Mạch điều khiển động cơ DC theo nhiệt độ và giao tiếp với máy tính qua wifi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG
----------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
Đề tài: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NHIỆT
ĐỘ VÀ GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH QUA WIFI
Nhóm sinh viên thực hiện:

Giảng viên hướng dẫn:

Nhóm số 12
Tạ Thị Ngọc Mai

20152379

Trương Bá Mạnh

20152414

Dương Quang Minh

20152425

Lương Văn Minh

20152445

Nguyễn Thị Minh

20152478

PGS.TS Phạm Ngọc Nam

Hà nội, ngày 16 tháng 6 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG
----------

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN
KỸ THUẬT VI XỬ LÝ
Đề tài: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC THEO NHIỆT
ĐỘ VÀ GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH QUA WIFI
Nhóm sinh viên thực hiện:

Giảng viên hướng dẫn:

Nhóm số 12
Tạ Thị Ngọc Mai

20152379

Trương Bá Mạnh

20152414

Dương Quang Minh

20152425

Lương Văn Minh

20152445

Nguyễn Thị Minh

20152478

PGS.TS Phạm Ngọc Nam

Hà nội, ngày 16 tháng 6 năm 2018


ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Giảng viên đánh giá: ………………………………………………………
Nhóm số 12
Tên báo báo: Mạch điều khiển động cơ DC theo nhiệt độ và giao tiếp với máy tính
qua wifi
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới
đây:
Rất kém(1)
Kém(2)
Đạt(3)
Giỏi(4)
Xuất sắc(5)
Nhận xét thêm của Thầy/Cô
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………...........
Ngày 16/6/2018
Người nhận xét

(ký và ghi rõ họ tên)

1


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, các sản phẩm điện tử định hướng theo IoT đang ngày càng phát
triển. Hai yếu tố quan trọng mà các sản phẩm IoT ln phải có là tiếp nhận thông tin
từ môi trường qua cảm biến, và truyền nhận tín hiệu qua các giao tiếp khơng dây.Với
mục đích nghiên cứu các sản phẩm theo định hướng trên, nhóm em đã thực hiện sản
phẩm: Mạch điều khiển động cơ DC theo nhiệt độ và giao tiếp với máy tính qua WiFi.
Nhóm chúng em đã rất cố gắng để có thể hồn thành tốt nhất đề tài của mình.
Tuy nhiên, do vốn kiến thức cịn chưa nhiều, cũng như có nhiều yếu tố khách quan
khác mà sản phẩm của nhóm cịn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong thầy và các anh
chị trợ giảng đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm để các sản phẩm sau được
hoàn thiện hơn.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Phạm Ngọc Nam và
các anh chị trợ giảng đã hướng dẫn tận tình, chi tiết hằng tuần để chúng em có thể
hồn thành tốt bài tập lớn này. Qua đây, chúng em khơng chỉ có thêm nhiều kiến thức
về chun mơn mà cịn nâng cao hơn được kỹ năng làm việc nhóm, trau dồi thêm
ngoại ngữ, biết cách phân tích và tư duy, cùng nhiều kỹ năng mềm khác.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC
ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ............................................................................. 1
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................................... 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................................. 4
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... 5
PHẦN 1. THIẾT KẾ ............................................................................................................ 6
1.1

Xác định yêu cầu ................................................................................................... 6

1.2

Mô tả sản phẩm ..................................................................................................... 6

1.2.1

Yêu cầu chức năng ......................................................................................... 6

1.2.2

Yêu cầu phi chức năng .................................................................................. 7

1.3

Lập kế hoạch.......................................................................................................... 7

