minh, hệ thống phun, tưới
nước tự động...
Đề tài thiết kế hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ phòng chỉ là một mảng nhỏ
trong hệ thống nhà thông minh, giúp cho con người có thể biết được nhiệt độ hiện
tại và tận hưởng cuộc sống tốt hơn, dành thời gian để làm các công việc khác.
1.2 Nội dung của đề tài
1.1.1 Chức năng
Mạch gồm có 2 chức năng chính:
•

Chức năng của khối hiển thị LCD

Hiển thị nhiệt độ của môi trường lên LCD để chúng ta có thể biết chính xác nhiệt
độ môi trường ở thời điểm hiện tại.
•

Chức năng của khối động cơ (quạt)

Khi nhiệt độ vượt ngưỡng được cài đặt trước thì quạt sẽ tự động chạy để làm mát
không gian.
1.1.2 Yêu cầu
Cảm biến LM35 đo nhiệt độ môi trường thông qua sự thay đổi điện áp, tín hiệu
được đưa vào hệ thống vi xử lí, thông qua lập trình sẽ:
- Hiển thị nhiệt độ thực môi trường lên LCD.
- Điều khiển động cơ quay theo các mức nhiệt độ bằng phương pháp điều xung
PWM.
ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 6/33

1.3 Phương pháp thực hiện
- Tìm hiểu kiến thức về cách đo nhiệt độ của LM35, phương pháp điều xung PWM,
giao tiếp giữa vi điều khiển PIC với LCD, với động cơ DC.
- Sử dụng PIC 16F877A, cảm biến nhiệt độ LM35, Động cơ 1 chiều DC 5V, màn
hình LCD 16x2.
- Viết code để thực hiện giao tiếp bằng CCS nạp cho PIC.
- Mạch được tiến hành thi công có mô hình thực tế cụ thể.

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/33

CHƯƠNG 2.

MẠCH VÀ CÁC LINH KIỆN CƠ BẢN

1.4 Sơ đồ mạch thiết kế mô phỏng

Hình 2- 1:Sơ đồ mạch mô phỏng

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/33

1.5 Các linh kiện cơ bản
1.1.3 Vi điều khiển PIC 16F877A

Hình 2- 2: Cấu tạo và sơ đồ chân của PIC 16F877A

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16xxxx 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 20MHz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ flash chương trình là
8192 words và bộ nhớ dữ liệu là 368 bytes SRAM + 256 bytes EEPROM. Số PORT
I/O là 5 với 33 pin I/O.
1.1.1.1 Các đặc tính ngoại vi
- Timer0: bộ nhớ 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
- Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số có thể thực hiện các chức năng 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 (Synchronuos Serial Port), ISP và I2C.

- Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 9/33

- Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD,
WS, CS bên ngoài.
1.1.1.2 Các đặc tính analog
- 14 kênh chuyển đổi analog.
- 2 bộ so sánh.
Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
- Bộ nhớ flash có khả năng ghi xóa được 100 000 lần.
- Bộ nhớ EEPROM có khả năng xóa được 1000 000 000 lần.
- Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm.
- Khả năng tự nạp chương trình vói sự điều khiển của phần mềm.
- Nạp được chương trình ngay trên mạch ICSP (In Circuit Serial Programming)
thông qua chân 2.
- 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.
•

1.1.1.3 Các cổng ra vào của PIC 16F877A
PORT A: có 6 bit (tương ứng với 6 chân RA0 –RA5) các chân của cổng A có
tích hợp một số chức năng ngoại vi, nếu một thiết bị ngoại vi được enable thì
cổng này sẽ không hoạt động như một cổng vào ra. Bình thường port A sẽ là

một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi xác định chiều tương ứng của các chân
Port A là thanh ghi TrisA. Các bit ở thanh ghi Tris A bằng 1 thì sẽ xác định
các chân ở Port A là đầu vào và ngược lại bằng 0 thì sẽ là đầu ra.

•

PORT B: Rộng 8 bit (tương ứng với RB0 - RB7) là một cổng vào ra 2 chiều.
Thanh ghi qui định chiều của Port B là thanh ghi TrisB. Thiết lập các thanh
ghi trisB bằng 1 sẽ làm cho cổng B là cổng vào và ngược lại sẽ là cổng ra.

