Đo nhiệt độ hiển thị trên LCD và điều khiển động cơ thông qua ngưỡng nhiệt độ

BÁO CÁO
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ

Đề tài nhóm 10: Đo nhiệt độ hiển thị trên LCD và
điều khiển động cơ thông qua ngưỡng nhiệt độ
Giáo viên hướng dẫn :GS.TS.Phạm Thanh Hiệp
Sinh viên thực hiện : Trần Văn Bắc DTVT15A
Trần Đình Huỳnh DTVT16A
Nguyễn Việt Anh DTVT16A

Hà Nội 2021
1


MỤC LỤC
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Bài và ý tưởng thực hiện
1.2 Sơ đồ khối chức năng
1.3 Các thành phần mạch
1.4 Nguyên lý cảm biến quang trở
1.5 Atmega 328pu
1.6 Phân tích khối nguồn

2. MƠ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ
2.1 Mạch mơ phỏng
2.2 Mạch nguyên lý
2.3 Mạch PCB
2.3 Mạch 3D

3. THU HOẠCH

2


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho đời sống con người
ngày càng được nâng cao. Khi mức sống con người được nâng cao thì địi hỏi mơi
trường sống của con người cần được cải thiện nhiều hơn. Sống trong một xã hội
mà các chỉ số mơi trường an tồn với sức khỏe của con người là mục tiêu hướng
tới của cộng đồng. Chính vì lẽ đó con người cần phải biết được các chỉ số mơi
trường sống hiện tại để từ đó có các biện pháp phịng tránh và cải thiện nó.
Hiện nay với sự phát triển mạnh mẽ của IoT (Internet of Things) và giám sát
dữ liệu đã được mở rộng thông qua ứng dụng và các thiết bị được kết nối Internet.
Từ đó tạo được sự thuận tiện và hiện đại trong cuộc sống của con người.
Nội dung của đề tài là áp dụng những kiến thức điện tử đã học để thiết kế mạch
đo các chỉ số môi trường như nhiệt độ và qua đó có thể điều khiển động cơ.
Dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Phạm Thanh Hiệp, chúng em đã thu
được nhiều kiến thức cũng như kỹ năng cần thiết khi thực hiện đề tài. Cảm ơn thầy
đã hỗ trợ và giúp chúng em thực hiện đề tài này.
Mặc dù đã cố gắng hết khả năng của mình nhưng do trình độ kiến thức và kinh
nghiệm cịn hạn chế, nên khơng tránh khỏi có những sơ sót. Chúng em rất mong
được sự nhận xét, đánh giá, đóng góp ý kiến của các thầy cơ.

3


1. Giới thiệu chung
1.1 Đề bài và ý tưởng thực hiện
Đề bài: Đo nhiệt độ hiển thị trên LCD và điều khiển động cơ thông qua
ngưỡng nhiệt độ
- Ý tưởng:

+ Mạch nhận biết nhiệt độ thông qua điện trở nhiệt , tín hiệu trả về
là điện áp ứng với nhiêt độ tại điểm đo. Vi điều khiển tiếp nhận và
xử lý tín hiệu đó, sau đó đưa ra lệnh điều khiển đến cơ cấu chấp
hành (động cơ) để điều khiển động cơ quay. Ta có thể chỉnh ngưỡng
thơng qua phím bấm để cài đặt ngưỡng mà động cơ sẽ quay.
1.2 Sơ đồ khối chức năng

Vi điều khiển

Điện trở nhiệt

Động cơ

LCD

Phím bấm
Nguồn

4


1.3 Các thành phần mạch
- Vi điều khiển ATMEGA328p: xử lý thơng tin và đưa ra tín hiệu điều
khiển.
- Điện trở nhiệt: Trả về giá trị điện áp
- Động cơ điện 1 chiều:
- Phím bấm: điều khiển ngưỡng tăng giảm bằng tay.
- Màn hình LCD 16x2: hiển thị, kiểm tra
1.4 Nguyên lí Điện trở nhiệt:
Nguyên lý hoạt động

NTC: là nhiệt điện trở trị số âm , khi nhiệt độ tăng thì điện trở của NTC
sẽ giảm , điện áp thu được sẽ tăng lên . Ngược lại khi nhiệt độ giảm điện
trở của NTC tăng điện áp thu được giảm xuống .
Ta có cơng thức tính nhiệt độ của NTC
1
T

