Thiết kế điều khiển cho điều hòa nhiệt độ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (660.89 KB, 39 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN



ĐỒ ÁN
Thiết kế điều khiển cho điều hòa nhiệt độ

2018

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Môn học:………………………..
Nhóm Sinh viên: …………………
…………………..
…………………..
Lớp: ……………………………..
Ngành:……………….
Số đề…….................................................................
Ngày giao đê: ………………. Ngày hoàn thành: ……………………….
1.Tên đề tài
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………….

2. Nội dung thuyết minh tính toán
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
3. Các bản vẽ, chương trình, đồ thị
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………….
Thông qua phần
Thông qua phần thiết thông qua phần xây
Đồng ý cho bảo vệ
xác định yêu cầu
kế
dựng hệ thống
TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Page 2

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................

Thái Nguyên, Ngày

Tháng

Năm 2019

Giáo Viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên)

Nhận xét của giáo viên chấm
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................
...........................................................................................................................................................................................................................................

Ngày nay nhân loại đang trải qua những sự phát triển vượt về mọi
mặt.Trong đó điện tử, tự động hoá đóng một vai trò không nhỏ. Điện tử góp
phần vào quá trình tự động hoá mọi thứ giúp con người hiện đại hoá cuộc
sống.
Vận dụng những kiến thức đã được học trong quá trình học tập ở trường
nhóm em thực hiện đồ án này. Đồ án này được áp dụng chủ yếu dựa vào vi
điều khiển. Mà thực tế là Pic 16F877A, nhằm mục đích giúp em hiểu một
cách tường tận hơn về những gì về vi điều khiển, cách đọc, viết và nhận biết
về các chân IC mà em đã được học từ thầy cô trong trường, tìm hiểu và
nghiên cứu qua sách cũng như cách thức vận dụng nó trong thực tế.
Trong thực tế, các ứng dụng của vi điều khiển rất đa dạng và phong phú.Từ
những ứng dụng đơn giản chỉ có vài thiết bị ngoại vi cho đến những hệ thống
điều khiển phức tạp .Tuy nhiên do pham vi trình độ của em còn hạn chế, nên
việc nghiên cứu và tìm hiểu về vi điều khiển còn nhiều điều chưa biết. Trong
bài viết của em, em xin giới thiêu ứng dụng Pic 16F877A để thiết kế bộ điều
khiển điều hòa nhiệt độ hiển thị lên LCD.
Tuy nhiên trong quá trình viết do trình độ hiểu biết của em còn hạn chế,
nên còn xảy ra nhiều sai sót mong thầy và các bạn góp ý bổ sung để em được
hiểu biết hơn trong quá trình học tâp tiếp theo.
Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC
Trang
Page 4

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ
MỤC LỤC



4

2.5.4 RƠ LE.............................................................................................................23

CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay các tiện nghi được sử dụng trong đời sống hiện đại ngày càng
phát triển, hoàn thiện và giữ vai trò hết sức quan trọng đối với việc đảm bảo
nhu cầu của con người như nghe nhạc, xem truyền hình. Một trong những
trang bị tiện nghi phổ biến đó là hệ điều hòa .
Ngày nay hệ thống điều hòa ngày càng được phát triển và hoàn thiện
phục vụ nhu cầu của con người. Nó tạo ra một cảm giác thoải mái khi sử
dụng trong bất kỳ thời tiết nào. Đặc biệt nó giải quyết được vấn đề khí hậu ở
Việt Nam, khí hậu khắc nghiệt, không khí bụi bẩn ô nhiễm. Tuy nhiên hệ
thống càng hiện đại thì khả năng tiếp cận nó càng khó khăn khi xảy ra hư
hỏng. Một sinh viên ngành kỹ thuật cần phải trang bị cho mình những kiến
thức cơ bản nhất về tất cả các hệ thống. Đặc biệt là hệ thống điều hòa mà
ngày nay sự tiếp cận nó gặp rất nhiều khó khăn. Chính vì vậy việc lựa chọn
đề tài: “Thiết kế điều khiển cho máy điều hòa nhiệt độ” là rất cần thiết. Đề tài
được hoàn thành sẽ là cơ sở giúp cho chúng em sau này có thể tiếp cận với
những hệ thống điều hòa hiện đại
1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ
Cấu tạo :
Máy ĐHKK 2 khối gốm có : dàn lạnh, dàn nóng, ống dẫn gas lạnh nối giữa
dàn nóng và dàn lạnh.