•

PORT C : rộng 8 bit (tương ứng với các chân RC0 – RC7), bình thường nó là
một cổng vào ra 2 chiều. Thanh ghi qui định chiều của cổng này là thanh ghi

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/33

trisC. Các chân RC3, RC4 dùng để kết nối, truyền nhận thông tin giữa các
thiết bị ngoại vi.
•

PORT D rộng 8 bit (RD0- RD7), nó có thể là cổng vào hoặc ra.

•

PORT E Rộng 3 bit (RE0 – RE2), được cấu tạo là đầu ra hoặc đầu vào. Port

E có thể là đầu vào điều khiển I/O khi bit PSPSTATUS (TRISE.4) được xác
lập.

1.1.1.4 Chức năng của các chân
- Chân 11,32: Các chân nối nguồn VDD (VCC)
- Chân 12,31: Các chân nối đất VSS (GND)
- Chân số 1: VPP
+ MCLR: Hoạt động reset ở mức thấp
+ VPP: ngõ vào áp lập trình
- Chân số 2: RA0/AN0
+ RA0: Xuất/nhập số
+ AN0: Ngõ vào tương tự
- Chân số 3: RA1/AN1
+ RA1: Xuất/nhập số
+ AN1: Ngõ vào tương tự
- Chân số 4: RA2/AN2/VREF-/CVREF
+ RA2: Xuất/nhập số
+ AN2: Ngõ vào tương tự
+ VREF-: Ngõ vào điện áp chuẩn thấp của bộ A/D
ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 11/33

- Chân số 5: RA3/AN3/VREF+/CVREF
+ RA3: Xuất/nhập số
+ AN3: Ngõ vào tương tự
+ VREF+: Ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D
- Chân số 6: RA4/TOCKI/C1 OUT

+ RA4: Xuất/nhập số
+ TOCKI: Ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer0
+ C1 OUT: Ngõ ra bộ so sánh 1
- Chân số 7: RA5/AN4/SS/C2 OUT
+ RA5: Xuất/nhập số
+ AN5: Ngõ vào tương tự 4
+ SS: Ngõ vào lựa chọn SPI phụ
+ C2 OUT: Ngõ ra bộ so sánh 2
- Chân số 8: RE0/RD/AN5
+ RE0: Xuất/nhập số
+ RD: Điều khiển việc đọc port nhánh song song
+ AN5: Ngõ vào tương tự
- Chân số 9: RE1/WR/AN6
+ RE1: Xuất/nhập số
+ RD: Điều khiển việc ghi port nhánh song song
+ AN6: Ngõ vào tương tự
ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 12/33

- Chân số 10: RE2/CS/AN7
+ RE2: Xuất/nhập số
+ CS: Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song
+ AN7: Ngõ vào tương tự
- Chân số 13: OSC1/CLKIN
+ OSC1: Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài, ngõ vào Schmit
trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC, một cách khác của CMOS.
+ CLKIN: Ngõ vào nguồn xung bên ngoài, luôn được kết hợp với chức năng OSC1

- Chân số 14: OSC2/CLKO
+ OSC2: Ngõ ra dao động thạch anh. Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng hưởng.
+ CLKO: Ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần số của OSC1 và chỉ ra tốc độ
của chu kì lệnh.
- Chân số 15: RC0/T1OCO/T1CKI
+ RC0 Xuất/nhập số
+ T1OCO: Ngõ vào bộ dao động timer1
+ T1CKI: Ngõ vào xung clock bên ngoài timer1
- Chân số 16: RC1/T1OSI/CCP2
+ RC1: Xuất/nhập số
+ T1OSI: Ngõ vào bộ dao động timer1
+ CCP2: Ngõ vào Capture2, ngõ ra PWM2
- Chân số 17: RC2/CCP1
+ RC2: Xuất/Nhập số
+ CCP1: Ngõ vào Capture1, ngõ ra compare1, ngõ ra PWM1
- Chân số 18: RC3/SCK/SCL
+ RC3: Xuất/nhập số
+ SCK: Ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngõ ra của chế độ SPI
+ SCL: Ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ngõ ra của chế độ I2C
- Chân số 19, 20, 21, 22: RD/SPS
+ RD0, 1, 2, 3: Xuất/nhập số

