Đo và điều khiển lò ấp trứng gà hiển thị LCD

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

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

PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN: VXL
Số : ………
Nhóm sinh viên thực hiện :
Khoá : 12…………………… Khoa : Điện
TT
Họ và tên
1
Nguyễn Thế Bách
2
Nguyễn Thành Đạt
3
Nguyễn Văn Huy
4
Nguyễn Văn Thành
5
Hoàng Công Trung

Mã số sinh viên
1141240096
2017600175
2017601030
2017600554
2017600501

I. NỘI DUNG

Đề tài:”Đo và điều khiển nhiệt độ lò ấp trứng gà hiển thị LCD”
II.PHẦN THUYẾT MINH
Yêu cầu về nội dung:
- Nhóm sinh viên từ 1- 5 người
- Được chọn nội dung bài toán trong thực tiễn, được tự chọn bài toán công nghệ để xây dựng chương trình trên
vi điều khiển
- Các đề tài chọn phải đảm bảo khai thác được tối thiểu tài nguyên của VĐK như sau
+ Đầu vào phải sử dụng đọc được tín hiệu tương tự
+ Hiển thị phải sử dụng được LED 7 thanh hoặc LCD
+Về thuật toán điều khiển tối thiểu phải thực hiện được chế độ on/off và cảnh báo được
Yêu cầu về bố cục:
1/ Tổng quan về các dòng vi điều khiển đang sử dụng trên thị trường so sánh với 8051/8052 đang học (2
trang, đưa về dạng so sánh, dạng bảng)
2/ Thiết kế mạch điều khiển sử dụng VĐK 8051/8052 (5-trang)
Tổng quát:
- Chọn và giới thiệu bài toán thực tiễn có hình ảnh, biến cần điều khiển, yêu cầu của biến điều
khiển
- Vẽ sơ đồ khối của hệ thống, giới thiệu các khối
Phần cứng:
- Tính chọn thiết bị của hệ thống
- Vẽ sơ đồ nguyên lý
Phần mềm:
- Lên danh mục các việc VĐK phải làm
- Xác định cấu trúc chương trình- phân bổ công việc vào chương trình, chương trình con, chương
trình ngắt hợp lý
- Xác định bảng biến cho từng chương trình, và viết lưu đồ thuật toán
- Viết chương trình trên nền C
3/ Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Proteus
4/ Phân tích và nhận xét kết quả (1 trang)

Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề /05/2020
Ngày hoàn thành : 06 /2020
Chó ý:
1. Ngoài nội dung hướng dẫn trên lớp nếu sinh viên có câu hỏi, thắc mắc trong quá tr×nh làm bài tập lớn gửi
về địa chỉ :
2. Trước khi bảo vệ bài tập lớn sinh viên phải nộp:
File mềm gồm file trình bày bài tập lớn và file mô phỏng
Quyển in khổ giấy A4.

Hà nội ngày….tháng …05..năm 2020
Giáo viên hướng dẫn

Trưởng bộ môn

1


Chương 1:Tổng quan về các dòng vi điều khiển
1.Tổng quan về các dòng vi điều khiển đang sử dụng trên thị trường
1.1. Vi điều khiển là gì ?
Một bộ vi điều khiển có thể so sánh với một máy tính độc lập nhỏ; nó là một thiết bị cực kỳ
mạnh mẽ, có khả năng thực hiện một loạt các tác vụ được lập trình sẵn và tương tác với các
thiết bị phần cứng bổ sung. Được đóng gói trong một mạch tích hợp nhỏ (IC) có kích thước
và trọng lượng thường không đáng kể, nó đang trở thành bộ điều khiển hoàn hảo cho robot
hoặc bất kỳ máy nào cần một số loại tự động hóa thông minh. Một bộ vi điều khiển duy nhất
có thể đủ để quản lý một robot di động nhỏ, máy giặt tự động hoặc hệ thống bảo mật. Một số
bộ vi điều khiển chứa bộ nhớ để lưu chương trình sẽ được thực thi và rất nhiều dòng đầu
vào / đầu ra có thể được sử dụng để hoạt động chung với các thiết bị khác, như đọc trạng thái
của cảm biến hoặc điều khiển động cơ.