1.4 Thiết kế sơ đồ khối .................................................................................................. 11
1.5 Sơ đồ chi tiết từng khối và lựa chọn phương án tối ưu. ...................................... 12
1.5.1 Khối vi điều khiển và khối tạo dao động ....................................................... 12
1.5.2 Khối cảm biến và động cơ: ............................................................................... 13
1.5.3 Khối WiFi .......................................................................................................... 19
1.5.4 Khối hiển thị ...................................................................................................... 20
1.5.5.Khối nguồn ........................................................................................................ 22
1.5.6 Sơ đồ mạch nguyên lý ....................................................................................... 24
1.6 Kiểm tra, mô phỏng mạch nguyên lý ..................................................................... 24
1.6.1 Mô phỏng trên Proteus ..................................................................................... 24
1.6.2 Chạy thử trên breadboard ............................................................................... 25
1.7 Sản xuất .................................................................................................................... 27
1.7.1 Thiết kế mạch in................................................................................................ 27
1.7.2 Hàn mạch ........................................................................................................... 28
1.7.3 Quy trình kiểm tra mạch in ............................................................................. 29
PHẦN 2. KẾT LUẬN ........................................................................................................ 31
2.1 Kết quả ...................................................................................................................... 31
2.2 Kết luận ..................................................................................................................... 31
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 33
PHỤ LỤC............................................................................................................................ 34

3


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Phân tích nhân lực ................................................................................................. 7
Bảng 1-2. Phân công công việc ............................................................................................. 8
Bảng 1-3. Nhật ký công việc ................................................................................................. 9
Bảng 1-4. Chọn vi điều khiển .............................................................................................. 12
Bảng 1-5. Chọn cảm biến .................................................................................................... 14

Bảng 1-6. Linh kiện sử dụng ............................................................................................... 25

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Sơ đồ khối............................................................................................................ 11
Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lí khối vi điều khiển và tạo dao động ........................................... 13
Hình 1-3. Sơ đồ ngun lí khối cảm biến nhiệt độ và điều khiển động cơ .......................... 16
Hình 1-4. Sơ đồ khối PWM của PIC16F887 ....................................................................... 17
Hình 1-5. Dạng sóng điều chế PWM ................................................................................... 18
Hình 1-6. Sơ đồ nguyên lý ESP8266 ................................................................................... 20
Hình 1-7. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị .............................................................................. 21
Hình 1-8. Mạch nguyên lý khối cấp nguồn ......................................................................... 23
Hình 1-9. Sơ đồ mạch nguyên lý ......................................................................................... 24
Hình 1-10. Mạch mơ phỏng với động cơ mức 1 .................................................................. 25
Hình 1-11. Chạy thử mạch trên breadboard ........................................................................ 26
Hình 1-12. Quy trình kiểm tra mạch trên breadboard.......................................................... 27
Hình 1-13. Mạch in .............................................................................................................. 28
Hình 1-14. Quy trình kiểm tra mạch in ................................................................................ 30

5


PHẦN 1. THIẾT KẾ
1.1 Xác định yêu cầu
 Xác định nhu cầu: Nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng trong đời sống cũng
như trong sản xuất. Vì vậy một thiết bị điện tử dùng để đo nhiệt độ rất thiết
thực và ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực. Hiện nay, truyền thơng WiFi
có thể kết nối nhiều thiết bị với một máy chủ với tốc độ cao và bảo mật tốt,

vì thế một thiết bị có khả năng thu nhận tín hiệu WiFi sẽ là một ưu điểm
vượt trội.
 Lý do chọn đề tài: Củng cố kiến thức môn học vi xử lý, nâng cao kỹ năng
lập trình và thiết kế mạch điện tử, đáp ứng với nhu cầu của thực tế, tạo ra
cơ hội phát triển các ý tưởng và sản phẩm bắt kịp với xu hướng mới.
1.2 Mô tả sản phẩm
1.2.1 Yêu cầu chức năng
 Dùng 2 LED 7 đoạn hiển thị nhiệt độ đọc được từ cảm biến nhiệt độ (chính
xác đến hàng đơn vị) và dùng 1 LED 7 đoạn hiển thị mức tốc độ của động
cơ.
 Có 6 mức tốc độ: dưới 250C ứng với mức 1 (16.67% công suất), từ 250C
đến 280C ứng với mức 2 (33.33% công suất), từ 290C đến 320C ứng với
mức 3 (50% công suất), từ 330C đến 360C ứng với mức 4 (66.67% công
suất), từ 370C đến 400C ứng với mức 5 (83.33% công suất) và trên 400C
ứng với mức 6 (100% công suất).
 Mạch giao tiếp với máy tính thơng qua giao thức TCP, gửi cho máy tính
thơng báo về nhiệt độ và mức tốc độ của động cơ. Cứ 5 giây gửi một lần.
 Nhiệt độ: đo nhiệt độ phòng
 Điều khiển tốc độ động cơ DC: dùng kĩ thuật băm xung PWM
 Có cịi báo khi nhiệt độ cao vượt ngưỡng 400C
 Có đèn LED báo trạng thái hoạt động của mạch