1
= ¿+273.15
+ 1β *Ln( 1023
-1)
Vo

Trong đó : To Là nhiệt độ mặc định bằng 25ºc
Β

Là hằng số điện trở = 4050

Vo Điện áp đầu vào vi xử lý
T

Nhiệt độ thực tế độ Kenvin

TºC = T – 273,15

5


1.5 ATMEGA328pu
Bộ vi điều khiển AVR® 8-bit cơng suất thấp, hiệu suất cao

• Kiến trúc RISC nâng cao– 131 Hướng dẫn mạnh mẽ - Thực thi chu
kỳ đơn xung nhất– Thanh ghi làm việc mục đích chung 32 x 8– Hoạt
động hồn tồn tĩnh– Thơng lượng lên đến 16 MIPS ở tốc độ 16 MHz–
Hệ số nhân 2 chu kỳ trên chip
• Độ bền cao Các phân đoạn bộ nhớ khơng bay hơi– 32K byte Bộ nhớ
chương trình Flash tự lập trình trong hệ thống– 1024 byte EEPROM–
2K byte nội bộ SRAM– Ghi / xóa chu kỳ: 10.000 Flash / 100.000
EEPROM– Dữ liệu duy trì: 20 năm ở 85 ° C / 100 năm ở 25 ° C (1) Phần mã khởi động tùy chọn với khóa độc lập Bits trong hệ thống Lập
trình trong hệ thống bằng chương trình khởi động trên chipTrue thao
tác đọc-trong khi ghi– Khóa lập trình cho bảo mật phần mềm
• JTAG (Tn theo IEEE std. 1149.1) Giao diện– Khả năng quét ranh
giới Theo Tiêu chuẩn JTAG– Hỗ trợ gỡ lỗi trên chip mở rộng– Lập
trình Flash, EEPROM, Cầu chì và Khóa Bit thơng qua Giao diện JTAG
• Tính năng ngoại vi– Hai bộ hẹn giờ 8 bit / Bộ đếm với các bộ đếm và
so sánh riêng biệt Các chế độ– Một bộ định thời / bộ đếm 16 bit với bộ
định mức riêng biệt, chế độ so sánh và chế độ chụp ảnh - Bộ đếm thời
gian thực với bộ dao động riêng– Bốn kênh PWM– 8 kênh, kênh một
đầu 10 bit ADC8 7 kênh vi sai trong gói TQFP Chỉ 2 kênh vi phân với
Độ lợi lập trình ở 1x, 10x hoặc 200x– Giao diện nối tiếp hai dây định
6


hướng Byte– Giao diện nối tiếp USART– Master / Slave SPI có thể lập
trình– Bộ hẹn giờ theo dõi có thể lập trình với Bộ dao động trên chip
riêng biệt– Bộ so sánh tương tự trên chip
• Tính năng vi điều khiển đặc biệt - Đặt lại khi bật nguồn và phát hiện
ra màu nâu có thể lập trình được– Bộ dao động RC được hiệu chỉnh
bên trong– Nguồn ngắt bên ngoài và bên trong– Sáu chế độ ngủ: Chờ,
Giảm nhiễu ADC, Tiết kiệm năng lượng, Tắt nguồn, Chế độ chờ và
Chế độ chờ mở rộng

• I / O và Gói - 32 Dịng I / O có thể lập trình - PDIP 40 chân, TQFP 44
đạo trình và 44-pad QFN / MLF
• Điện áp hoạt động– 2,7 - 5,5V cho ATmega32L– 3,3 - 5,5V cho
ATmega32pu
• Cấp tốc độ– 0 - 8 MHz đối với ATmega32L– 0 - 16 MHz đối với
ATmega32

7


Hình 1.5.1 Sơ đồ chân ATMEGA32
- Cơng dụng các chân
+ VCC : điện áp cung cấp kỹ thuật số
+ GND : Nối đất
+ Port A : Đầu vào tương tự cho bộ chuyển đổi A/D. Đồng thời là các chân
I/O hai chiều 8 bit
+ Port B, port C, port D: là các chân I/O 2 chiều 8 bit đa chức năng
+ Reset : đặt lại đầu vào. Mức thấp trên chân này lâu hơn độ dài xung tối
thiểu sẽ tạo ra,
+ XTAL 1 : đầu vào cho bộ khuếch đại dao động đảo ngược và đầu vào cho
mạch vận hành đồng hồ bên trong
+ XTAL 2 : đầu ra cho bộ khuếch đại dao động đảo ngược
8


+ AVCC : chân điện áp cho port A và bộ chuyển đổi A/D. Nó phải được
hình thành bên trong gần với VCC, ngay cả khi ADC không được sử dụng. Nếu
ADC được sử dụng nó phải được kết nối với VCC thông qua một bộ lọc thông
thấp
+ AREF : chân tham chiếu tương tự cho bộ chuyển đổi A/D

