BÁO cáo CHUYÊN đề đo LƯỜNG đề tài THIẾT kế hệ THỐNG đo và GIÁM sát KHỐI LƯỢNG

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐO LƯỜNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT KHỐI LƯỢNG Giáo viên: TS Đoàn Thị Hương Giang Lớp: CLC.D13CNTKDK TẠ ĐÌNH THÀNH NGUYỄN THỤ TUẤN LINH NGUYỄN ANH QUÂN MSV: 18810000020 MSV: 18810000017 MSV: 18810000028 HÀ NỘI - 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐO LƯỜNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT KHỐI LƯỢNG Giáo viên: TS Đoàn Thị Hương Giang Lớp: CLC.D13CNTKDK TẠ ĐÌNH THÀNH NGUYỄN THỤ TUẤN LINH NGUYỄN ANH QUÂN MSV: 18810000020 MSV: 18810000017 MSV: 18810000028 HÀ NỘI - 2021 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đại lượng đo khối lượng 1.1.1 Khái niệm khối lượng 1.1.2 Đại lượng đo 1.2 Các phương pháp đo khối lượng 1.2.1 Đo khối lượng lực tương tác 1.2.2 Đo lường phép cân 1.3 Một số cảm biến đo khối lượng 1.3.1 Cảm biến loadcell biến dạng 1.3.2 Cảm biến loadcell áp điện 1.3.3 Cảm biến loadcell thủy lực 1.3.4 Cảm biến loadcell khí nén 10 1.4 Kết luận 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ HIỂN THỊ KHỐI LƯỢNG 11 2.1 Sơ đồ khối tổng thể 11 2.2 Giới thiệu phần cứng 11 2.2.1 Cảm biến loadcell 11 2.2.2 Giới thiệu module HX711 14 2.2.3 Tổng quan ARM 18 2.2.4 Giới thiệu ARM-Cortex-M3 STM32F1 20 2.2.5 Khối hiển thị 22 2.2.6 Kết nối hệ thống 23 2.3 Kết luận 23 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh cân có khối lượng 2kg Hình 1.2: Hình ảnh khối lượng hệ SI Hình 1.3: Cân kỹ thuật đĩa Hình 1.4: Cân kỹ thuật hai đĩa Hình 1.5: Thành phần lị xo cảm biến tải trọng đẩy-kéo Hình 2.1: Loadcell HS000252 50kg 11 Hình 2.2: Loadcell HS000211 5kg 11 Hình 2.3: Mạch cầu điện trở Wheatstone 12 Hình 2.4: Sự thay đổi điện trở loadcell 12 Hình 2.5: Sơ đồ minh họa cách bố trí bàn cân 14 Hình 2.6: Sơ đồ mạch khuếch đại 14 Hình 2.7: Module HX711 15 Hình 2.8: Sơ đồ khối ứng dụng cân nặng 16 Hình 2.9: Sơ đồ chân module HX711 16 Hình 2.10: Dữ liệu đầu ra, đầu vào thời gian lựa chọn kiểm soát 17 Hình 2.11: Kiến trúc vi xử lý ARM Cortex-M7 20 Hình 2.12: Kiến trúc vi xử lí ARM Cortex-M3 21 Hình 2.13: Màn hình LCD 2.8 inch 23 Hình 2.14: Sơ đồ kết nối hệ thống 23 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật loadcell HS000252 50kg 13 Bảng 2.2: Mô tả sơ đồ chức chân HX711 16 Bảng 2.3: Quá trình hoạt động liệu đầu vào liệu đầu 17 Bảng 2.4: Các chế độ BOOT STM32F1 21 LỜI CẢM ƠN Được phân công giáo viên giảng dạy môn Chuyên đề đo lường, sau thời gian học tập tìm hiểu chúng em hồn thành báo cáo mơn học với nội dung “Nghiên cứu hệ thống đo giám sát nhiệt độ” Để hoàn thành báo cáo giao, nỗ lực học hỏi vủa thân cịn có hướng dẫn tận tình giáo viên bạn bè Vì vậy, lời báo cáo, chúng em muốn dành lời cảm ơn chân thành đến giáo Đồn Thị Hương Giang bạn bè đồng hành tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ giao Nhóm em cố gắng trình tìm hiểu thực báo cáo kiến thức hạn chế khiến báo cáo chưa hồn hảo Nhóm mong góp ý, nhận xét đánh giá nội dung hình thức trình bày từ để nhóm hồn thiện báo cáo tốt Chúng em xin chân thành cám ơn! Hà Nội ngày… tháng 03 năm 2021 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đại lượng đo khối lượng 1.1.1 Khái niệm khối lượng Khối lượng vừa đặc tính thể vật lý vừa thước đo khả chống lại gia tốc (sự thay đổi trạng thái chuyển động nó) lực ròng áp dụng Khối lượng vật thể xác định sức mạnh lực hấp dẫn vật thể khác Trong vật lí, khối lượng khác trọng lượng Mặc dù, khối lượng thường đo cách cân lò xo cân thằng đòn bẩy so với vật mẫu Một vật nhẹ mặt trăng so với Trái Đất Tuy vậy, có lượng vật chất Điều trọng lượng lực, khối lượng tính chất (cùng với trọng lực) định độ lớn lực Trong học cổ điển, khái niệm khối lượng hiểu số vật chất có vật Mặc dù vậy, trường hợp vật di chuyển nhanh, thuyết tương đối hẹp phát biểu động trở thành phần lớn khối lượng Do đó, tất