Page 5

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa
A. Máy nén (bốc lạnh)
B. Bộ ngưng tụ (Giàn nóng)
C. Bộ lọc hay bình hút ẩm
D. Công tắc áp suất cao
E. Van xả phía cao áp

F. Van tiết lưu
G. Bộ bốc hơi
H. Van xả phía thấp áp
I. Bộ tiêu âm

Dàn lạnh : đặt bên trong phòng có nhiệm vụ thu nhiệt không khí trong
phòng chuyển ra dàn nóng qua đường ống dẫn gas. dàn lạnh chỉ có quạt và
board điều khiển
Dàn nóng : đặt bên ngoài phòng có nhiệm vụ thải nhiệt từ dàn lạnh chuyển
đến ra môi trường.dàn nóng gồm máy nén và quạt,.
• Nguyên lý hoạt động:
Máy điều hòa nhiệt độ thu nhiệt lượng trong phòng kín rồi mang nhiệt
này thải ra ngoài trời, nhờ đó mà có thể làm cho nhiệt độ trong phòng kín
lạnh xuống theo nhu cầu của người sử dụng. Nguyên lý hoạt động như sau :
Trong phòng kín đặt một dàn ống, bên trong dàn ống này cho bay hơi
một loại chất lỏng dễ bay hơi (gọi là ga lạnh ),khi chất lỏng bay hơi trong dàn
bay hơi ở nhiệt độ thấp sẽ thu nhiệt của không khí trong phòng (được quạt gió
thổi qua dàn bay hơi). Không khí nóng trong phòng bị mất nhiệt sẽ lạnh đi và
nhiệt độ trong phòng sẽ thấp xuống. Hơi do ga lạnh bay hơi tạo thành theo

Page 6

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



đường ống tới cửa hút của 1 máy nén và được nén lên áp suất cao, nhiệt độ
cao, sau đó tới dàn ngưng tụ đặt bên ngoài phòng lạnh. Hơi nén trong dàn
ngưng tụ có nhiệt độ cao nên dễ dàng truyền nhiệt cho không khí bên ngoài
(được quạt gió thổi qua), còn bản thân hơi nóng bên trong dàn bị mất nhiệt sẽ
ngưng tụ thành chất lỏng chảy qua đường ống mao dẫn (hoặc qua van tiết
lưu ) để hạ áp suất và nhiệt độ chất lỏng xuống thấp rồi đi vào dàn bay hơi
trong phòng lạnh, khép kín chu trình làm việc của máy điều hòa nhiệt độ.
Trong quá trình máy hoạt động dàn lạnh chạy suốt không nghỉ, dàn
nóng lúc chạy lúc nghỉ phụ thuộc vào nhiệt độ trong phòng đã đạt chưa.
Quạt dàn lạnh hút và thổi liên tục tạo ra sự luân chuyển và phân tán không
khí lạnh đều trong phòng. Trong dàn lạnh có một cảm biến nhiệt độ của
không khí nối với board xử lý tín hiệu (gọi tắt là board). Cảm biến này có
nhiệm vụ cảm nhận nhiệt độ không khí hồi về dàn lạnh (đây là nhiệt độ trung
bình của không khí trong phòng).
Khi nhiệt độ trong phòng cao hơn nhiệt độ cài đặt (là nhiệt độ cài đặt trên
remote) khoảng 1-2°C thì board sẽ điều khiển dàn nóng chạy. Khi dàn nóng
chạy sẽ cung cấp gas lỏng tới dàn lạnh, gas lỏng bốc hơi trong dàn lạnh và
thu nhiệt không khí đi qua dàn lạnh, không khí mất nhiệt nên nhiệt độ giảm
xuống. Khi nhiệt độ không khí trong phòng giảm xuống bằng nhiệt độ cài đặt
thì board sẽ điều khiển ngưng dàn nóng. Quá trình làm lạnh tạm ngưng.
Do có nhiệt độ trong phòng thấp hơn bên ngoài, nên có sự truyền nhiệt từ
ngoài vào trong cùng với các vật tỏa nhiệt bên trong làm nhiệt độ không khí
trong phòng từ từ tăng lên cho đến khi cao hơn nhiệt độ cài đặt khoảng 1-2°C