1.2. Vi điều khiển 8051
Vi điều khiển 8051 là một họ vi điều khiển 8 bit được Intel phát triển vào năm 1981. Đây là
một trong những họ vi điều khiển phổ biến đang được sử dụng trên toàn thế giới. Bộ vi điều
khiển này còn được gọi là hệ thống trên một chip vì nó có 128 byte RAM, 4Kbyte ROM, 2
Timers, 1 cổng nối tiếp và 4 cổng trên một chip. CPU cũng có thể hoạt động cho 8 bit dữ liệu
tại một thời điểm vì 8051 là bộ xử lý 8 bit. Trong trường hợp dữ liệu lớn hơn 8 bit, thì nó
phải được chia thành các phần để CPU có thể xử lý dễ dàng. Hầu hết các nhà sản xuất có
chứa 4Kbyte ROM mặc dù số lượng ROM có thể vượt quá 64 K byte.
1.3. Vi điều khiển ARM
Bộ xử lý ARM cũng là một trong những họ CPU dựa trên kiến trúc RISC (máy tính tập lệnh
giảm) được phát triển bởi Advanced RISC Machines (ARM). ARM tạo ra bộ xử lý đa lõi
RISC 32 bit và 64 bit. Bộ xử lý RISC được thiết kế để thực hiện một số lượng nhỏ hơn các
loại hướng dẫn máy tính để chúng có thể hoạt động ở tốc độ cao hơn, thực hiện thêm hàng
triệu phép tính mỗi giây (MIPS). Bằng cách loại bỏ các phép tính không cần thiết và tối ưu
hóa các lộ trình, bộ xử lý RISC mang lại hiệu suất vượt trội tại một phần nhu cầu năng lượng
của quy trình CISC (tính toán tập lệnh phức tạp).
Bộ xử lý ARM được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử của khách hàng như điện
thoại thông minh, máy tính bảng, máy nghe nhạc đa phương tiện và các thiết bị di động khác,
chẳng hạn như thiết bị đeo. Do tập lệnh được giảm xuống , chúng cần ít bóng bán dẫn hơn,
cho phép kích thước nhỏ hơn của mạch tích hợp (IC). Bộ xử lý ARM, kích thước nhỏ hơn
giảm độ khó và chi phí điện năng thấp hơn khiến chúng phù hợp với các thiết bị ngày càng
thu nhỏ.
1.4. Vi điều khiển PIC
Bộ điều khiển giao diện ngoại vi (PIC) là bộ vi điều khiển được phát triển bởi Microchip, bộ
vi điều khiển PIC rất nhanh và đơn giản để thực hiện chương trình khi chúng ta đối chiếu các
bộ vi điều khiển khác như 8051. Dễ dàng lập trình và giao tiếp với các thiết bị ngoại vi khác
PIC trở thành bộ vi điều khiển thành công.
PIC là một bộ vi điều khiển bao gồm RAM, ROM, CPU, bộ đếm thời gian, bộ đếm, ADC
2

(bộ chuyển đổi tương tự sang số), DAC (bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự). Vi điều
khiển PIC cũng hỗ trợ các giao thức như CAN, SPI, UART để giao tiếp với các thiết bị ngoại
vi bổ sung. PIC chủ yếu được sử dụng để sửa đổi kiến trúc Harvard và cũng hỗ trợ RISC
(reduced instruction set computer) theo yêu cầu trên RISC và Harvard, chúng ta có thể chỉ
đơn giản là PIC nhanh hơn các bộ điều khiển dựa trên 8051 được chuẩn bị từ kiến trúc VonNewman.
1.5. Vi điều khiển AVR
Bộ vi điều khiển AVR được phát triển vào năm 1996 bởi Tập đoàn Atmel. Thiết kế cấu trúc
của AVR được phát triển bởi Alf-Egil Bogen và Vegard Wollan. AVR lấy tên từ các nhà phát
triển của nó và là viết tắt của vi điều khiển Alf-Egil Bogen Vegard Wollan RISC, còn được
gọi là Advanced Virtual RISC. AT90S8515 là bộ vi điều khiển ban đầu dựa trên kiến trúc
AVR, mặc dù bộ vi điều khiển đầu tiên tung ra thị trường thương mại là AT90S1200 trong
năm 1997. Vi điều khiển AVR có sẵn trong ba loại TinyAVR: – Bộ nhớ ít hơn, kích thước
nhỏ, phù hợp chỉ dành cho các ứng dụng đơn giản hơn MegaAVR: – Đây là những thiết bị
phổ biến chủ yếu có dung lượng bộ nhớ tốt (lên tới 256 KB), số lượng thiết bị ngoại vi sẵn
có cao hơn và thích hợp cho các ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp. XmegaAVR: – Được sử
dụng trong thương mại cho các ứng dụng phức tạp, cần bộ nhớ chương trình lớn và tốc độ
cao.
1.6. So sánh sự khác nhau chính của các chip:

3


Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều
khiển 8051
2.1 Giới thiệu đề tài:
Đề tài thiết kế mạch sử dụng vi điều khiển điều chỉnh nhiệt độ trong lò ấp trứng
2.1.2 Tổng quan một lò ấp trứng đơn giản:
Để làm được một máy ấp trứng chúng ta cần những thiết bị sau:
1. Bộ điều khiển nhiệt độ.