6


1.2.2 Yêu cầu phi chức năng
 Sử dụng vi điều khiển PIC16F887
 Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35
 Sử dụng động cơ DC 12V
 Sử dụng module WiFi ESP8266-V01

 Mã nguồn sử dụng cả C và ASM
 Kích thước: 10 × 8 cm
 Khối lượng 100g
 Có header để thuận tiện nạp chương trình cho vi điều khiển.
1.3 Lập kế hoạch
 Phân tích nhân lực:
Để có thể hồn thành bài tập lớn một cách hiệu quả nhất với thời gian nhanh
nhất, chúng em đã phân tích điểm mạnh và điểm yếu của từng thành viên trong nhóm,
được thể hiện ở Bảng 1-1 dưới đây
Bảng 1-1. Phân tích nhân lực
STT
1

Họ và tên
Tạ Thị Ngọc Mai

2

Trương Bá Mạnh

3

Dương Quang Minh

4

Lương Văn Minh

5

Nguyễn Thị Minh

Điểm mạnh
Có trách nhiệm với
cơng việc, thành thạo
Word, Proteus
Lập trình tốt, thành
thạo Visio
Hàn mạch, làm mạch
tốt
Lập trình tốt, thành
thạo hết các phần mềm
Ham học hỏi, thành
thạo Word, Proteus

Điểm yếu
Code kém, chưa thành
thạo Altium
Đọc tài liệu tiếng anh
kém
Chưa thành thạo
Altium
Nóng vội
Code kém, chưa thành
thạo Altium

7


 Phân cơng cơng việc:

Căn cứ vào bảng phân tích nhân lực, cùng với việc phân tích những cơng việc
cần phải làm, chúng em đã phân chia công việc cụ thể phù hợp với từng thành viên
được thể hiện trong bảng 2 dưới đây
Bảng 1-2. Phân công công việc
Công
việc

Tạ Thị Ngọc
Mai

Trương Bá
Mạnh

Dương
Quang
Minh
- Khối
nguồn

Lương Văn
Minh

Nguyễn
Thị Minh

- Khối điều
khiển động
cơ
- Hoàn thiện
mạch

nguyên lí
- Mạch in
- Làm mạch
in
- Hàn mạch

- Khối
cảm biến
nhiệt độ

Thiết kế
sơ đồ
mạch

- Khối tạo
dao động

- Khối hiển
thị

Thực
hiện
mạch

- Test mạch

- Mua linh
kiện, test
mạch

Lập
trình

- Nhiệt độ

- Khảo sát
giá linh
kiện, test
mạch
- Timer

- UART

- PWM
- Ghép nối
các khối

- ADC

Báo cáo

- Thực hiện
nội dung xác
định yêu cầu,
mô tả sản
phẩm và lập
kế hoạch

- Thực hiện
nội dụng

thiết kế sơ
đồ khối chi
tiết và lựa
chọn
phương án
tối ưu

- Thực hiện
nội dung mơ
phỏng từng
khối

-Thực hiện
nội dung
hồn thiện
và kiểm tra
báo cáo

-Thực
hiện nội
dung sơ
đồ khối

-Test
mạch

8


 Nhật ký công việc:

Kế hoạch chi tiết để thực hiện cơng việc được quản lí trong phần mềm
Microsoft Project và được mô tả bởi Bảng 1-3 dưới dây
Bảng 1-3. Nhật ký công việc
Tên công việc

