Đang tải... (xem toàn văn)
aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa sfsasfkkaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaadgfegrdghd
lOMoARcPSD|35366289 Đồ án cảm biến nhiệt 02 - Đồ án thiết kế - HUST - SET Thực tập (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ***** ĐỒ ÁN II ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẢM BIẾN TƯƠNG TỰ Giáo viên hướng dẫn : Ths Lê Thanh Xuyến Lớp : 726397 Nhóm sinh viên thực hiện: Vũ Phương Lý - 20192996 Nguyễn Thị Hoài Thu - 20193126 Nguyễn Hữu Khiêm - 20192937 Nguyễn Mạnh Duy - 20192801 Hoàng Văn Nam - 20193025 Hà Nội, 3-2023 Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 LỜI NÓI ĐẦU Việt Nam ta ngày phát triển giàu mạnh Trong Thời kì cách mạng 4.0, bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước,để - người Việt có hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại giới, đặc biệt lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung ngành Điện Tử - Viễn thơng nói riêng Thế hệ trẻ khơng tự phấn đấu học hỏi khơng ngừng sớm lạc hậu nhanh chóng thụt lùi Nhìn điều Trường “Đại học Bách khoa Hà Nội” sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập sinh viên nhà trường nói chung trường Điện – Điện tử nói riêng tổ chức cho sinh viên làm Đồ Án II nhằm tạo nên tảng vững cho sinh viên trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm Với tiến không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử - viễn thông ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp từ linh kiện rời kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy công suất tiêu thụ thấp Ngày lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt ngày người máy giặt, đồng hồ điện tử, ti vi nhằm giúp cho đời sống ngày đại tiện lợi Đề tài ứng dụng vi điều khiển đời sống thực tế phong phú đa dạng nhằm đáp ứng cho sống tiện nghi người Vì chúng em chọn đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến tương tự “ làm đề tài đồ án kỹ thuật II chúng em Trong trình làm đồ án mình, chúng em cố gắng để hoàn thiện đề tài cách tốt Nhưng với kiến thức hiểu biết hạn chế nên chác chắn không tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài chúng em hoàn thiện Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sỹ Lê Thanh Xuyến nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đồ án Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 LỜI CAM ĐOAN Nhóm thực đề tài gồm thành viên, giáo viên hướng dẫn Thạc sỹ Lê Thanh Xuyến, nhóm em xin cam đoan tồn nội dung trình bày đồ án Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến tương tự kết trình tìm hiểu nghiên cứu nhóm Các liệu nêu đồ án hoàn toàn trung thực, phản ánh kết đo đạc thực tế Mọi thông tin trích dẫn tuân thủ quy định sở hữu trí tuệ; tài liệu tham khảo liệt kê rõ ràng Nhóm em xin chịu hồn tồn trách nhiệm với nội dung viết đồ án Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2023 Người cam đoan Nguyễn Thị Hoài Thu Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 MỤC LỤC DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ TÓM TẮT ĐỒ ÁN CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Mạch Kit cho VĐK họ AVR 1.3 Ngôn ngữ lập trình phần mềm 10 CHƯƠNG CHI TIẾT CẤU HÌNH CỦA MẠCH KIT 11 2.1 Cấu trúc mạch Kit 11 2.2 Các thơng số Kit 15 2.3 Mạch nạp mã nguồn 16 