NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ PHA TRỘN DẦU TƯỚI NGUỘI CHO MÁY CNC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ
PHA TRỘN DẦU TƯỚI NGUỘI CHO MÁY CNC
SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN

Họ và tên sinh viên: KIỀU MINH GIÁP
NGUYỄN VĂN THỪA
Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ
Niên khóa: 2007-2011

Tháng 6/2011


NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THIẾT BỊ PHA
TRỘN DẦU TƯỚI NGUỘI CHO MÁY CNC
SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN

Tác giả

KIỀU MINH GIÁP
NGUYỄN VĂN THỪA

Khóa luận được đệ trình để đáp ứng yêu
cầu cấp bằng Kỹ sư ngành
CƠ ĐIỆN TỬ

Giáo viên hướng dẫn:

Tiến sĩ NGUYỄN VĂN HÙNG

Tháng 6 năm 2011
i


LỜI CẢM TẠ

Trong suốt thời gian học tập tại Trường Đại Học Nông Lâm Thành Phố Hồ
Chí Minh, nhờ sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô về mọi mặt nên đề tài tốt nghiệp
của chúng em đã được hoàn thành .
Em xin gởi lời biết ơn chân thành đến bộ môn Cơ Điện Tử cùng thầy cô trong
Khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã giảng dạy những kiến thức chuyên môn làm cơ sở để
em thực hiện tốt đề tài này. Đặc biệt, trong quá trình thực hiện đề tài này, em nhận
được sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn đề tài T.s Nguyễn Văn
Hùng. Em xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành .
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa, cùng các bạn đã đóng góp
ý kiến và kinh nghiệm quý báu trong quá trình thực hiện đề tài này.

TP.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2011.
Sinh viên thực hiện:
Kiều Minh Giáp
Nguyễn Văn Thừa

ii


TÓM TẮT
Đề tài nghiên cứu “Thiết kế và khảo nghiệm thiết bị Pha trộn dung dich
tưới nguội cho máy CNC bằng Vi Điều Khiển”, được thực hiện từ ngày

10/04/2011 đến 28/05/2011 tại công ty AGS – 1B – Khu Công Nghiệp Đồng An
– Thuận An – Bình Dương.
Chúng em tiến hành thực hiện luận văn “Thiết kế và khảo nghiệm thiết bị
Pha trộn dung dich tưới nguội cho máy CNC bằng Vi Điều Khiển” để có thể ứng
dụng những nghiên cứu của mình nhằm cải thiện chất lượng làm việc của máy CNC.


Kết quả đạt được:



Đã chế tạo thành công mô hình thiết bị pha trộn dung dịch tưới nguội.



Qua quá trình khảo nghiệm cho thấy rằng mô hình có thể hoạt động ổn



Qua quá trình khảo nghiệm mô hình thiết bị pha trộn dầu tưới nguội cho

định.
thấy chất lượng dầu tưới nguội được cải thiện đáng kể.

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ ................................................................................................................. ii

TÓM TẮT...................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ............................................................................................x
Chương 1: MỞ ĐẦU .......................................................................................................1
1.1

Đặt vấn đề ................................................................................................1

1.2

Mục đích ..................................................................................................2

Chương 2: TỔNG QUAN................................................................................................3
2.1

Tổng quan về đề tài. .................................................................................3

2.2

Giới hạn đề tài. .........................................................................................3

2.3

Giới thiệu vi xử lý 89S52:........................................................................4

2.3.1

Giới thiệu : ...............................................................................................4

2.3.2

Cấu trúc chân ra : .....................................................................................5

2.4

IC LM358.................................................................................................7

2.5

Tổng quát về LCD ...................................................................................7

2.5.1

Hình dáng và kích thước .........................................................................7

2.5.2

Chức năng các chân : ..............................................................................8

2.5.3

Mã lệnh LCD ...........................................................................................9

2.6

Sơ lược về ma trận phím: .......................................................................10

2.7

Tổng quan về các phương pháp đo lưu lượng chất lỏng........................11

2.7.1

Cơ sở chung và phân loại các phương pháp đo lưu lượng.....................11

2.7.1.1

Cơ sở chung về đo lưu lượng chất lỏng. ................................................11

2.7.1.2

Phân loại thiết bị đo lưu lượng chất lỏng. ..............................................13

2.8

Các phương pháp đo lưu lượng..............................................................14

2.8.1

Lưu tốc kế cánh quạt (Turbine flowmeter): ...........................................14