Thời gian
Bắt đầu
thực hiện

Dự án thiết kế
thiết mạch điều
khiển tốc độ động
cơ DC theo nhiệt 98 days
độ và giao tiếp
với máy tính qua
WiFi
Xác định yêu
cầu dự án
Nhận đề tài dự
án
Ứng dụng của
sản phẩm
Họp nhóm bàn
cơng việc
Mô tả sản phẩm
Yêu cầu chức
năng

5 days

Kết thúc

05/02/18

13/05/18

05/02/18

10/02/18

1 day

05/02/18

05/02/18

3 days

06/02/18

09/02/18

1 day

10/02/18

10/02/18

7 days

10/02/18

17/02/18

3 days

Yêu cầu phi
4 days
chức năng
Phát triển kế
7 days
hoạch
Phân chia cơng
việc và nguồn
6 days
nhân lực
Họp nhóm đóng
1 day
tiền
Thiết lập sơ đồ
14 days
khối

Người phụ
trách

Tất cả mọi
người

Kết quả

Nắm rõ được
đề tài và các
cơng việc cần
tìm hiểu và
làm

10/02/18

13/02/18

Lương
Minh,
Dương
Minh,
Nguyễn
Minh

13/02/18

17/02/18

Mai, Mạnh

17/02/18

24/02/18

17/02/18

23/02/18

24/02/18

24/02/18

Nắm rõ được
nội dung cơng
Lương Minh việc, hồn
thành chi phí
Tất cả mọi dự trù
người

24/02/18

10/03/18

Bản
Specification

9


Nguyễn
Minh, Mạnh,
Hồn thành
Mai
được thiết kế
Lương
sơ đồ khối

Minh,
Dương Minh

Mơ tả khái quát
7 days
các khối

24/02/18

03/03/18

Làm việc trên
Visio

03/03/18

10/03/18

10/03/18

24/03/18

10/03/18

13/03/18

Mai

13/03/18

16/03/18

Nguyễn
Minh

16/03/18

19/03/18

Lương Minh

19/03/18
22/03/18

22/03/18
24/03/18

Mạnh
Dương Minh

24/03/18

07/04/18

7 days

Mô tả chi tiết
14 days
từng khối
Khối tạo dao

3 days
động
Khối cảm biến
3 days
nhiệt độ
Khối điều khiển
3 days
động cơ
Khối hiển thị 3 days
Khối nguồn
2 days
Lựa chọn
phương án tối
14 days
ưu
Tìm lựa chọn
tốt nhất cho sản 3 days
phẩm
Thiết kế mạch
5 days
ngun lí
Thiết kế mạch
6 days
in
Kiểm tra
14 days
Mơ phỏng mạch
4 days
trên Proteus
Thử mạch trên

4 days
breadboard
Ghép nối các
6 days
module
Sản xuất
20 days
Mua thiết bị
2 day
linh kiện
Làm mạch in 10 days
Hàn mạch và
4 days
lắp ráp linh kiện
Trang trí cho
2 day
sản phẩm

Sơ đồ chi tiết
từng khối

Mạch nguyên
Mai,
lí,mạch in, lựa
Nguyễn
chọn linh kiện
Minh
tốt phù hợp
Mạnh,
nhất