(khoảng chênh lệch nhiệt độ này tùy thuộc vào thiết kế của mỗi nhà sản xuất)
thì board sẽ điều khiển dàn nóng chạy lại. Quá trình làm lạnh tiếp tục.
Khi dàn nóng chạy, dàn lạnh mới có chức năng làm lạnh. Khi dàn nóng
ngưng, dàn lạnh chỉ là cái quạt luân chuyển không khí trong phòng.
Với một máy ĐHKK đã lắp đặt và đang sử dụng, làm sao chúng ta biết được
là đang sử dụng hiệu quả hay đang lãng phí điện? Mỗi máy ĐHKK lắp vào
một phòng nào đó, khi hoạt động sẽ đạt được nhiệt độ thấp nhất nào đó. Đây
là nhiệt độ cuối cùng mà máy có thể đạt được, không thể thấp hơn được. Nếu
cài nhiệt độ trên remote thấp hơn nhiệt độ này thì dàn nóng sẽ chạy suốt và
tiêu hao điện tối đa.
Page 7

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Một phòng điều hòa không khí theo tiêu chuẩn thiết kế dùng cho sinh hoạt
phải đạt nhiệt độ 24°C. Nhiệt độ môi trường mà cơ thể con người thích nghi
nhất trong khoảng 25-27C
Tóm lại, để một máy ĐHKK hoạt động hợp lý thì phải cài nhiệt độ remote
sao cho dàn nóng phải có lúc chạy lúc nghỉ.
1.3. CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN
1.3.1 Phân tích lựa chọn giải pháp
Để điều khiển nhiệt độ, hiện nay có nhiều phương pháp như: Điều khiển bằng
vi điều khiển, bằng PLC…
•Điều khiển bằng vi điều khiển
Vi điều khiển là một máy tính được tích hợp trên một chíp, nó thường
được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử. Vi điều khiển, thực chất, là
một hệ thống bao gồm một vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp

(khác với các bộ vi xử lý đa năng dùng trong máy tính) kết hợp với các khối
ngoại vi như bộ nhớ, các modul vào/ra, các modul biến đổi số sang tương tự
và tương tự sang số,... Ở máy tính thì các modul thường được xây dựng bởi
các chíp và mạch ngoài.
Vi điều khiển thường được dùng để xây dựng các hệ thống nhúng. Nó
xuất hiện khá nhiều trong các dụng cụ điện tử, thiết bị điện, máy giặt, lò vi
sóng, điện thoại, đầu đọc DVD, thiết bị đa phương tiện, dây chuyền tự
động…
Những bộ vi điều khiển mới hiện nay của các hãng như: ATMEL,
MOTOROLA, MICROCHIP… Bên trong đã tích hợp nhiều thiết bị ngoại vi
như khối ADC, khối PWM, các loại bộ nhớ bộ đệm, các cổng truyền thông
như I2C, UART, CAN, PSP, USB, khối điều khiển LCD, thậm chí cả các khối
thu phát không dây RF. Điều này khiến cho việc thực hiện các ứng dụng với
vi điều khiển trở nên dễ dàng, giảm được kích thước mạch điện và chi phí.
Phương pháp thiết kế này đáp ứng tốt những yêu cầu của hệ thống, gọn
nhẹ dễ dàng trong bảo trì và sửa chữa và giá thành rẽ. Tuy nhiên mạch này dễ
bị nhiễu và bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường, nên cần thường xuyên bảo trì
và có chế độ bảo quản tốt.
•Điều khiển bằng PLC
Page 8

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



PLC (Programable Logical Controller. Bộ điều khiển logic có thể lập
trình được) là một thiết bị điều khiển đa năng được sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp để điều khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi
người sử dụng. Nhờ hoạt động theo chương trình nên PLC có thể được sử

dụng để điều khiển nhiều máy móc khác nhau. Điều quan trọng là chỉ cần
thay đổi chương trình điều khiển và cách kết nối thì ta có thể dùng PLC để
điều khiển thiết bị máy móc khác.
Những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và thích hợp trong môi
trường công nghiệp:
- Khả năng kháng nhiễu rất tốt
- Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng cải tạo
nâng cấp
- Có những modul chuyên dụng để thực hiện các chức năng đặc biệt hay
những modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hay
mạng internet…
- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng
để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động
- Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ
cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có
thể lập trình được
- Thuộc vào hệ thống sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương
trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại
chương trình.
- Phương pháp thiết kế này có giá thành tương đối cao chỉ thích hợp với
việc điều khiển một hệ thống có nhiều máy liên kết với nhau.