2. Một bóng đèn 40W
3. Một thùng xốp dài 60cm, rộng 45cm, cao 40cm.
4. Một quạt thông gió loại nhỏ.
5. Một ca đựng nước

2.1.3 Yêu cầu của một lò ấp trứng:
Để tạo ra một máy ấp trứng gà cần đáp ứng các yêu cầu sau:
- Đảm bảo nhiệt độ thích hợp (37-38°C ) và ổn định.
- Đảm bảo độ ẩm từ 50-80%.
- Đảm bảo thông gió thoáng khí nơi tủ ấp.
- Đảm bảo đảo trứng thường xuyên (1-3h 1 lần).
4


2.1.4 Các biến cần điều khiển và yêu cầu của biến điều khiển:
Với một lò ấp trứng ta cần điều khiển 2 thiết bị chính là quạt thông gió và bóng đèn để cấp
nhiệt cho lò ấp.
- Bóng đèn cung cấp nhiệt cho lò ấp: được điều khiển bằng vi xử lý. Bóng đèn cần được bật
khi nhiệt độ trong lò ấp chưa đạt tới nhiệt độ đặt, và bóng đèn sẽ tắt khi nhiệt độ trong lò ấp
vượt quá nhiệt độ đặt.
- Quạt thông gió: quạt sẽ được bật liên tục khi hệ thống hoạt động để lưu thông khí và hơi
ẩm đi toàn bộ lò ấp.
2.1.5 Sơ đồ khối của hệ thống:
Khối cảm biến
nhiệt độ

Vi điều khiển

Mạch điều khiển
nhiệt độ

Khối hiển thị
- Khối cảm biến nhiệt độ: khối này có chức năng đo nhiệt độ bên trong lò ấp trứng sau đó
đưa vào vi điều khiển.
- Vi điều khiển: Đọc giá trị nhiệt độ từ cảm biến xử lý thông tin để đưa ra khối hiển thị và
mạch điều khiển nhiệt độ.
- Mạch điều khiển nhiệt độ: Điều khiển quạt thông gió và bật tắt bóng đèn để giữ nhiệt độ
lò ấp luôn nằm trong khoảng setpoint.
- Khối hiển thị: Hiển thị nhiệt độ đặt và nhiệt độ hiện tại của lò ấp.
2.1.6. Tính chọn thiết bị của hệ thống:
1. Vi điều khiển 8051:

AT89S51-24PU DIP40
Tính năng:
- Tính toán các phép toán logic
5


- Lập trình điều khiển nhiều thiết bị
- Dùng trong các mạch điều khiển
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp 4 đến 5.5V
- Tần số 0 Hz đến 33Mhz
- 2 Timer/Counters 16-bit
- 6 ngắt: Reset, ngắt ngoài 0, Timer 0, ngắt ngoài 1,Timer 1, ngắt truyền thông
2. Cảm biến nhiệt độ DS18B20

DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ, chỉ bao gồm 3 chân, đóng gói dạng TO-92 3 chân rất
nhỏ gọn.
DS18B20 giao tiếp thông qua giao thức 1 dây dẫn với vi xử lý.

Đặc điểm chính của DS18B20 như sau:
- Điện áp nuôi từ 3V đến 5.5V
- Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải 12bit.
- Ngưỡng nhiệt độ rộng: -55°C đến 125°C
- Sai số cho phép: ±0.5°C
3. Màn hình LCD:

Màn Hình LCD 1602
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động 5V
6


4.

Kích thước 80x36x12.5 mm
Chữ đen,nền xanh lá
Hiển thị tối đa 16 ký tự trên 2 dòng
Thạch anh 12MHz

5. Điện trở

6. Điện trở thanh 10 kW

7. Nút nhấn 2 chân

7


8. Tụ điện

9. Relay 12V 5 chân.

Thông số kỹ thuật:
- Điện áp điều khiển 12V
- Dòng điện cực đại 10A
- Thời gian tác động 10ms
- Thời gian nhả hãm 5ms
- Nhiệt độ hoạt động -45 đến 75 độ
10.Bóng đèn sợi đốt 40W