2.4 Màn hình LCD module UART-USB 16 CHƯƠNG THỰC HÀNH LẬP TRÌNH CHO VĐK 18 3.1 Tạo Project với Atmel Studio nạp thử mã máy cho VĐK 18 3.2 Ví dụ lập trình điều khiển cổng số 21 3.3 Ví dụ lập trình đọc trạng thái logic đầu vào số 25 3.4 Ví dụ lập trình đo điện áp tương tự hiển thị kết lên LCD 27 3.5 Ví dụ lập trình giao tiếp với máy tính qua chuẩn UART-USB 29 CHƯƠNG VẬN DỤNG CÁC KIẾN THỨC VÀO THỰC TẾ 32 4.1 Mục tiêu 32 4.2 Cảm biến nhiệt độ LM35 32 4.3 Phương hướng giải 33 4.4 Mô thiết kế 37 4.4.1 Mô phần mềm proteus 37 4.4.2 Thiết kế sơ đồ mạch Kit AVR phần mềm Altium 40 4.5 Nhận xét 41 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Việt VĐK Vi điều khiển Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình : Mạch Kit phát triển phụ kiện Hình : Sơ đồ nguyên lý kit 11 Hình : Cấu trúc mạch kit cung cấp 12 Hình : Sơ đồ mạch in, quan sát phần mềm thiết kế 13 Hình : Bộ kit hồn thiện 14 Hình : Mạch nạp ISP chuẩn 10 chân sử dụng cho Kit 16 Hình : Màn hình LCD 1602 sử dụng Kit 16 Hình : Module UART-USB sử dụng chip FT232RL 17 Hình : Giao diện tạo Project Atmel Studio 18 Hình 10 : Giao diện chọn loại vi điều khiển 19 Hình 11 : Giao diện làm việc sau tạo project .19 Hình 12 : Hàm main chương trình 20 Hình 13 : Thiết lập Fuse bit PROGISP .21 Hình 14 : Mẫu hiển thị LCD ví dụ 28 Hình 15 : Cảm biến nhiệt độ LM35 32 Hình 16 : Chương trình main .37 Hình 17 : Mô mạch đo nhiệt độ trực tiếp từ LM35 Proteus .38 Hình 18 : Thiết lập chọn file mã máy cho VĐK để mô Proteus 39 Hình 19 : Kết mô Proteus 39 Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án thiết kế II tập trung vào trình bày việc tìm hiểu họ vi điều khiển AVR, đồ án vi điều khiển sử dụng Atmega 16 Qua tìm hiểu nguyên lí hoạt động kit, ứng dụng kit Trong báo cáo em trình bày ứng dụng kit việc đo nhiệt độ cảm biến tương tự LM35 qua đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ sử dụng cảm biến tương tự” Đồ án gồm có bốn chương: Chương I Cơ sở lý thuyết chung Giới thiệu tổng quan đề tài, họ vi điều khiển AVR, ngơn ngữ thực để lập trình vi điều khiển Chương II Chi tiết cấu hình mạch kit Trình bày chi tiết cấu trúc mạch kit sử dụng đồ án, thông số mạch kit, kết nối với thiết bị ngoại vi LCD, UART-USB Chương III Thực hành lập trình cho vi điều khiển Tiến hành nạp code chạy thử vi điều khiển, kiểm tra hiệu lỗi mạch Chương IV Vận dụng vào kiến thức thực tế Chương vào tìm hiểu thiết kế giải mục tiêu đề tài sử dụng cảm biến nhiệt độ để đo in kết LCD theo yêu cầu kĩ thuật cho trước Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 1.1 Giới thiệu chung Với học phần Đồ án II tìm hiểu vi điều khiển họ AVR, nội dung thiết kế để nâng cao lực chuyên môn cho sinh viên; giúp liên kết khối kiến thức điện tử tương tự, điện tử số, kỹ thuật vi xử lý, xử lý số tín hiệu, thơng tin số, v.v nhằm hồn thiện khả vận dụng kiến thức vào thực tế Trong học phần này, nội dung công việc cần thực bao gồm: làm quen công cụ thiết kế mạch điện, thực hành lập trình phần cứng xây dựng ứng dụng với vi mạch lập trình Để đảm bảo tiến độ cơng việc, em bạn sinh viên khác viện hỗ trợ số phương tiện để triển khai công việc tảng xây dựng sẵn, kế thừa Sau tiếp cận nhanh với vi điều khiển (VĐK) thông qua việc xây dựng số ứng dụng VĐK họ AVR cụ thể báo cáo em dùng Atmega16A Em tiến hành giải vấn đề cụ thể - thiết kế mạch đo nhiệt độ hiển thị LCD sử dụng cảm biến tương tự cụ thể cảm biến LM35 cảm biến nhiệt độ tương tự ứng dụng phổ biến việc cảm biến nhiệt độ 1.2 Mạch Kit cho VĐK họ AVR AVR VĐK bit mạnh thông dụng thị trường Việt Nam Với tốc độ xung nhịp tối đa lên tới 16 Mhz, nhớ chương trình tối đa tới 256 kB, nhiều chức ngoại vi tích hợp sẵn, VĐK họ AVR đáp ứng tốt cho nhiều ứng dụng thực tế, từ đơn giản đến phức tạp Với Kit phát triển sử dụng học phần Đồ án II (hình 1.1) Viện Điện tử - Viễn thông thiết kế riêng để đảm bảo tính hiệu q trình đào tạo Bộ kit thử nghiệm với ứng dụng sau: o Điều khiển cổng số, với LED đơn LED o Đọc trạng thái logic đầu vào số, từ bán phím giắc cắm mở rộng o Đo điện áp tương tự với biến trở vi chỉnh ADC 10-bit Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 o Điều khiển hính tinh thể lỏng, với hình LCD dạng text o Giao tiếp với máy tính qua chuẩn UART ↔ USB o Thử nghiệm ngắt ngoài, thử khả điều chế độ rộng xung • Nhiều ứng dụng điều khiển chức tích hợp sẵn VĐK như: vận hành định thời (Timer) đếm (Counter), đọc ghi EEPROM, lập trình ngắt chương trình, thiết lập Watchdog, v.v Hình : Mạch Kit phát triển phụ kiện Ngoài ra, việc kết nối mơ-dun mở rộng, mạch Kit hồn tồn thực ứng dụng phức tạp như: • Đo tham số mơi trường: nhiệt độ, độ ẩm, độ sáng, v.v • Điều khiển tải bản: đèn báo, van điện tử, động DC, động bước, v.v • Điều khiển hiển thị bản: LED ma trận, LCD ma trận, hình cảm ứng, v.v • Giao tiếp I2C SPI: IC thời gian thực, IC EEPROM, cảm biến gia tốc, v.v Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 { ADC_STA_CONVERT(); LCD4_CUR_GOTO(2, 6); LCD4_OUT_DEC(ADC, 4); DELAY_MS(200); } } Ngoài ra, ta cần phải thêm vào hàm INIT() câu lệnh khởi tạo cho ADC Trong ADC_AVCC() câu lệnh để thiết lập điện áp tham chiếu cho ADC V, ADC_IN(0) câu lệnh để đọc giá trị ADC từ chân ADC0 Ngồi ADC_AVCC() ta cịn dùng ADC_2V56() chuyển điện áp tham chiều từ V xuống 2.56 V //Khoi tao tran thai input tha noi cho dau vao ADC DDRA = 0x00; PORTA = 0x00; //Goi cac ham khoi tao tham so cho bo ADC ADC_PRES(128); ADC_AVCC(); ADC_IN(0); Toàn code cung cấp phần phụ lục 3.5 Ví dụ lập trình giao tiếp với máy tính qua chuẩn UART-USB Mục tiêu • Bộ UART: hoạt động chế độ truyền bit, tốc độ 9600 bps, liên tục gửi đoạn text sau lên máy tính: [Họ tên], [MSSV], [Lớp – Khóa] Vien Dien tu – Vien thong, Truong DHBK HN • Màn hình LCD: hiển thị dịch dần (sau 1s) hai dịng chữ sang trái để quan sát oàn đoạn text Thực Bước 1: Tạo lưu toàn Project AVR_Kit_Test sau chỉnh sửa lại project 29 Downloaded by nam phu (nnnt1123@gmail.com) lOMoARcPSD|35366289 Bước 2: Thêm file chứa thư viện UART LCD từ thư Library cung cấp sắn vào project cách vào File > New > Source… (hoặc ấn tổ hợp phím Ctrl + N) tạo file sau copy lại nội dung file vào file tạo Bước 3: Chỉnh sửa bổ sung lệnh cần thiết vào thư viện thu_vien_rieng.h để khởi tạo UART điều khiển hoạt động Chỉnh sửa, cập nhật file AVR_Kit_Test.c Bước 4: Tiến hành biên dịch sang mã máy nạp mã máy xuống IC VĐK Chi tiết hàm Hàm UART() hàm khơng có tham số, khơng có giá trị trả Hàm thiết lập, khởi tạo UART LCD, sau truyền liệu liên tục thông qua UART void UART() { //Khoi tao UART voi cac thong so ve braud rate, uart size, parity bit, stop bit UART_INIT(51,8,0,1); //Khoi tao LCD DDRD |= (1