1.3.2 chức năng và yêu cầu của hệ thống điều khiển
Chức năng quan trọng nhất của hệ thống điều hòa không khí là duy trì các
thông số khí hậu trong một phạm vi nào đó không phụ thuộc vào điều kiện
môi trường xung quanh và sự thay đổi của phụ tải.

Page 9

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Hệ thống điều khiển có chức năng nhận các tín hiệu thay đổi của môi
trường và phụ tải để tác động lên hệ thống thiết bị nhằm duy trì và giữ ổn
định các thông số khí hậu trong không gian điều hòa không phụ thuộc vào
điều kiện khí hậu bên ngoài và phụ tải bên trong.
Các thông số cơ bản cần duy trì là : nhiệt độ, độ ẩm;áp suất; lưu
lượng.Trong các thông số trên nhiệt độ là thông số quan trọng nhất.
-Ngoài chức năng đảm bảo các thông số vi khí hậu trong phòng, hệ thống
điều khiển còn có tác dụng bảo vệ an toàn cho hệ thống, ngăn ngừa các sự cố
có thể xãy ra; đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và kinh tế nhất; giảm chi
phí vận hành của con người.
•Yêu cầu đối với hệ thống
1. Hệ thống được thiết kế gọn nhẹ, dễ sử dụng và vận hành
2. Điều khiển hệ thống bằng vi điều khiển PIC16F877A
3. Đảm bảo độ chính xác cao sai lệch nhiệt độ không quá 0.1 – 0.2 độ
4. Hệ thống áp dụng được cho tất cả các loại điều hòa vừa và nhỏ
5. Điện áp hoạt động 220V AC có nguồn nuôi dự phòng khi mất điện, có
hệ thống bảo vệ quá áp, đảm bảo an toàn cho người sử dụng
6. Tự động vận hành theo các chế độ lập trình sẳn
7. Hệ thống điều khiển được xây dựng để từ tín hiệu vào (tín hiệu đặt ,
tín hiệu điều khiển) ta có tín hiệu đầu ra theo yêu cầu, thỏa màn lượng
đặt, ổn định trong khoảng cho phép
8. Điều khiển tối ưu về năng lượng cho hệ thống điều hòa không khí.
9. Các thông số có thể cài đặt dễ dàng qua một giao diện người dùng thân
thiện.
10.
Có nhiều chế độ điều khiển: tự động (Auto) và bằng tay (Manual)

thuận tiện khi vận hành.
11.
Ngưỡng nhiệt độ cho phép từ 0 – 500C
12.
Hiển thị nhiệt độ thực tế trên màn hình LCD
13.Hệ thống phải được bảo vệ chống ẩm ướt, đảm bảo độ bền cao
•Các yêu cầu phi chức năng cho hệ thống:
- khả năng bảo trì tốt
- Mang tính thiết thưc
- Chi phí phát triển thấp

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Page 10

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



2.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG

CẢM BIẾN NHỆT
ĐỘ

KHỐI
ĐIỀU
CHỈNH

KHỐI VI

ĐIỀU
KHIỂN PIC

ĐỐI TƯỢNG
ĐIỀU KHIỂN

HIỂN THỊ

Hình 2.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống.
- Khối tín hiệu vào: bao gồm sensor cảm biến nhiệt độ, mạch khuyếch
đại. Khối này có chức năng thu nhận tín hiệu vào là nhiệt độ chuyển
hoá thành đại lượng điện để đưa vào vi điều khiển.
- Khối xử lý trung tâm: có chức năng xử lý tín hiệu đưa ra các phản ứng
kịp thời cho hệ thống.
- Khối hiển thị: có chức năng hiển thị giá trị nhiệt độ trong phòng và giá
trị nhiệt độ đặt.
- Khối điều chỉnh: Cho phép tăng giảm và thiết lập giá trị nhiệt độ cần
ổn định.
- Khối chấp hành: Là phần tử chấp hành của hệ thống có nhiệm vụ hoạt
động theo sự điều khiển của khối xử lý trung tâm.