8


Điện áp hoạt động 220V/50Hz
11. Nguồn 12V

Điện áp vào 220 VAC
Điện áp ra 12 VDC
Dòng 5A

2.2 Mạch Sơ đồ nguyên lý:
Bắt đầu

Định nghĩa các biến, khởi tạo
cài đặt các thông số LCD,
DS18B20
Đọc nhiệt độ đặt

Đọc giá trị nhiệt độ của cảm biến

DS18B20

Hiển thị nhiệt độ đặt và nhiệt độ
đo được ra LCD9


Ye
Sai
Ngừng cấp nhiệt

Đúng
Nhiệt độ < nhiệt độ đặt 1 độ

cấp nhiệt

2.3 Phần Mềm
A, Danh mục các việc vi điều khiển cần làm :
+Cấu hình vi điều khiển
+ Cấu hình LCD
+ Cấu hình Cảm Biến Nhiệt Độ DS18B20
+ Đọc nhiệt độ từ DS18B20
+ Thiết lập nhiệt độ đặt khi có ngắt
+ Hiển thị nhiệt độ và nhiệt độ đặt ra màn hình LCD
+ Đưa ra tín hiệu điều khiển bật tắt mạch gia nhiệt .
Lưu Đồ Cho Vi Điều Khiển 8051

Start
+Cấu hình vi điều khiển
+Cấu hình LCD
+Cấu hình DS18B20

+Cấu hình các tài nguyên khác

+Khởi tạo LCD
+Khởi tạo DS18B20

+ Đọc nhiệt độ từ cảm biến
DS18B20
+ Hiển Thị ra màn hình LCD

While(1
)

s
Ngắt

Đ

10

Thực hiện chương trình
ngắt


2.4: Xác định cấu trúc chương trình và phân bố công việc cho từng chương
trình:
A, Chương trình khởi tạo
Cấp Nguồn

+Cấm tất cả các biến ngắt
+Khởi tạo ngăn xếp

+Khởi tạo các ngoại vi
+Khởi tạo các biến số, hằng số
B, Chương trình ngắt
Đợi ngắt
INT EX0
Chương trình ngắt
Có nhiệm vụ thực hiện
Các công việc cài đặt
Nhiệt độ đặt cho lò ấp

…….
…….
…….

C, Chương trình con
SBR0

…
…

RET

RET 1

SBR1

…
…

RET

11

……..

………….

SBR
n

…
…

RET


 Các chương trình con có nhiệm vụ :
+, Tạo hàm delay
+, Giao tiếp giữa vi điều khiển với màn hình LCD
+, Giao tiếp giữa vi điều khiển với IC DS18B20

D, Lưu đồ thuật toán cho các chương trình
• Lưu đồ thuật toán cho hàm trễ ms

• Lưu đồ thuật toán cho hàm trễ us

12


• Lưu đồ thuật toán giao tiếp với IC DS18B20

13


• Lưu đồ thuật toán màn hình LCD

14


• Lưu đồ thuật toán ghi chuỗi ký tự trên LCD

2.5. Chương trình trên C cho hệ thống.

15


16


17


18


19


Chương 3: Thiết kế mạch sử dụng 8051 trên Proteus
 Các thiết bị có trong mạch mô phỏng :
+Vi xử lý AT89C51

+Tụ điện C1,C2
+ LCD hiển thị LMO18L
+ Cảm biến nhiệt độ DS18B20
+ AND,NOT
+VSINE
+ RELAY
+Điện trở thanh RESPACK-8
+ Biến Trở RV1
+ Tụ thạch anh CRYBTAL
+Nút Ấn
+ DIODE
+Điện Trở
+Transistor loại NPN

20


Chương 4: Phân tích và nhận xét kết quả
* Phân tích và nhận xét kết quả:
Với mạch đo và điểu khiển nhiệt độ do nhóm em thiết kế trong đề tài về cơ bản đáp
ứng được các yêu cầu về việc đo hiển thị và khống chế được nhiệt độ mong muốn. Hệ thống
hoạt động ổn định, độ chính xác cao hơn các phương pháp truyền thống. Tuy nhiên hạn chế ở
đề tài nghiên cứu của chúng em là ứng dụng của rất nhiều lĩnh vực nên cần phải có vốn kiến
thức tổng hợp để thiết kể được một sản phẩm hoàn chỉnh. Hướng mở rộng của đề tài: chúng
ta có thể nghiên cứu thêm về thuật toán sử dụng phương pháp điều khiển bằng PID giúp cho
việc điều chỉnh nhiệt độ bám sát vào nhiệt độ đặt hơn, độ chính xác sẽ cao hơn. Đây là lần
đầu tiên nghiên cứu vầ đề tài đo lường và cảm biến sử dụng vi xử lý nên còn rất nhiều hạn
chế về kiến thức cũng như cách nhìn nhận vấn đề nên chúng em rất mong nhận được sự nhận
xét đánh giá của cô để sản phẩm này được hoàn thiện hơn.

21