Dương Minh

24/03/18

27/03/18

27/03/18

01/04/8

01/04/18

07/04/18

07/04/18

21/04/18

07/05/18

11/04/18

Mạnh,
Dương Minh

11/04/18

15/04/18

Lương Minh

15/04/18

21/04/18

Lương Minh

21/04/18

11/05/18

21/04/18

23/04/18

Mai

23/04/18

03/05/18

03/05/18

07/05/18

07/05/18

09/05/18

Lương Minh Hoàn thành

sản phẩm
Mạnh,
Dương Minh
Nguyễn
Minh

Lương Minh

10


Đóng gói và
hồn thiện sản
phẩm
Giao hàng

2 day

09/05/18

11/05/18

2 days

11/05/18

13/05/18

Lương Minh

1.4 Thiết kế sơ đồ khối

Vào
Tín hiệu nhiệt
độ

Tín hiệu Thu
Wifi

Điều khiển
Tín hiệu
nhiệt độ

Quét LED

Ra
LED 7 thanh

Điều chế
độ rộng xung

Động cơ DC

Module Wifi

Tín hiệu phát
Wifi

Nguồn
Hình 1-1. Sơ đồ khối

-

Hình 1-1 mơ tả sơ đồ khối của thiết bị với các khối cơ bản: khối vào, khối ra,
khối điều khiển và khối nguồn. Mô tả chức năng các khối như sau:
+ Khối vào: Tín hiệu nhiệt độ và tín hiệu thu từ Wifi
+ Khối ra: hiển thị led 7 thanh, điều khiển tốc độ động cơ và phát tín hiệu qua
WiFi.

-

Bốn khối vào, ra, điều khiển và nguồn trong sản phẩm sẽ được phân chia thành
các khối nhỏ, chi tiết hơn như sau:
 Khối vi điều khiển: Vi điều khiển là bộ xử lý trung tâm của tất cả các tín
hiệu vào và ra.
 Khối nguồn DC: là mạch nguồn DC ổn định, cung cấp cho tất cả các khối
còn lại.
11


 Khối cảm biến nhiệt độ: Biến đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện áp.
 Khối Module WiFi: là mạch tích hợp sẵn chỉ cần kết nối và điều khiển qua
giao tiếp với vi điều khiển.
 Khối điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp băm xung (PWM)
1.5 Sơ đồ chi tiết từng khối và lựa chọn phương án tối ưu.
1.5.1 Khối vi điều khiển và khối tạo dao động
-

Đây là khối điều khiển chức năng của toàn mạch gồm vi điều khiển, bộ tạo
dao động thạch anh.
 Các phương án lựa chọn Vi điều khiển:

PIC16F877A

[1]

PIC16F887 [2]

Nhóm chúng em tiến hàng so sánh để lựa chọn vi điều khiển thông qua Bảng
1-4 dưới đây
Bảng 1-4. Chọn vi điều khiển
Đặc điểm

Giá thành

PIC16F877A
-Ổn định
-Dễ lập trình
-Tốc độ cao
-Độ chính xác cao
65,000 VND

PIC16F887
-Dễ lập trình
-Thơng dụng
-Tốc độ
45,000 VND

 Nhận xét: Cả 2 vi điều kiển nêu trên đều đáp ứng yêu cầu của project.
Tuy nhiên nhóm đã quyết định chọn vi điều khiển PIC16F887 do đây
là vi điều khiển rất thông dụng và giá thành rẻ.

12


 Do mạch của nhóm cần giao tiếp với module WiFi ESP8266 với tốc độ
baud rất cao nên nhóm đã chọn sử dụng thạch anh tạo dao động 20Mhz
để đạt kết quả chính xác và hiệu quả.
 Để thuận tiện mạch được thiết kế thêm 1 jump 5 chân kết nối vi điều
khiển giúp kết nối với mạch nạp PicKit2 nhằm nạp chương trình cho vi
điều khiển.
Sơ đồ nguyên lý khối vi điều khiển và tạo dao động được thể hiện trong hình 1-2 dưới
đây cùng với mạch reset

Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lí khối vi điều khiển và tạo dao động
1.5.2 Khối cảm biến và động cơ:
a. Khối cảm biến
 Khối cảm biến nhiệt độ phải đảm bảo yêu cầu chức năng: chuyển tín
hiệu nhiệt độ từ mơi trường thành tín hiệu số, với sai số tối đa là sai số
đặt ra trong yêu cầu kỹ thuật.
 Để chuyển tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu số, có thể sử dụng linh kiện
chuyển tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện tương tự rồi đưa qua bộ ADC
của MCU biến thành tín hiệu số.
 Phương án lựa chọn linh kiện:
13


LM335 [3]

LM35 [4]

Nhóm chúng em tiến hành so sánh để chọn cảm biến thông qua bảng 1-5 dưới đây
Bảng 1-5. Chọn cảm biến
Tiêu chí
Độ chính xác
Dải đo
Điện áp hoạt động
Giá thành

LM35
0.5 0C
-55 oC – 100oC
4-30V
28,000 VND

LM335
1 0C
-40 oC – 100oC
400uA – 5mA
20,000 VND

 Để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của mạch điện, LM35 là lựa
chọn tối ưu hơn.
 Cảm biến nhiệt độ LM35 được sản xuất bởi hãng National
Semiconductor dải đo từ -55 oC – 100oC. LM35 là cảm biến tiêu hao
năng lượng thấp sử sụng điện áp 5V. Cảm biến gồm có 3 chân: 2 chân
nguồn (Vcc và Gnd), 1 chân tín hiệu ra dạng Analog.
 Chân dữ liệu của LM35 là chân ngõ ra điện áp dạng tuyến tính. Chân
số 2 cảm biến xuất ra tương ứng cứ 1mV = 0.1 oC(10mV = 1 oC). Để
lấy dữ liệu ở dạng oC chỉ cần điện áp trên OUT đem chia cho 10.

14


Cấu trúc chân LM35 [5]
 Chân 1 cấp điện áp 5V, chân 3 cấp GND, chân 2 là chân OUTPUT dữ liệu
dạng điện áp. Vậy bằng cách đưa vào chân bên trái của cảm biến LM35 hiệu
điện thế 5V, chân phải nối, đo hiệu điện thế ở chân giữa bằng các pin A, bạn
sẽ có được nhiệt độ (0-100ºC) bằng cơng thức:
Voltage 

5000mV
1023* ADC _ value

 Với LM35, ta có thể tự tạo cho mình một mạch cảm biến nhiệt và tự động
ngắt điện khi nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện khi nhiệt độ thấp hơn
ngưỡng tối thiểu thông qua module relay... Cảm biến nhiệt độ LM35 hoạt
động một cách nhanh chóng và chính xác.
 Khối cảm biến kết nối trực tiếp với 1 kênh ADC của vi điều khiển PIC, nên
việc thực hiện lập trình xử lý tín hiệu cảm biến là việc cài đặt và điều khiển
ngoại vi ADC trên PIC. Việc cài đặt và đọc dữ liệu ra từ bộ ADC được thực
hiện theo dữ liệu trong datasheet. Cấu hình cho ngoại vi ADC bằng 2 thanh
ghi ADCON0 và ADCON1

15


Khối cảm biến và động cơ có sơ đồ nguyên lý được thiết kế như trong Hình 1-3 dưới
đây

Hình 1-3. Sơ đồ nguyên lí khối cảm biến nhiệt độ và điều khiển động cơ

b. Động cơ
 Là thành phần thực hiện chức năng chính của mạch (làm mát), được
điều khiển nhờ phương pháp điều chế độ rộng xung kích (PWM).
 Điều chế độ rộng xung - PWM (Pulse Width Modulation) là phương
pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay phương pháp điều chế dựa trên sự
thay đổi độ rộng của chuỗi xung kích để điều khiển linh kiện đóng ngắt
(SCR hay Transistor).
 Xét sơ đồ khối PWM của PIC16F887 trong hình 1-4 dưới đây

16


Hình 1-4. Sơ đồ khối PWM của PIC16F887 [6]
 Khối PWM gồm có 2 mạch so sánh: mạch so sánh 8 bit với mạch so sánh
10 bit. Mạch so sánh 8 bit sẽ so sánh giá trị đếm của Timer2 với giá trị của
thanh ghi PR2 (period register), giá trị trong Timer2 tăng từ giá trị đặt trước
cho đến khi bằng giá trị của PR2 thì mạch so sánh set flip flop RS làm ngõ
ra CCPx lên mức 1. Đồng thời nạp giá trị 10 bit từ thanh ghi CCPRxL
sang thanh ghi CCPRxH, Timer2 bị reset và bắt đầu đếm lại cho đến khi
giá trị của Timer2 bằng giá trị của CCPRxH thì mạch so sánh sẽ reset flip
flop RS làm ngõ ra CCPx về mức 0. Quá trình này sẽ lặp lại. [6]
 Ta có dạng sóng điều chế PWM được thể hiện trong hình 1-5 dưới đây