2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH :

Page 11

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Controller
sofware

ADC
routines

Chấp
hành
routines

ro
utines

r
outines

ro
utines
Thiết bị
ro
chấp hành
utines

Cảm biến
nhiệt độ

Keypad
routines

Hiển thị

routines

routine
s Keypad

Hiển thị

2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ HỆ THỐNG
Sensor
nhiêt
độ

KHỞI
ĐỘNG

Nhỏ hơn nhiệt
độ đặt

Lớn hơn nhiệt
độ đặt

ĐO NHIỆT
ĐỘ
PHÒNG

So sánh t 0

Nhiệt
độ đặt

Chuyển chế
độ
độ

ĐIỀU HÒA
BẬT

Lớn hơn t đăt

Nhấn

ĐIỀUKHIỂ
N BẰNG
TAY

Không nhấn

ĐIỀU HÒA
TẮT
2.4 CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG
2.4.1 Modul cảm biến nhiệt độ

Page 12

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



- Cảm biến xác định nhiệt độ môi trường

- Dùng cảm biến xác định tín hiệu vào ra.
- Phát tín hiệu thu được đến modul điều khiển để xử lý.
• Yêu Cầu:
- Điện áp cấp vào ổn định là 5V
- Sai số cho phép ± 2 0 C
- Giải nhiệt độ đo được môi trường là từ 0 đến 45 0 C
2.4.2 Modul điều khiển
- chuyển đổi 2 trạng thái tự động và điều khiển bằng tay
- chế độ bằng tay có 2 công tắc bật tắt
- chế độ tự động có 4 nút bấm : 1 nút cài đặt nhiệt độ ,1 nút tăng,1
nút giảm nhiệt độ và 1 nút xem nhiệt độ đã đặt
• Yêu Cầu:
+ chuyển đổi được 2 trạng thái bật và tắt
+ đơn giản và dễ sử dụng
2.4.3 Modul điều khiển trung tâm
+ Khối điều khiển có nhiệm vụ xử lý các thông tin từ khối thu- phát
truyền tới và đưa ra các tín hiệu điều khiển cho khối modul hiển thị và
module thiết bị chấp hành
• Yêu cầu :
+ có 4 port vào ra với tin hiệu điều khiển độc lập
+ có 1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào
2.4.4 Modul hiển thị
+ khối hiển thị có nhiệm vụ hiển thị nhiệt độ của môi trường và hiển thị
chế độ đặt khi chuyển sang chế độ cài đặt và hiển thị nhiệt độ môi trường khi
thoát khỏi cài đặt
• Yêu Cầu:
+hiển thị được nhiều nhất 16 ký tự
+hiện thị được 2 dòng
2.4.4 Modul thiết bị chấp hành
+ khối chấp hành có 2 nhiệm vụ : on/off khi chế độ điều khiển bằng tay

và chế độ tự động được cài đặt
Page 13

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



• Yêu Cầu:

+ hoạt động chính xác theo sự điều khiển của khối xử lý trung tâm.
2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN
Các linh kiện được sử dụng trong mạch vao gồm:
1. Vi điều khiển PIC16F877A
2. Cảm biến nhiệt độ LM35
3. LCD 16x2
4. IC ổn áp 7805 (ổn áp 5v)
5. nút bấm
6. Rơ le
2.5.1.Vi điều khiển PIC16F877A
a .Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC16F877A
Sơ đồ chân:

Hình 2.5.1.a : Sơ đồ chân PIC 16F877A

o
•

Chức năng các chân:
Chân OSC1/CLKI(13) : là ngõ vào kết nối với dao động thạch anh hoặc

ngõ vào nhận xung clock ngoài.

Page 14

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ
•



Chân OSC2/CLKO(14): ngõ ra dao động thạch anh hoặc ngõ ra cấp xung

clock.
• Chân MCLR/Vpp(1) : MCLR là ngõ vào reset tích cực mức thấp ,Vpp là
ngõ vào nhận điện áp lập trình.
• Chân RA0/AN0(2) : RA0 là xuất/nhập số ,AN0 là ngõ vào tương tự của
kênh thứ 0.
• Chân RA1/AN1(3) : RA1 là xuất/nhập số, AN1 là ngõ vào tương tự của
kênh thứ 1.
• Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF(4) : RA2 là xuất/nhập số, AN2 là ngõ
vào tương tự của kênh thứ 2 ,VREF- ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ
A/D,CVREF là điệp áp tham chiếu VREF ngõ ra bộ so sánh.
• Chân RA3/AN3/VREF+ (5) : RA3 là xuất/nhập số, AN3 là ngõ vào
tương tự của kênh thứ 3 ,VREF+ ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D.
• Chân RA4/TOCKI/C1OUT(6): RA4 xuất /nhập số -mở khi cấu tạo là
ngõ ra , TOCKI là ngõ vào xung clock bên ngoài cho Timer0 ,CIOUT ngõ ra
bộ so sánh 1.
• Chân RA5/AN4/SS/C2OUT(7) : RA5 xuất /nhập số, AN4 là ngõ vào
tương tự kênh thứ 4 ,SS là ngõ vào chọn lựa SPI phụ , C2OUT là ngõ ra bộ so