2.8.2

Lưu tốc kế kiểu cảm ứng (Electro-magnetic flowmeters): ....................15

2.8.3

Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy (Vortex Flow

Metter):

................................................................................................................16

2.8.3.1

Nguyên lý hoạt động: .............................................................................16
iv


2.8.3.2

Đặc điểm của phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy:........18

2.8.3.3

Các quy định về lắp đặt lưu lượng kế tần số dòng xoáy ........................20

2.8.4

Phương pháp đo lưu lượng bằng siêu âm ..............................................24

2.8.4.1

Nguyên lý hoạt động: .............................................................................24

2.8.4.2

Phương pháp hiệu số thời gian truyền sóng:..........................................24

Chương 3: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................27
3.1

Thời gian và địa điểm nghiên cứu đề tài................................................27

3.1.1

Địa điểm tiến hành đề tài: ......................................................................27

3.1.2

Phân bố thời gian tiến hành....................................................................27

3.2

Đối tượng và thiết bị nghiên cứu: ..........................................................27

3.2.1

Đối tượng nghiên cứu: ...........................................................................27

3.2.2

Thiết bị nghiên cứu: ...............................................................................28

3.3

Phương pháp thực hiện đề tài: ...............................................................28

3.3.1

Lựa chọn phương pháp thiết kế hệ thống đo lường. ..............................28

3.3.2

Phương pháp thực hiện phần cơ khí: .....................................................28

3.3.3

Phương pháp thực hiện phần điện-điện tử: ............................................28

3.3.4

Phương pháp thực hiện phần mềm: .......................................................28

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .....................................................................29
4.1

Phương pháp thực hiện đề tài: ...............................................................29

4.1.1

Lựa chọn phương pháp thiết kế hệ thống đo lường. ..............................29

4.1.2

Phương pháp thực hiện phần cơ khí: .....................................................29

4.1.3

Lựa chọn nguyên lý cấu tạo của mô hình ..............................................29

4.2

Nguyên lí mạch điều khiển: ...................................................................30

4.2.1

Mạch nguồn: ..........................................................................................30

4.2.2

Mạch công suất điều khiển: ...................................................................31

4.2.3

Sơ đồ mạch cảm biến hồng ngoại: .........................................................32

4.2.4

Sơ đồ kết nối ma trận phím: ...................................................................33

4.2.5

Kết nối LCD:..........................................................................................34

4.2.6

Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển hệ thống: ...........................................35

4.3

Kết quả tính toán, thiết kế chế tạo mô hình thiết bị “Pha trộn dầu tưới

nguội”

................................................................................................................36
v


4.4

Phương pháp điều khiển hệ thống: ........................................................41

4.5

Kết quả chế tạo mô hình ........................................................................42

4.6

Kết quả khảo nghiệm : ...........................................................................44

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .........................................................................47
5.1

Kết luận ..................................................................................................47

5.2

Đề nghị ...................................................................................................48

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................49
PHỤ LỤC ......................................................................................................................50
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.................................................................................50

vi


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu viết tắt
CNC

Viết đầy đủ
Computer Numerical Control

LCD

Liquid crystal display

UART

Universal asynchronous receiver/transmitte

MPU

Memory protection unit

I/O

Input/Output

RAM

Random Access Memory

ROM

Read-Only Memory

R/W

Read/Write

E

Enable

vii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 2.1:

Sơ đồ chân AT89S52 ...............................................................................4

Hình 2.2:

Hình dáng của LCD thông dụng .............................................................8

Hình 2.3:

Sơ đồ kết nối ma trận phím. ...................................................................10

Hình 2.4:

Cấu tạo của lưu tốc kế cánh quạt ...........................................................14

Hình 2.5:

Cấu tạo lưu tốc kế cảm ứng: ..................................................................15

Hình 2.6:

Nguyên lý tần số dòng chảy...................................................................16

Hình 2.7:

Phương pháp đo lưu lượng bằng dòng xoáy ..........................................17

Hình 2.8:

Hình dáng vật cản dùng trong phương pháp do lưu lượng bằng tần số

dòng chảy.