17


Hình 1-5. Dạng sóng điều chế PWM [7]
Chu kỳ khơng thay đổi, muốn thay đổi thời gian xung ở mức 1 thì ta thay đổi hệ
số chu kỳ (duty cycle).
 Tính chu kỳ xung PWM:

Chu kỳ PWM của PIC16F887 được tính theo cơng thức:
Tperiod  ( PR2  1)*4*TOSC * PVTMR2 [6]

Trong đó:

TOSC là chu kỳ của tụ thạch anh tạo dao động.

PVTMR2 (prescale value) giá trị chia trước của Timer2
 Tính hệ số chu kỳ xung PWM:
Hệ số chu kỳ được thiết lập bởi giá trị lưu trong thanh ghi 10 bit gồm
CCPRxL 8 bit và 2 bit còn lại là bit thứ 4 và thứ 5 ở trong thanh ghi
CCPxCON.
Giá trị của hệ số chu kỳ là 10 bit nên có thể thay đổi từ 0 đến 1023 tạo
ra 1024 cấp giá trị điều khiển. Giá trị 10 bit thì 8 bit có trọng số lớn lưu
trong thanh ghi CCPRxL và 2 bit còn lại
18


Hệ số chu kỳ của PIC16F887 được tính theo tính theo công thức:
Tduty  (CCPRxL : CCPxCON  5 : 4 )*TOSC * PVTMR2 [6]

 Động cơ được sử dụng là motor DC 12V, được chia thành 6 mức động
cơ (1, 2, 3, 4, 5, 6) ứng với nó là các mức điện áp (16%, 33%, 50%,
66%, 83%, 100%) Vcc.
1.5.3 Khối WiFi
-

Chức năng của khối WiFi: truyền dữ liệu từ vi điểu khiển qua sóng WiFi
2.4GHz đến máy tính, và ngược lại nhận lệnh từ máy tính về cho vi điểu khiển.
Theo yêu cầu phi chức năng ở đây ta sử dụng module wifi ESP8266-V01.

-

Một vài tính năng của ESP8266:
 Hỗ trợ chuẩn WiFi 802.11 b/g/n
 WiFi 2.4GHz, hỗ trợ WPA/WPA2
 Giao tiếp UART với tốc độ baud lên tới 115200
 Chế độ hoạt động: Client, Access Point và Both: Client and Access
Point
 Hỗ trợ cả hai giao thức TCP và UDP

-

Mơ hình lập trình cho ESP8266:
 Sử dụng firmware sẵn có và giao tiếp qua tập lệnh AT: là phương pháp
có cách thức lập trình đơn giản và nhanh nhất. Phương pháp này cần sử
dụng một vi điểu khiển để điều khiển ESP qua UART, và ESP chỉ đơn
thuần là trung gian gửi nhận tín hiệu giữa vi điều khiển và máy tính.
 Lập trình trực tiếp vào ESP8266: lập trình firmware cho ESP để trực
tiếp ESP gửi và nhận dữ liệu mà khơng cần có vi điều khiển. Tuy nhiên
việc lập trình firmware phức tạp hơn nhiều so với tập lệnh AT.