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 13/33

+ SPS0, 1, 2, 3: Dữ liệu port nhánh song song
- Chân số 23: RC4/SDI/SDA

+ RC4: Xuất/nhập số
+ SDI: Dữ liệu vào SPI
+ SDA: Xuất/nhập dữ liệu vào I2C
- Chân số 24: RC5/SDO
+ RC5: Xuất/nhập số
+ SDO: Dữ liệu ra SPI
- Chân số 26: RC6/TX/CK
+ RC6: Xuất/nhập số
+ TX: Truyền bất đồng bộ USART
+ CK: Xung đồng bộ USART
- Chân số 27: RC7/RX/DT
+ RC7: Xuất/nhập số
+ RX: Nhận bất đồng bộ USART
+ DT: Dữ liệu đồng bộ USART
- Chân số 27, 28, 29, 30: RD/PSP
+ RD4, 5, 6, 7: Xuất/nhập số
+ PSP4, 5, 6, 7: Dữ liệu port nhánh song song
- Chân số 33: RB0/INT
+ RB0: Xuất/nhập số
+ INT: Ngắt ngoài
- Chân số 34, 35: RB
+ RB1, 2: Xuất/nhập số
- Chân số 36: RB3/PGM
+ RB3: Xuất/nhập số
+ PGM: Cho phép lập trình điện áp thấp ICPS
- Chân số 37, 38: RB
+ RB4, 5: Xuất/nhập số/ngắt port B

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG

ĐỒ ÁN 1
Trang 14/33

- Chân số 39: RB6/PGC
+ RB6: Xuất/nhập số/ngắt port B
+ PGC: Mạch vi sai cho lập trình ICSP
- Chân số 40: RB7/PGD
+ RB7: Xuất/nhập số/ngắt port B
+ PGD: Xung clock cho lập trình ICSP
1.1.4 Cảm biến LM35

Hình 2- 3: Cấu tạo và vị trí chân LM35

1.1.1.5 Sơ đồ chân
Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35. Sơ đồ chân
của LM35 như sau:
+ Chân 1: Chân nguồn VCC
+ Chân 2: Đầu ra điện áp Vout
+ Chân 3: Chân nối đất GND
•

1.1.1.6 Thông số và cách thức hoạt động
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

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG

ĐỒ ÁN 1
Trang 15/33

- Độ chính xác cao ở 25oC là 0.5C
- Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
•

Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 oC-150oC với các mức điện áp ra
khác nhau. Xét một số mức điện áp sau:

- Nhiệt độ -55oC điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25oC điện áp đầu ra 250mV
- Nhiệt độ 150oC điện áp đầu ra 1500mV
1.1.1.7 Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35
Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường được chúng ta tính như sau:
- U=t*k
+ U: Điện áp đầu ra của LM35
+ t: nhiệt độ của môi trường
+ k: hệ số thay đổi theo nhiệt độ của LM35 (k=10mV/oC)
Điện áp cấp cho LM35 là 5V, ADC: 10 bit
Độ phân giải ADC: 5/1024
Giá trị ADC đo được từ điện áp đầu ra của LM35 là:
ADC=(t*k)/(5/1024)=t*2.048
Vậy giá trị nhiệt độ đo được là: t=ADC/2.048
1.1.5 Màn hình hiển thị LCD

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG

ĐỒ ÁN 1
Trang 16/33

Hình 2- 4: Cấu tạo và sơ đồ chân của LCD

1.1.1.8 Giới thiệu chung về LCD
Thiết bị LCD được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng của Vi Điều Khiển.
LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác. Nó có khả năng hiển thị kí
tự đa dạng, trực quan (chữ, số, kí tự, đồ họa) và dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng
theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau. Tốn ít tài nguyên hệ thống và giá thành
rẻ…

Chân số
1
2
3
4

1.1.1.9
Kí hiệu
Vss
Vdd
Vee
RS

Sơ đồ chân và cấu tạo
Mức logic
I/O
0/1
I

Chức năng
Nguồn cung cấp (GND)
Nguồn cung cấp (+5V)
Điện áp điều chỉnh độ tương phản
Lựa chọn thanh ghi
0: thanh ghi lệnh

5

R/W

0/1

I

1: thanh ghi dữ liệu
0: ghi từ LCD module
1: Đọc từ LCD module

6

EN

1,10

I/O

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG

Tín hiệu cho phép


ĐỒ ÁN 1
Trang 17/33

7

DB0

0/1

I/O

Data Bus Line 0(LSB)

8

DB1

0/1

I/O

Data Bus Line 1

9

DB2

0/1

I/O

Data Bus Line 2

10

DB3

0/1

I/O

Data Bus Line 3

11

DB4

0/1

I/O

Data Bus Line 4

12

DB5

0/1

I/O

Data Bus Line 5

13

DB6

0/1

I/O

Data Bus Line6

14

DB7

0/1

I/O

Data Bus Line 7(MSB)