...............................................................................................................17

Hình 2.9:

Cấu tao của cảm biến YEWFLO ...........................................................19

Hình 2.10:

Cấu tạo thanh tạo xoáy ..........................................................................20

Hình 2.11:

Qui định khoảng cách lắp đặt lưu lượng kế. ..........................................21

Hình 2.12:

Qui định khoảng cách lắp đặt giữa các lưu lượng kế. ...........................21

Hình 2.13:

Khoảng cách cần thiết để lắp đặt lưu lượng kế......................................22

Hình 2.14:

Qui định về lưu chất đối với hoạt động của cảm biến. ..........................22

Hình 2.15:

Qui định lắp đặt cảm biến. .....................................................................23

Hình 2.16:

Nguyên lý cấu tạo của cảm biến đo lưu lường bằng siêu âm ................24

Hình 2.17:

Cảm biến đo lưu lượng bằng song siêu âm trong công nghiệp .............26

Hình 4.1:

Mô hình thiết bị ......................................................................................30

Hình 4.2:

Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn .................................................................31

Hình 4.3:

Mạch công suất ......................................................................................31

Hình 4.4:

Ma trận phím nhấn .................................................................................33

Hình 4.5:

LCD kết nối............................................................................................34

Hình 4.6:

Sơ đồ nguyên lí mạch.............................................................................35

Hình 4.7:

Tính toán lưu lượng của bơm bánh răng :..............................................36

Hình 4.8:

Bơm dầu .................................................................................................37

Hình 4.9:

Bơm nước ...............................................................................................38

Hình 4.10:

Động cơ khuấy .......................................................................................39
viii


Hình 4.11:

Sơ đồ khối điều khiển: ...........................................................................40

Hình 4.12:

Lưu đồ giải thuật điều khiển: .................................................................41

Hình 4.13:

Mô hình ..................................................................................................42

Hình 4.14:

Mạch vi điều khiển.................................................................................43

Hình 4.15:

Hình chụp mạch điều khiển thiết bị .......................................................44

Hình 4.16:

Tính ổn định của hệ thống với tỉ lệ 1 : 24 ..............................................45

Hình 4.17:

Tính ổn định của hệ thống với tỉ lệ 1 : 20 ..............................................45

Hình 4.18:

Khảo sát tính ổn định của động cơ.........................................................46

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1:

Bảng mã lệnh cho LCD ...........................................................9

Bảng 2:

Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng ...........10

Bảng 3:

Độ chính xác của lưu lương kế kiểu xoáy .............................18

Bảng 4:

Bảng thông tin ma trận phím nhấn ........................................33

Bảng 5:

Kết quả thực nghiệm .............................................................44

Bảng 6:

Số liệu đo lưu lượng các động cơ. .........................................46

x


Chương 1
MỞ ĐẦU
1.1

Đặt vấn đề

“Vi Điều Khiển” đã ra đời hàng trăm năm nay và được sử dụng rất rộng rãi
trong nhiều ngành kỹ thuật khác nhau, đặt biệt là trong công nghiệp. Bên cạnh đó,
“Cơ-Điện Tử” cũng chiếm giữ vai trò không nhỏ trong công nghiệp. nó giúp tiết
kiệm sức lao động, thời gian, và nâng cao năng suất. việc kết hợp “Vi Điều Khiển” và
“Cơ-Điện Tử” đã tạo ra nhiều loại máy móc hiện đại phục vụ cho nhiều mục đích
nghiên cứu…
Trong kỹ thuật gia công chế tạo các sản phẩm cơ khí bằng máy CNC
(phay,tiện) để đảm bảo quá trình gia công được chính xác, hoàn hảo và giữ được tuổi
thọ cao cho dụng cụ gia công (Tool) thì nước tưới nguội cũng là một yếu tố quan
trọng đáp ứng cho những yêu cầu đó.Nhận thấy được từ thực tiễn tại công ty nơi
chúng em thực tập, cùng với sự động viên hướng dẫn nhiệt tình từ phía các cán bộ
hướng dẫn chúng em thực tập tại công ty TNHH ALLIANCE GLOBAL SERVICES
và được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng, chúng em
xin mạnh dạn đệ trình và thực hiện đề tài: “Thiết kế và khảo nghiệm thiết bị Pha trộn
dung dich tưới nguội cho máy CNC bằng Vi Điều Khiển”.
Vì phạm vi đề tài rộng và mới, cộng với kiến thức của chúng em còn hạn chế
nên không thể tránh khỏi thiếu sót. Rất mong sự góp ý, sửa đổi của các thầy, cô và
các bạn để đề tài của chúng em có thể được hoàn thành và ứng dụng trong thực tế.