( Nguồn: ATEML.COM, ALLDATASHEET.COM)
1.8 Phân tích khối nguồn

Hình 1.7.1 Sơ đồ mạch nguồn
- Cấu tạo, tác dụng, nguyên lý:
+ Biến áp dùng để hạ áp từ 220V xoay chiều xuống 12V xoay chiều
primary inductance
V
= ¿
secondary inductance V out

2

( )

=> Primary inductance = 336 H, sencondary inductance = 1 H
+ Mạch nắn dòng cả chu kỳ: biến đổi dòng xoay chiều thành 1 chiều. Ở đây
là nắm dòng 12V xoay chiều thành 1 chiều. Ta thấy rằng tụ điện phóng điện trong
gần như tồn bộ thời gian của sóng chỉnh lưu nửa sóng (trong trường hợp của
chúng ta, sự phóng điện này là do dòng tải I_max = 1 A đi vào LM7805). Thời
gian phóng điện của tụ điện hồ chứa trong trường hợp chỉnh lưu nửa sóng là
T_discharge = T = (1 / f) = (1/60 Hz) = 16,6 ms, tuy nhiên, trong trường hợp của
9


chúng ta, chúng ta có bộ chỉnh lưu phức tạp hơn ( Cầu diode ) cung cấp đầu ra
chỉnh lưu tồn sóng. Vì vậy, thời gian xả sẽ là T_discharge = T / 2 = (1/2 * f) = 8,3
ms.
+ Tụ hóa C1(1000uF): là phẳng tín hiệu từ đầu ra của cầu Diode để được tín
hiệu chuẩn một chiều DC. Để dịng điện ln đảm bảo trong khoảng giá trị thích

I max∗T discharge

hợp của IC 7805, ta nên chọn tụ có giá trị theo cơng thức: C ≥ V −V
max
min

+ Tụ gốm C3-104 (10.10^4 pF = 100 nF): lọc nhiễu cao tần khi có sự biến
động của dịng điện AC đầu vào như có sét đánh hay tiếp xúc kém giữa ổ cắm.

(Biểu diễn tín hiệu đi qua linh kiện trong khối nguồn)
+ IC 7805: IC ổn áp đầu ra là 5V. Đâu vào thỏa mãn trong khỏang giá trị tù
7V-20V nên thiết kế đầu vào IC 7805 là 12 V thì thõa mãn u cầu.
+ Tụ hóa C2: lọc tín hiệu 1 chiều sau khi hạ áp.
Tính tốn cụ thể:
10


Biến áp
 Điện áp đầu ra biến áp
V out min =V ¿ min ( LM 7805 ) +V rơi (bộ chỉnh lưu )

= 7 + 1.4 = 8.4 VAC
 Chọn V out =12VAC .
 Số vòng dây được cuốn trên biến áp
N 1 V 1 2 220
=
=
N2 V2
12

2

( )( )

 Dịng định mức mà biến áp có thể chịu được
P=S loithep2=( a. b)2=U max . I max

với Sloithep : tiết diện lõi thép
(a . b)2
 I max=
U max

 Diode cho mạch cầu chỉnh lưu
 Dòng điện định mức của diode I max > I tải=1 A
 Chọn diode RL207
o Điện áp giới hạn: 1000V
o Dòng điện giới hạn: 2A
 Tụ điện
 Điện áp định mức

V max ≥ 120 % . √ 2. V 2
≥ 1.2. √ 2.12=20V

 Chọn V max =20 V .
I

tải
 Giá trị điện dung C= 2 πf .V
ra

¿

1
=6.37 .10−4 F
2 π .50.5

 Chọn C = 1000 uF.
11


2. Mô phỏng và thiết kế
2.1 Mạch mô phỏng

2.3 Mạch nguyên lý
12


2.3 Mạch PCB

13


14


15


2.4 Mạch mơ hình 3D

16


17


3. THU HOẠCH
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu; thực hành thiết kế và hồn thiện sản
phẩm “ mạch đóng mở rèm cửa qua cảm biến ánh sáng”, chúng em đã có thêm
kiếm thức về vi điều điểu ATMEGA328pu Thêm nữa chúng em đã được thực hành
trên phầm mềm mô phỏng proteus, và một số phần mềm viết code.
Như vậy qua học phần thiết kế mạch điện tử, chúng em đã học hỏi thêm kiến
thức và có kinh nghiệm sử dụng các phần mềm liên quan, cũng như hiểu biết thêm
về các linh kiện và tác dụng của chúng.

_Chúng em xin chân thành cảm ơn_

18