15

Vcc

-

-

Nguồn cung cấp

16

GND

-

-

Mass

Bảng 2- 1: Chức năng các chân của LCD

1.1.6 Động cơ một chiều DC

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 18/33

Hình 2- 5: Hình dạng động cơ một chiều DC

1.1.1.10 Khái niệm động cơ một chiều DC
Động cơ một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang

năng lượng cơ. Máy điện chuyển đổi năng lượng cơ sang năng lượng điện là máy
phát điện.
Động cơ điện một chiều gồm loại có chổi than (DC) và loại không có chổi than
(BLDC). BLDC thực chất là động cơ điện 3 pha không đồng bộ.
1.1.1.11 Phân loại
- Động cơ điện một chiều phân loại theo cách kích từ gồm những loại sau:
+ Kích từ độc lập
+ Kích từ song song
+ Kích từ nối tiếp
+ Kích từ hỗn hợp
- Với mỗi loại động cơ điện một chiều như trên thì có các ứng dụng khác nhau.
1.1.1.12 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động
- Cấu tạo gồm có 3 thành phần chính là stator (phần cảm), rotor (phần ứng), phần
chỉnh lưu (chổi than, cổ góp).
+ Stator: Gồm 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cữu, nam châm điện.
+ Rotor: Gồm các cuộn dây quấn và được nối với nguồn 1 chiều.
+ Bộ phận chỉnh lưu có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay
của rotor là liên tục. Bộ phận này gồm bộ cổ góp và bộ chổi than tiếp xúc với cổ
góp. 
- Nguyên lí hoạt động

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 19/33

Hình 2- 6: Nguyên tắc hoạt động của động cơ DC

1.1.7 Các loại linh kiện khác

1.1.1.13 Thạch anh 12MHz

Hình 2- 7: Hình dạng thạch anh 12Mhz

Chức năng: Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định(12Mhz) cho dao
động của PIC 16F877A. Thạch anh sẽ được gắn vào chân OSC1 và OSC2 (Chân 13
và 14) của 16F877A.
1.1.1.14 Tụ hóa 1000uF, 10uF, 100nF, 33pF

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 20/33

Hình 2- 8: Hình dạng tụ điện

Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi 2 bề mặt dẫn điện được
ngăn cách bởi điện môi. Khi có chệnh lệch điện thế tại 2 bề mặt, tại các bề mặt sẽ
xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
1.1.1.15 Điện trở 1K và 10K

Hình 2- 9: Hình dạng điện trở

Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng và điện áp. Điện trở
được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử.
1.1.1.16 Biến trở VR

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG

ĐỒ ÁN 1
Trang 21/33

Hình 2- 10: Hình dạng biến trở VR

Là điện trở có thể chỉnh để thay đổi giá trị, có kí hiệu là VR.
1.1.1.17 Transitor C1815

Hình 2- 11: Transitor C1815

Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuếch đại, Transitor là phần tử
khuếch đại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng Bazo(dòng điều khiển). Trong đó
β là hệ số khuếch đại dòng điện.
+ Ic=β*Ib

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 22/33

CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

1.6 Tìm hiểu các kiến thức cơ bản
1.1.8 Tổng quan về đo nhiệt độ
1.1.1.18 Khái niệm về nhiệt độ
Nhiệt độ là một đại lượng đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên

tử, phân tử của một hệ vật chất. Tùy theo từng trạng thái của vật chất (rắn, lỏng,
khí) mà chuyển động này có khác nhau. Ở trạng thái lỏng, các phân tử dao động
quanh vị trí cân bằng nhưng vị trí cân bằng của nó luôn dịch chuyển làm cho chất
lỏng không có hình dạng nhất định. Khi ở trạng thái rắn, các phần tử, nguyên tử chỉ
dao động xung quanh vị trí cân bằng. Các dạng vận động này của các phân tử,
nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi tương tác với bên ngoài có
trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá trình trao đổi năng lượng nói
trên gọi là sự truyền nhiệt.
1.1.1.19 Đo nhiệt độ bằng cảm biến LM35
Nhiệt độ là một đại lượng vật lí vô hướng do đó để đo đạc và tính toán giá trị
của nó ta phải dùng các bộ cảm biến. Mạch đo nhiệt độ dùng các loại bộ cảm biến
LM35. Các bộ cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp chính xác cao
mà điện áp đầu ra của nó tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang Celcius.
Bộ cảm biến LM35 cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được
cân chỉnh. Chúng đưa ra điện áp 10mV cho mỗi sự thay đổi 1 độ C.
Như vậy chỉ cần 1 bộ cảm biến LM35 ta có thể tính được giá trị nhiệt độ tại thời
điểm xác định dựa vào điện áp đầu ra LM35. Như đã nói ở trên, ứng với mỗi thay
đổi 1oC thì giá trị đầu ra sẽ tăng thêm 10mV. Do đó qua một bộ chuyển đổi tín hiệu
tương tự (điện áp) sang tín hiệu số (bit) để hiển thị kết quả đo đạc và tính toán, xử lí
kết quả. Mạch chuyển đổi tương tự sang số (ADC) ta có thể dùng IC ADC0804, Vi
Điều Khiển, PIC…Ở đây chúng ta dùng PIC 16F877A, vừa chuyển đổi ADC, hiển
thị LCD, vừa điều khiển động cơ DC.