1


1.2

Mục đích

Ở nước ta, lĩnh vực gia công sản phẩm cơ khí chính xác bằng máy CNC cũng
còn khá mới mẻ và đang trên con đường phát triển mạnh mẽ .Dung dịch tưới nguội

cũng là một yếu tố quan trọng cho quá trình hoạt động gia công được chính xác vì thế
chất lượng của dung dịch tưới nguội cũng cần được đảm bảo sự chính xác về tỉ lệ
thành phần các chất trong hỗn hợp.Từ thực tiễn của việc pha trộn bằng tay dung dịch
tưới nguội tại công ty TNHH ALLIANCE GLOBAL SERVICES không đáp ứng
được chất lượng tốt nhất về sự đòi hỏi tỉ lệ tốt nhất có thể để phục vụ tốt cho quy
trình gia công của máy CNC được. Xuất phát từ những nguyên nhân trên và để góp
phần cũng cố những kiến thức đã được học, nhóm sinh viên chúng em đệ trình và
thực hiện đề tài “Thiết kế và khảo nghiệm thiết bị Pha trộn dung dich tưới nguội cho
máy CNC bằng Vi Điều Khiển” với các nội dung sau:


Tìm hiểu nguyên lí và tỉ lệ pha trộn dung dịch tưới nguội cho máy CNC

thực tế tại công ty TNHH ALLIANCE GLOBAL SERVICES.


Thiết kế và thi công mô hình thiết bị Pha trộn dung dịch tưới nguội cho

máy CNC .


Tìm hiểu các phương pháp đo và tính toán lưu lượng của chất lỏng.



Tìm hiểu tính năng và phương pháp lập trình cho Vi Điều Khiển

AT89C51.


Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của encoder, cảm biến quang,

cảm biến đo lưu lượng.


Thiết kế và thi công tủ điều khiển cho thiết bị Pha trộn dung dich tưới

nguội cho máy CNC .


Viết chương trình điều khiển cho Vi Điều Khiển bằng hợp ngữ

Assamebly.


Hoàn thành mô hình thiết bị Pha trộn dung dich tưới nguội cho máy

CNC .

2


Chương 2
TỔNG QUAN
2.1

Tổng quan về đề tài.

Hiện nay, thị trường sản xuất gia công các sản phẩm cơ khí chính xác bằng
phay tiện CNC đang trên đà phát triển mạnh mẽ, dung dịch tưới nguội cũng đóng góp

cho sự hoàn thiện chính xác các sản phẩm từ CNC. Qua thời gian học tập ở trường và
kiến thức đã nhận được, chúng em xin tìm hiểu, đệ trình và thực hiện mô hình thiết bị
“Pha trộn dung dich tưới nguội cho máy CNC” .
2.2

Giới hạn đề tài.

Do bước đầu thiết kế đề tài nên còn nhiều hạn chế nhất định. Vì thế, thực
hiện đề tài chỉ chú trọng nghiên cứu những vấn đề chính sau:
Tìm hiểu một cách tổng quan về các phương pháp đo, tính toán và cân chỉnh
lưu lượng, thể tích.
Thiết kế mô hình thiết bị Pha trộn dung dich tưới nguội cho máy CNC với
quy mô và công suất nhỏ, với độ chính xác của sản phẩm còn hạn chế.
Nghiên cứu và sử dụng Vi Điều Khiển, màn hình LCD , khối chuyển đổi
D/A, Encoder, Cảm biến quang, cảm biến lưu lượng… là những thiết bị sử dụng
trong Điều khiển tự động đã được học.
Viết chương trình thực tế cho mô hình chạy với chế độ điều khiển Manual,
điều khiển bằng ma trận phím nhấn.
Liên kết và hiển thị các thông số của thiết bị Pha trộn dung dich tưới nguội
cho máy CNC trên màn hình LCD.

3


2.3

Giới thiệu vi xử lý 89S52:

2.3.1 Giới thiệu :
Vi xử lý AT89S52 được chế tạo bởi hãng ATMEL, về cơ bản nó có cấu tạo

bên trong , sơ đồ chân cũng như sử dụng tập lệnh tương thích với họ 8031 của hãng
INTEL.

Hình 2.1: Sơ đồ chân AT89S52
Các đặc điểm cơ bản của vi mạch AT89S52:


Đơn vị xử lý trung tâm 8 bit đã được tối ưu hóa để đáp ứng các chức

năng điều khiển.


Khối logic xử lý theo bit thuận tiện cho các phép toán Boole.



Bộ tạo dao động giữ nhịp bên trong (đến 12Mhz).



Tập lệnh với các ngôn ngữ lập trình rất phong phú.



Giao diện nối tiếp có khả năng hoạt động song song, đồng bộ (UART).