sánh 2.
• Chân RB0/INT(33) : RB0 xuất /nhập số ,INT là ngõ vào nhận tín hiệu
ngắt ngoài .
• Chân RB1(34) : xuất /nhập số.
• Chân RB2(35) : xuất /nhập số.
• Chân RB3/PGC : RB3 (36)xuất /nhập số ,PGC là chân cho phép lập trình
điện áp thấp ICSP.
• Chân RB4(37) : xuất /nhập số.
• Chân RB5(38) : xuất /nhập số.
•
Chân RB6/PGC (39): RB6 xuất /nhập số ,PGC là mạch gỡ dối và xung
clock lập trình ICSP.
• Chân RB7/PGD (40): RB7xuất /nhập số ,PGD là mạch gỡ dối và dữ liệu
lập trình ICSP.
• Chân RC0/T1OCO/T1CKI (15): RC0 xuất /nhập số, T1OCO là ngõ vào
bộ dao động Timer1, T1CKI là ngõ vào xung clock bên ngoài Timer1.

Page 15

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ
•



Chân RC1/T1OSI/CCP2 (16): RC1xuất /nhập số, T1OSI là ngõ vào bộ

dao động Timer1, CCP2 là ngõ vào Capture2,ngõ ra Compare1,ngõ ra
PWM2.
• Chân RC2/CCP1(17) : RC2 xuất /nhập số, CCP1 là ngõ vào

Capture1,ngõ ra Compare1,ngõ ra PWM1.
• Chân RC3/SCK/SCL(18) : RC3 xuất /nhập số, SCK là ngõ vào xung
clock nối tiếp đồng bộ /ngõ ra cua rchees độ SPI,SCL là ngõ vào xung clock
nối tiếp đồng bộ /ngõ ra của chế độ I2C.
• Chân RC4/SDI/SDA(23) : RC4 xuất /nhập số, SDI dữ liệu vào SPI,SDA
là xuất /nhập dữ liệu I2C.
• Chân RC5/SDO(24) : RC5 xuất /nhập số, SDO dữ liệu ra SPI.
• Chân RC6/TX/CK(25) : RC6 xuất /nhập số, TX là chuyền đồng bộ
USART,CK là xung đồng bộ USART.
• Chân RC7/RX/DT(26) : RC7 xuất /nhập số, RX là nhận bất đồng bộ
USART,DT là dữ liệu đồng bộ USART.
• Chân RD0/PSP0(19): RD0 xuất /nhập số,PSP0 là dữ liệu port tớ song
song.
• Chân RD1/PSP1(20): RD1 xuất /nhập số,PSP1 là dữ liệu port tớ song
song.
• Các chân RD2/PSP2(21), RD3/PSP3(22), RD4/PSP4(27),
RD5/PSP5(28), RD6/PSP6(29), RD7/PSP7(30) tương tự chân 19,20.
• Chân RE0/RD/AN5(8) : RE0 xuất /nhập số, RD điều khiển đọc port tớ
song song , AN5 là ngõ vào tương tự kênh thứ 5.
• Chân RE1/WR/AN6(9) : RE1 xuất /nhập số, RD điều khiển ghi port tớ
song song , AN6 là ngõ vào tương tự kênh thứ 6.
• Chân RE2/CS/AN7(10) : RE2 xuất /nhập số, CS chip chọn lựa điều
khiển port tớ song song , AN7 là ngõ vào tương tự kênh thứ 7.
• Chân VDD(11,32) và VSS(12,31) : là các chân nguồn của PIC.
b. Cấu trúc phần cứng củaPIC16F877A
Cấu trúc tổng quát của PIC16F877A như sau :
-8K Flash Rom
-368 bytes Ram
-256 bytes EFPROM
-5 port vào ra với tin hiệu điều khiển độc lập