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 23/33

•

1.1.9 Điều khiển tốc độ động cơ
1.1.1.20 Phương pháp điều xung PWM
Khái niệm

- Phương pháp điều xung PWM (Pulse With Modulation): là phương pháp điều
chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự thay đổi
độ rộng của chuỗi dãy xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.

Hình 3- 1: Dạng đồ thị điều chế xung PWM
•

Ứng dụng của PWM trong điều khiển

- PWM được ứng dụng nhiều trong điều khiển. Điển hình nhất mà chúng ta thường
hay gặp là điều khiển động cơ và các bộ xung áp, điều áp… Sử dụng PWM để điều
khiển tốc độ nhanh hay chậm của động cơ hay cao hơn nữa nó còn dùng để điều
khiển sự ổn định của tốc độ động cơ.
- Ngoài lĩnh vực điều khiển hay ổn định tải thì PWM còn tham gia vào điều chế các
mạch nguồn như: boot, buck, nghịch lưu 1 pha và 3 pha…
•

Nguyên lí hoạt động của PWM

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 24/33

Hình 3- 2: Mạch nguyên lí điều khiển tải PWM

Hình 3- 3: Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra

Trong khoản thời gian từ t-t 0 van G mở toàn bộ điện áp nguồn U d được đưa ra
tải, còn trong khoản t0-T van G khóa cắt nguồn cung cấp cho tải. Vì vậy, với t 0 từ 0T ta sẽ cung cấp toàn bộ, một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp cho tải.
- Công thức tính điện áp trung bình của điện áp ra tải:
+ t1: Thời gian xung ở sườn dương.
+ T: Thời gian ở cả sườn dương và âm (chu kì).
ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG


ĐỒ ÁN 1
Trang 25/33

+ Umax: Nguồn cấp cho tải.
 Ud=Umax(t1/T) hay Ud=Umax*D
D=t1/T: là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là PWM.
Như vậy, nhìn trên hình đồ thị dạng điều chế xung thì ta có điện áp trung bình trên
tải sẽ là:
+ Ud=12*20%=2.4V (với D=20%)
+ Ud=12*40%=24.8V (với D=40%)
+ Ud=12*90%=10.8V (với D=90%)
•

Phương pháp tạo PWM: Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông
dụng là bằng phần cứng và bằng phần mềm.

+ Trong phần cứng: Có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là từ trực tiếp từ
các IC dao động tạo xung vuông như: IC555, LM556…

+ Trong phần mềm: Được tạo bằng các chip có thể lập trình được. Tạo bằng
phần mềm thì độ chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng, nên người ta hay sử
dụng phần mềm để tạo PWM.
1.1.10 Mô hình điều khiển động cơ
Để điều khiển động cơ quay hay ngừng quay cũng giống như công tắc điện, bật
thì quay, tắt thì ngừng. Quan trọng là bật khi nào và tắt khi nào phải được thực hiện
một cách tự động. Cũng giống như nhiệt độ trong phòng ở mức 26 oC thì quạt tự
động bật, và khi nhiệt độ thấp hơn 22 oC thì quạt tự động tắt. Để làm được điều này
chúng ta phải cần một thiết bị đo nhiệt độ và khi nhiệt độ hiện tại lớn hơn hoặc nhỏ
hơn mức điện áp ngưỡng cài đặt thì động cơ (quạt) sẽ được điều khiển theo chế độ
đã được định sẵn.
1.1.11 Tổng quan khối hiển thị nhiệt độ

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU NHIỆT ĐỘ PHÒNG