16 (32) đường dẫn vào/ ra hai hướng và từng hướng có thể được định



Năm nguồn ngắt với hai mức ưu tiên.

địa chỉ.

4




Có thể mở rộng bộ nhớ chương trình ( ROM ) bên ngoài lên đến 64KB.



Có thể mở rộng dung lượng bộ nhớ dữ liệu (RAM ) bên ngoài lên đến



Hai bộ đếm / định thời 16 bit.



Bộ nhớ EEPROM nội 4KB.



Dung lượng bộ nhớ RAM nội , nhiều nhất có thể lên đến 128 byte.



Có 8KB bộ nhớ chương trình.



Dao động bên ngoài với thạch anh <24MHz. Thông thường, Vi Điều

64KB.

Khiển 89C51 chạy với thạch anh 12MHz.


Có 256 Byte Ram nội.



Có 3 Port xuất nhập (I/O) có thể lập trình.



Có 3 Timer/ Counter 16 bit Timer 0,1,2. Timer 2 có các chức năng

Capture/Compare.


8 nguồn ngắt, Nạp chương trình song song hoặc nạp nối tiếp qua đường



Vi điều khiển AT89S52 là một IC có nhiều chức năng có khả năng đáp

SPI.
ứng được các yêu cầu trong quá trình điều khiển, ngoài ra đây cũng là một IC căn bản
vì sau khi sử dụng ta có thể sử dụng các IC khác. Trong đề tài này nhóm đã quyết
định chọn IC AT89S52 vì:


Tài liệu về dòng IC này có rất nhiều, dễ tìm, giá thành thấp.



Có trình dịch các câu lệnh viết ở dạng Assembler ra dạng mã máy.



Có board nạp ROM để nạp các mã máy vào bộ nhớ EEPROM của IC.



Có nhiều dạng board test dùng để kiểm tra nhanh các trương trình đã có

trong bộ nhớ EEPROM của IC AT89S52.


Có nhiều tài liệu viết về các ứng dụng thực tế về IC AT89S52, có nhiều

sách hướng dẫn cách sử dụng IC này.
2.3.2 Cấu trúc chân ra :


Port 0 : Là port có hai chức năng nằm trên các chân từ 32 – 39. Khi sử

dụng bộ nhớ trong thì nó như là một port I/O ( P0.0 → P0.7) . Khi sử dụng bộ nhớ
ngoài thì nó đóng vai trò như một bộ MUX địa chỉ/ data.

5




Port 1 :Là một port I/O trên các chân 1 – 8 (P1.0→ P1.7 ) nó chỉ được

dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoài và không có các chức năng khác.


Port 2: Là một port công dụng kép trên các chân 21 – 28. Khi sử dụng

bộ nhớ trong thì nó như là một port I/O đa dụng (P2.0→ P2.7), khi sử dụng bộ nhớ
ngoài thì port 2 chính là byte cao của các đường địa chỉ (A8→ A15).


Port 3: nằm trên các chân từ 10 đến 17 , ngoài chức năng chính là một

I/O port đa dụng (P3.0 → P3.7) , mỗi chân của port 3 còn có các chức năng khác
nhau, độc lập.


PSEN : (Program Store Enable): Chân 29, tích cực mức thấp trong chu

kỳ nhận lệnh , chỉ báo data trên bus là mã lệnh.Trong trường hợp sử dụng bộ nhớ

chương trình trong thì PSEN không tích cực.


ALE :(Address Latch Enable ) : Chân 30 , tích cực mức cao trong nửa

chu kỳ đầu chỉ báo dữ liệu trên port chính là địa chỉ byte thấp A0→ A7.


EA : (External Acess) : Chân 31 , cho phép chọn bộ nhớ chương trình

trong hay ngoài.
+ EA =0 : MCU sử dụng bộ nhớ chương trình ngoài
+ EA = 1 : MCU sử dụng bộ nhớ chương trình trong.


RST (Reset ): Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ Reset của AT89S52 ,

khi ngõ này lên mức cao (trong ít nhất hai chu kỳ máy ) các thanh ghi bên trong 8952
được đưa về trạng thái mặc định.

6


2.4 IC LM358


Sơ đồ chân:

Hình 2.2: Sơ đồ chân của LM358
 Mạch LM358 là bộ khuếch đại tín hiệu vào bên trong tích hợp 2 Op-amp khuếch

đại thuật toán.
 Khoảng điện áp cung cấp -0.3V đến +32V
 Dòng điện hoạt động ở +5V
 Đây là mạch khuếch đại có hồi tiếp
 Điện trở rất cao, cho nên không làm ảnh hưởng xấu đến tín hiệu cảm biến, khả
năng chống nhiễu cao.