-2 bộ định thời Timer0 và Timer2 8 bit
Page 16

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



-1 bộ định thời Timer1 16 bit có thể hoạt động cả chế độ tiết kiệm năng
lượng
-Với nguồn xung clock ngồi
-2 bộ Capture/ Compare/ PWM
-1 bộ biến đổi Analog -> Digital 10 bit, 8 ngõ vào
-2 bộ so sánh tương tự
-1 bộ định thời giám sát (Watch Dog Timer)
-1 cổng song song 8 bit với các tín hiệu điều khiển
-1 cổng nối tiếp
-15 nguồn ngắt

Page 17

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Hình 2.5.1.b: Sơ đồ cấu trúc pic 16F877a

Page 18

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Đặc điểm của PIC16F877A:
PIC16F877A có………………………….. 40 chân .
Tần số hoạt động ………………………… DC-20MHz.
Reset (Delay) …………………………..…POR,BOR(PWRT, OST).
Bộ nhớ chương trình flash(14-bit word)….8K.
Bộ nhớ dữ liệu (byte)……………………..368.
Các nguồn ngắt …………………………..15.
Các port xuất nhập………………………..Các port A,B,C,D,E.
Timer……………………………………..3

Các module capture/compare/PWM……..2
Giao tiếp nối tiếp ………………………...MSSP, USART.
Giao tiếp song song………………………PSP
Module A/D 10bit………………………..8 kênh ngõ vào.
Bộ song sánh tương tự ………………….2.
Tập lệnh ………………………………...35 lệnh.
Số chân………………………………….40 chân PDIP.

•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Sơ đồ khối của FIC16F877A gồm có:
Khối ALU –Arithmetic Logic Unit.
Khối bộ nhớ chứa chương trình –Flash Program Memory.
Khối bộ nhớ chứa dữ liệu EEPROM –Data EPROM.
Khối bộ nhớ file thanh ghi RAM –RAM file Register.
Khối giải mã lệnh và điều khiển - Instruction Decode Control.
Khối thanh ghi đặc biệt .
Khối ngoại vi timer.
Khối giao tiếp nối tiếp .
Khối chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số -ADC.
Khối các port xuất nhập.

2.5.2. Cảm biến nhiệt LM35
• Các tính năng của LM35:
+ Tuyến tính : +10mV/°C.
+ Sai số 0.5°C khi đạt đến 25°C.

Page 19

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



+ Phạm vi đo lớn từ −55° to +150°C.
+ Hoạt động từ 4 đến 30 V.
+ Có ưu điểm là rẻ tiền.
+ Khuyết điểm là không chịu được nhiệt độ cao.
• KẾT NỐI LM35

Dạng 1:
Cảm biến đáp ứng tại ngõ vào từ 2oC đến
150oC
Ngõ ra thay đổi: 10mV/1oC

Dạng 2: (Trong đề tài sử dụng dạng
này)
Cảm biến đáp ứng tại ngõ vào từ -55oC đến
được chọn: R1= -Vs/50 uA
Ngõ ra thay đổi: 10mV/oC
V OUT= -0.55 đến 1.5 Vol.

Tính toán :1.5-(-0.55) x 1/10mV =205

150 oC. Điện trở R1

• Tính toán và thiết kế:

Dựa vào các đặc tính kĩ thuật như trên, nhóm đã thiết kế khối cảm biến
dựa trên các thông số kĩ thuật của nhà sản xuất để áp dụng vào đề tài.
Ta kết nối chân số 2 của cảm biến với ngõ vào AN0 của Pic16F877A.
Chân 1 được nối nguồn 5V nằm trong tiêu chuẩn từ 4 đến 30V. Chân 3 nối
Ground (đất).
LM35 có:
+ Điện áp 0V khi ở 0°C.
+ Điện áp 0.29V khi ở 29°C.

Page 20

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Khi ta chọn độ phân giải 10 bit cho vi điều khiển Pic16F877A thì được
tính
toán nhiệt độ như sau :
 ở 29°C :
Value_ADC = (290mV*1024)/5000mV = 59.392.
Khi đọc giá trị từ cảm biến LM35 thì trong vi điều khiển sẽ có giá trị là:
Value_ADC = 59.392.
Vì vậy muốn đổi ra nhiệt độ °C thì : T°C = (59.392 * 5000/1024)/10 = 29.