19


Module Wifi ESP 8266-V01 [8]
Ta có sơ đồ nguyên lý khối wifi được thiết kế như Hinhf 1-6 dưới đây

Hình 1-6. Sơ đồ nguyên lý ESP8266
1.5.4 Khối hiển thị

 Khối hiển thị LED 7 đoạn được thiết kế để hiển thị hai thơng số chính của
mạch là: hiển thị nhiệt độ và mức động cơ.
 Để hiển thị được nội dung trên LED 7 thanh ta phải sử dụng phương pháp quét
LED.
Các phương án có thể sử dụng:
 Phương án 1 : Kết nối trực tiếp khối LED 7 thanh với PIC16F887
20


 Phương án 2 : Sử dụng IC vi dịch 8 bit 74HC595 để kết nối PIC
Để mạch nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo yêu cầu, độ chính xác của việc hiện thị,
phương án kết nối trực tiếp
Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị được thiết kế như trong Hình 1-7 dưới đây

Hình 1-7. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị
 LED 7 thanh được sử dụng là 1 cặp LED đôi chung Anode (hiển thị kết quả
nhiệt độ đo được) và 1 LED đơn Anode chung (hiển thị mức động cơ).
 Nguyên lý quét LED 7 thanh:
Kỹ thuật quét LED tận dụng những hạn chế trong việc ghi lại hình ảnh của
mắt người. Qua mắt người, chuỗi hình ảnh sẽ diễn ra liên tục nếu nó được nhìn với
tốc độ 24 hình/s.
Kỹ thuật này nối chung các chân dữ liệu của nhiều LED 7 đoạn với nhau và
bật tắt từng LED trong khoảng thời gian nhất định. Do đó, tại một thời điểm chỉ có 1
LED sáng. Khoảng thời gian bật/tắt LED rất ngắn khiến mắt người không thể phân
biệt được và có cảm giác các đèn này sáng cùng lúc.Thời gian bật/tắt 1 đèn phải nhỏ
hơn 1/24 giây, tức là 1 giây sẽ có nhiều hơn 24 lần luân chuyển giữa các LED.
Tạo một biến đếm và hiển thị biến đếm này lên LED 7 đoạn thông qua kĩ thuật
quét LED. Biến đếm bắt đầu từ 0 và tăng giá trị lên tới 99 rồi quay trở lại 0.Trong
khoảng thời gian đó, để đánh lừa được thị giác, các LED được bật/tắt 24 lần luôn
phiên với thời gian LED sáng trên 1 lần bật là 20 [ms].

21


Các tham số trên được xác định khi mạch có N [LED 7 thanh] và giá trị biến
đếm thay đổi với chu kì 1s, LED nhấp nháy với k lần trong một giây nên thời gian
LED sáng được tính bởi công thức:
Time 

1000
(ms)
N .k

1.5.5.Khối nguồn
 Trong sản phẩm ta cần sử dụng 2 loại mạch nguồn tuyến tính và nguồn xung
để cung cấp cho vi điều khiển, Motor, LED 7 thanh, module WiFi. Vì vậy cần
lựa chọn các phương pháp phù hợp nhất cho mạch.
 Vi điểu khiển hoạt động ổn định ở 5V
 Động cơ Motor 12V
 Module WiFi hoạt động ổn định ở 3.3V
 Dựa trên những yêu cầu trên , nhóm đã quyết định sử dụng IC LM7805 và
IC LM1117 để tạo nguồn.

LM7805

 7805 được dùng rất nhiều trong các mạch điện điều khiển dùng để cấp nguồn
ổn định cho mạch. Với ưu điểm là dễ ghép nối , dễ thiết kế với chi phí thấp,
nguồn đầu ra ổn định. Hoạt động được ở giải nhiệt độ khá cao là 0 -125 độ
C.Đầu ra cho ta điện áp 5V-1A. [9]

22


IC LM1117
 Nguyên lí hoạt động: Sử dụng nguyên lý ổn áp tuyến tính để tạo đầu ra
DC ổn định, vì vậy nhược điểm chính của những IC này là sẽ tỏa nhiệt
nếu đầu vào và đẩu ra chênh lệch quá lớn. Thay vào đo nếu không bị
ảnh hưởng bởi nhiệt ta sẽ có đầu ra với độ gợn thấp. [10]
 Ta có mạch nguyên lý khối cấp nguồn như trong Hình 1-8 dưới đây

Hình 1-8. Mạch nguyên lý khối cấp nguồn

23