-

Nguyên lí hoạt động :

Chân 3 và chân 5 được phân áp nhờ 2 trở 10K , nếu dùng nguồn 5V thì điện

áp tại chân 3 và chân 5 sẽ là 2.5V (người ta thường dùng mức này là mức chuẩn để so
sánh ) ,Nhưng nên thay trở 10K ở trên bằng 1 biến trở thì tốt hơn . Biến trở này có tác
dụng thay đổi độ nhạy của LM358.
-

Chân 2 và chân 6 là chân có điện áp vào để so sánh. Nếu điện áp tại chân 2 và

chân 6 (V in) > điện áp tại chân 3 và chân 5 (V ref ) thì đầu ra tại chân 1 có mức logic
0 , và ngượclại Vin < Vref thì đầu ra có mức logic 1.
2.5

Tổng quát về LCD

2.5.1 Hình dáng và kích thước
Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên
hình 1 là hai loại LCD thông dụng.
7

Hình 2.3: Hình dáng của 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 1 :
2.5.2 Chức năng các chân :
Ở chế độ “đọc”, nghĩa là MPU sẽ đọc thông tin từ LCD thông qua các chân
DBx.
Còn khi ở chế độ “ghi”, nghĩa là MPU xuất thông tin điều khiển cho LCD
thông qua các chân DBx.
VCC và VSS là chân nguồn +5V và chân đất. Còn chân VEE được dùng để điều
khiển độ tương phản của LCD.
RS (Register Select) – chọn làm thanh ghi. Nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh
được chọn, cho phép người dùng gởi một lệnh chẳng hạn xóa màn hình, đưa con trỏ
về đầu dòng…. Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn và cho phép người dùng
gởi dữ liệu lên LCD.
R/W (Read/Write) – Chân đọc – ghi
8


Chân đọc/ghi cho phép người dùng đọc/ghi thông tin lên LCD. R/W = 0 thì
đọc, còn R/W = 1 thì ghi.
E (Enable) – Chân cho phép
Dùng để chốt thông tin hiện có trên chân dữ liệu. Khi dữ liệu được cấp đến
chân dữ liệu thì một xung mức Cao - xuống - Thấp được áp đến chân E để LCD chốt
dữ liệu trên chân dữ liệu. Độ rộng tối thiểu là 450ns.
D0 – D7:
Đây là 8 chân dữ liệu 8 bit, được dùng để gởi thông tin lên LCD hoặc đọc nội
dung của các thanh ghi trong LCD.

Để hiện thị chữ cái và con số, mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến z
và các con số 0 đến 9 được gởi đến các chân này khi bật RS = 1.
Cũng có các mã lệnh được gởi đến LCD để xóa màn hình hoặc đưa con trỏ về
đầu dòng hoặc nhấp nhấy con trỏ.
2.5.3 Mã lệnh LCD
Mã (Hexa)
1
2
4
5
6
7
8
A
C
E
F
10
14
18
1C
80
C0
38
Bảng 1:

Lệnh đến thanh ghi của LCD
Xóa màn hình hiển thị
Trở về đầu dòng
Dịch con trỏ sang trái

Dịch con trỏ sang phải
Dịch hiển thị sang phải
Dịch hiển thị sang trái
Tắt con trỏ, tắt hiển thị
Tắt hiển thị, bật con trỏ
Bật hiển thị, tắt con trỏ
Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ
Tắt hiển thị, nhấp nháy con trỏ
Dịch vị trí con trỏ sang trái
Dịch vị trí con trỏ sang phải
Dịch toàn bộ hiển thị sang trái
Dịch toàn bộ hiển thị sang phải
Đưa con trỏ về đầu dòng thứ nhất
Đưa con trỏ về đầu dòng thứ hai
Hai dòng và ma trận 5x7
Bảng mã lệnh cho LCD

9


RS

R/W

Khi cần

0

0

Ghi vào thanh ghi IR để ra lệnh cho LCD (VD: cần
display clear,…)

0

1

Đọc cờ bận ở DB7 và giá trị của bộ đếm địa chỉ ở
DB0-DB6

1

0

Ghi vào thanh ghi DR

1

1

Đọc dữ liệu từ DR

Bảng 2: Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng
2.6

Sơ lược về ma trận phím:

Phím bấm được nối thành ma trận 4 hàng x 4cột, các hàng và cột được nối
với các chân cổng vào ra của vi điều khiển tại PORT 1. Khi một phím được bấm, nó
sẽ nối một hàng và một cột tương ứng.Như vậy ta sẽ có 16 nút nhấn mà chỉ mất có 8

chân vi điều khiển. Khi nút 0 được nhấn thì nó nối giữa cột 1 hàng 1. Còn nút 1 được
nhấn thì cột 2 và hàng 1 được nối hay nút 2 được nhấn thì nối giữa cột 3 và hàng 1...
cứ như vậy đến nút thứ 15.