Tức là T°C = 59.392 / 2.
2.5.3. LCD 16×2

Hình 2.5.3: Sơ đồ chân của LCD
LCD DM1602A là LCD hiển thị được 2 hàng mỗi hàng hiển thị được 16 kí
tự.
Thông số :
+ Kích thước hiển thị : 16x2 dòng
+ Màu hiển hiển thị : đen trắng
+ Chế độ giao tiếp : 8 hoặc 4 bít

Page 21

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



+ Cỡ chữ hiển thị : 5x7 hoặc 5x10
+ Số chân : 14

Sơ đồ chân của LCD 1602
Chân
số

Tên

Chức năng

Chân nối đất cho LCD, khi thiết ta nối chân này với GND của

vi điều khiển.

1

vcc

2

VDD

Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế ta nối chân này với
VCC = 5V của mạch điều khiển.

3

Vee

Dùng để điều chỉnh độ tương phản cho LCD.

4

RS

5

R/W

Chân chọn thanh ghi (register seclect). Nối chân RS xuống
mức logic ‘0’ (GND) hay ‘1’ (VDD) để chọn thanh ghi.
+ Mức ‘0’ : Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh của

LCD (ở chế độ ‘ghi’- write)hoặc nối với bộ đếm địa chỉ
của LCD (ở chế độ ‘đọc’- read).
+ Mức ‘1’ : Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh hgi dữ liệu DR
trong LCD.
Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write). Nối chân R/S xuống
mức logic ‘0’ để LCD hoạt động ở chế độ ghi hoặc nối R/S
lên mức logic ‘1’ để LCD hoạt động ở chế độ đọc.
Chân cho phép (Enable). Sau khi các tin hiệu được đặt lên
DB0-DB7. Các lệnh chỉ được chấp nhận khi có một xung cho
phép của chân E.
+ Ở chế độ ghi : dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào
(chấp nhận) thanh ghi ở bên trong nó khi xuất hiện một
xung cạnh xuống (từ cao xuống thấp) của chân tín hiệu E.
+ Ở chế độ đọc : dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7
khi phát hiện cạnh lên ở chân E và dữ liệu sẽ được giữ ở
DB0-DB7 cho tới khi nào chân E xuống mức thấp.

E
6

7-14

DB0- DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU. Có hai
chế độ sử dụng 8 đường bus này :
+ Chế độ 8 bit : dữ liệu được truyền trên cả 8 đường này,bit MSB với
là bit DB7
+ Chế độ 4 bit : dữ liệu được truyền trên 4 đường DB4 –DB7, bit MSB
với là bit DB7.

bảng 3 : dữ liệu chân của lcd
Mã (hex)

1

Lệnh đến thanh ghi của LCD
Xóa màn hình hiển thị.

Page 22

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



2

Trở về đầu dòng.

4

Dịch con trỏ sang trái.
Dịch con trỏ sang phải.

5
6

Dịch hiển thị sang trái.

7

Dịch hiển thị sang phải.

8

Tắt con trỏ, tắt hiển thị.
Tắt hiển thị, bật con trỏ.

A
C

Bật hiển thị, tắt con trỏ.

E

Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ.

F

Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ.

10

Dịch vị trí con trỏ sang trái.

14

Dịch vị trí con trỏ sang phải.

18

Dịch toàn bộ hiển thị sang trái.

1C

Dịch toàn bộ hiển thị sang phải.

80

Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất.

C0

Ép con trỏ về đầu dòng thứ hai.

38

Hai dòng, ma trận 5x7.

Bảng 4: Các lệnh điều khiển hiển thị LCD

2.5.4 RƠ LE

Page 23

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



Hình 2.5.4: Sơ đồ cấu tạo rơle
• KHÁI NIỆM CHUNG VỀ RƠLE

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi
tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng
cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện
động lực.
• Các bộ phận (các khối) chính của rơle
+ Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu)
Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng
cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.
+ Cơ cấu trung gian( khối trung gian)
Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi
nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động.
+ Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành)
Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.

2.5.5

IC ổn áp

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử
dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn
Page 24

Điều Khiển Điều Hòa Nhiệt Độ



giản. Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần
ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp
78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805:

Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo hệ thống điều hòa
Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:
* Chân số 1 là chân IN.
* Chân số 2 là chân GND.
* Chân số 3 là chân OUT.
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.
Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các
loại IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột:
điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ
được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi.
Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến
9V để đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người
dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong
trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do
đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của
nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần
quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa.
2.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH

Page 25

Thiết kế điều khiển cho điều hòa nhiệt độ

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về