Hình 2.4: Sơ đồ kết nối ma trận phím.

10


Nguyên lý quét :
Thuật toán quét phím được sử dụng là lần lượt tìm hàng và tìm cột (hoặc
ngược lại) Khi tìm hàng, các hàng sẽ được đặt làm đầu vào,các cột được đặt làm đầu
ra mức thấp. Sau đó kiểm tra các hàng xem có hàng nào ở mức thấp hay không (có
phím nào bấm gây ra nối với cột hay không?) Sau khi xác định được hàng sẽ đặt các
cột làm đầu vào, hàng vừa tìm được làm đầu ra mức thấp. Việc kiểm tra được tiến
hành với các cột. Sau khi xác định được hàng và cột sẽ suy ra phím được bấm.Thuật
quét như sau:
+ Đầu tiên cho các hàng ở mức 1 và các cột ở mức 0.
+ Kiểm tra xem nào hàng nào được nhấn (khi nút được nhấn) tức là được
nhận tín hiệu từ các cột.
+ Nếu mà có 1 hàng bất kỳ được nhấn sau đó ta lại chuyển giá trị 0 vào hàng
được nhấn và giá trị 1 vào các cột. Khi đó cột lại nhận nhiệm vụ làm tín hiệu vào.
Nếu mà 1 trong các cột được nhấn (Khi nút được nhấn) trong các trường hợp này thì
cho ra các giá trị tương ứng.
+ Việc kiểm tra các hàng khác cũng tương tự như trên.
Tuy nhiên qua trình nhấn phím còn nhiễu tín hiệu được nhấn phím cần khắc
phục bằng code điều khiển hay kết nối thêm phần cứng chống dội cho ma trận phím.
2.7

Tổng quan về các phương pháp đo lưu lượng chất lỏng.

2.7.1 Cơ sở chung và phân loại các phương pháp đo lưu lượng.
2.7.1.1

Cơ sở chung về đo lưu lượng chất lỏng.

Lưu chất là các môi trường vật chất ở dạng lỏng hoặc khí tồn tại dưới những
điều khiện nhiệt độ, áp suất, thể tích được xác định bởi các định luật nhiệt động học.
Dưới tác dụng của lực bên ngoài, ví dụ sự chênh lệch áp suất, chất lưu sẽ chuyển
động, chuyển động này được đặc trưng bởi dòng chảy với các thông số: vận tốc, khối
lượng riêng, áp suất và nhiệt độ ở các điểm khác nhau của chất lưu, độ nhớt, độ
khuếch tán nhiệt, nhiệt lượng riêng... Thông số cần quan tâm nhất của sự chuyển
động này là vận tốc và lưu lượng của chất lưu, khi đó thường xem các thông số còn
11


lại là không đổi. Một trong số các tham số quan trọng của quá trình công nghệ là lưu
lượng các vật chất chảy qua ống dẫn.
Lưu lượng vật chất là số lượng chất ấy chảy qua tiết diện ngang của ống dẫn
trong một đơn vị thời gian. Muốn nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả của hệ
thống tự động các quá trình công nghệ cần phải được đo chính xác thể tích và lưu
lượng các vật chất. Việc đo lưu lượng là một phần thiết yếu trong mọi quá trình công
nghiệp và trong các ngành công nghệ. Đo lưu lượng đóng một vai trò vô cùng quan
trọng cũng như việc đo nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng...
Trong việc đo lưu lượng ta cần phân biệt hai đại lượng sau:
Lưu lượng được tính bằng thể tích trên một đơn vị thời gian.
Qv = 

(m3/t)

Lưu lượng được tính bằng trọng khối trên một đơn vị thời gian.
Qm = 

(m/t)

Khi biết được trọng lượng riêng ρ của môi chất cần đo thì hai loại lưu lượng
trên được tính bằng phương trình:
Qm = Qv ρ
Lưu lượng tức thời được tính theo công thức.
Q = 
V là thể tích của chất lưu
Lưu lượng trung bình được tính theo công thức.
Qtb = V/(t2 - t1 )
(t2 – t1) là khoảng thời gian đo.
Trong quá trình sản xuất công nghiệp hóa chất, chế biến, điện năng... lưu
lượng tính bằng trọng khối cần biết nhưng cũng khó đo đạc hơn. Trong một hệ thống
khép kín, lưu lượng tính bằng trọng khối, lưu khối cố định trong khi đó lưu lượng
được tính bằng thể tích thay đổi theo nhiệt độ và áp suất.

12


Môi trường đo khác nhau được đặc trưng bằng tính chất hóa lý và các yêu
cầu công nghệ, do đó mà ta có nhiều phương pháp đo lưu lượng dựa trên những
nguyên lý khác nhau. Để thích ứng với các nhu cầu khác nhau trong công nghiệp,
người ta đã phát triển rất nhiều phương pháp đo lưu lượng chất lỏng, hơi nước, chất
khí...
2.7.1.2

Phân loại thiết bị đo lưu lượng chất lỏng.

Vận tốc và lưu lượng của chất lưu thường được đo gián tiếp thông qua ảnh
hưởng của nó đến các đặc trưng vật lý của vật trung gian hoặc đến hiện tượng vật lý
trong đó vận tốc, lưu lượng là một thông số và vật trung gian nơi xảy ra hiện tượng
vật lý đó. Vật trung gian có thể chính là chất lưu hoặc một phần tử cấu thành của cảm
biến.
Khi vật trung gian là bản thân chất lưu: thì vận tốc, lưu lượng của nó được
xác định thông qua áp xuất động qua hiệu ứng Doppler tác động bởi laze hoặc siêu
âm và thời gian truyền qua của một đồng vị phóng xạ. Trong trường hợp này phải sử
dụng thêm các cảm biến thích hợp với các đại lượng trung gian cần đo là áp suất, ánh
sáng, siêu âm, tia phóng xạ.
Khi vật trung gian là một phần tử của cảm biến đặt trong chất lưu: thì vận tốc
của chất lưu sẽ xác định một trong các đặc trưng vật lý của vật trung gian như: nhiệt
độ của vật trung gian, tốc độ quay của vật trung gian.
Các phương pháp đo lưu lượng cơ bản gồm:
Lưu lượng kế cơ khí: lưu lượng kế cánh quạt-tuabin (Turbine flowmeters),
Lưu lượng kế phao nổi (Variable-area flowmeters), lưu lượng kế bản chắn
(Palette flowmeters).
Lưu lượng kế điện từ (Electro-magnetic flowmeters)
Lưu lượng kế tần số dòng xoáy.
Lưu lượng kế khối lượng nhiệt.
Lưu lượng kế đo độ giảm áp suất (Differential pressure flowmeters).

13


2.8

Các phương pháp đo lưu lượng.

2.8.1 Lưu tốc kế cánh quạt (Turbine flowmeter):
a) Cấu tạo: gồm có cánh quạt 1 giống như cánh tua bin, quay trên giá đỡ 2
được gắn vào thanh đỡ 3 trong ống dẫn:

Hình 2.5: Cấu tạo của lưu tốc kế cánh quạt
Ổ đỡ 4 có tác dụng hạn chế tốc độ di chuyển của cánh quạt. Trục cánh quạt
được làm bằng vật liệu không dẫn từ trong đó gắn lõi thép 5 bằng vật liệu mềm.
Bên ngoài ống đặt nam châm vĩnh cửu 6 trên nó quấn cuộn dây cảm ứng 7.
b) Nguyên lý hoạt động: khi cánh quạt quay, từ thông của nam châm sẽ tăng
lên khi lõi thép 5 nằm dọc trục của nam châm và giảm xuống khi lõi thép nằm vuông
góc với nó.
Khi từ thông móc vòng trong cuộn dây cảm ứng thay đổi sẽ xuất hiện một
suất điện động cảm ứng. Mỗi vòng quay từ thông tăng giảm hai lần nên tần số cảm
ứng f trong cuộn dây cũng tăng gấp hai lần số vòng của trục. Đo tần số f bằng tần số
kế, từ đó suy ra tốc độ dòng chảy.
Với phương pháp trên sai số của thiết bị từ 1÷0,3%. Nguyên nhân gây sai số
do quán tính của cánh quạt, ma sát giữa trục quay và giá đỡ.
Có thể giảm sai số bằng cách giảm mômen quán tính của cánh quạt.

14