vật trạng thái nghỉ có mức lượng tất trạng thái cản trở gia tốc lực hấp dẫn Trong vật lí đại, vật chất khơng phải khái niệm định nghĩa khó nắm bắt Hình 1.1: Hình ảnh cân có khối lượng 2kg 1.1.2 Đại lượng đo Đơn vị khối lượng tiêu chuẩn hệ thống quốc tế (SI-Standard International) kilogram (kg) Kilogram lần đầu xác định vào năm 1795 mét khối nước điểm nóng chảy băng Tuy nhiên, việc đo xác mét khối nước nhiệt độ áp suất phù hợp khó khăn, năm 1889, kilogram xác định lại khối lượng nguyên mẫu quốc tế kilogram làm gang trở nên độc lập với đơn vị mét tính chất nước Tuy nhiên, khối lượng nguyên mẫu quốc tế quốc gia phát giảm dần theo thời gian Việc định nghĩa lại kilogram số đơn vị khác diễn vào ngày 20 tháng năm 2019, sau bỏ phiếu cuối CGPM vào tháng 11 năm 2018 Định nghĩa sử dụng địa lượng bất biến tự nhiên như: tốc độ ánh sáng, tần số siêu mịn Caesium số Planck Các đơn vị khác chấp nhận để sử dụng SI: + Tấn (t) 1000 kg + Electronvolt (eV) đơn vị lượng, tương đồng lượng khối lượng, dễ dàng chuyển đồi thành đơn vị khối lượng thường sử dụng đơn vị khối lượng Trong bối cảnh này, khối lượng có đơn vị eV / 𝑐 (trong c tốc độ ánh sáng) Electvolt bội số nó, MeV (megaelectronvolt), thường sử dụng vật lý hạt + Đơn vị khối lượng nguyên tử (u) 1/12 khối lượng nguyên tử carbon-12, xấp xỉ 1.66 × 10−27 kg Đơn vị khối lượng nguyên tử phân tử thuận tiện cho việc thể khối lượng nguyên tử phân tử Ngoài hệ thống SI, đơn vị khối lượng khác bao gồm: + Slug (sl) đơn vị khối lượng Hoàng gia (khoảng 14,6 kg) + Pound (lb) đơn vị khối lượng lực, sử dụng chủ yếu Hoa Kỳ (khoảng 0,45kg 4,5N) Trong bối cảnh khoa học, nơi phân biệt pound (lực) pound (khối lượng), đơn vị SI thường sử dụng thay + Khối lượng Planck (𝑚𝑝 ) khối lượng tối đa hạt điểm (khoảng 2.18 × 10−8 kg) Nó sử dụng vật lý hạt + Khối lượng mặt trời (M☉) định nghĩa khối lượng Mặt Trời Nó chủ yếu sử dụng thiên văn học để so sánh khối lượng lớn thiên hà (≈ 1.99 × 1030 ) + Khối lượng hạt nhỏ xác định bước sóng Compton nghịch đảo (1 𝑐𝑚−1 ≈ 3.52 × 10−41 kg) + Khối lượng lỗ đen lơn xác định bán kính Schwarschild (1 cm ≈ 6.73 × 1024 kg) Hình 1.2: Hình ảnh khối lượng hệ SI 1.2 Các phương pháp đo khối lượng 1.2.1 Đo khối lượng lực tương tác Định luật III Newton: lực tương tác hai vật hai lực trực đối, nghĩa độ lớn, giá ngược chiều Định luật III Newton cho ta phương pháp đo khối lượng là: đo khối lượng tương tác Muốn đo khối lượng vật, trước hết phải chọn vật có khối lượng đơn vị gọi khối lượng chuẩn Sau ta cho vật cần đo khối lượng m tương tác với khối lượng chuẩn 𝑚0 Khối lượng chuẩn thu gia tốc 𝑎0 , vật m thu gia tốc a Ta có: 𝑎 𝑎0 = 𝑚 𝑚0 => m = 𝑎 𝑎0 𝑚0 Phương pháp dùng để đo khối lượng cá hạt vi mô (electron,proton,nortron), vật siêu vĩ mô (mặt trăng, trái đất…) a Lý thuyết cân kỹ thuật Là loại cân cho phép cân xác đến 0.01g, đơi đến 0.001g Có nhiều loại cân kỹ thuật: cân hai đòn, cân đòn, cân kỹ thuật, cân kỹ thuật hóa học Cân kỹ thuật hóa học xác có độ trọng tải từ 200g đến vài kilogram Khác loại cân thô, cân kỹ thuật có khóa hãm ốc điều chỉnh Nhờ khóa hãm, phận quan trọng đòn cân gối cân khơng làm việc tách khỏi nhau; không tỳ sát bề mặt Điều giữ cho cân không bị độ nhạy Khi bắt đầu cân, người ta xoay khóa hãm để đưa cân trở lại vị trí làm việc Khi làm việc, mở khóa hãm mà cân chưa thăng bằng, chỉnh ốc điều chỉnh để đạt thăng Đối với cân kỹ thuật (trừ cân tay), người ta đặt cố định vị trí định phịng thí nghiệm Thường xuyên phải lau chùi cân kỹ thuật hóa học b Phương pháp cân cân kỹ thuật Có cách khác để cân vật: + Cách cân trực tiếp thực cách đặt vật trực tiếp lên đĩa cân đọc khối lượng cân + Sai số cân gây nên loại trừ cách cân hai lần gọi cách cân lặp (weighting by difference) Khi muốn cân vật cách cân lặp ta cân vật chứa, sau đặt vật muốn cân vào vật chứa vật muốn cân cân vật chứa vật muốn cân Khối lượng vật muốn cân hiệu số hai giá trị khối lượng Sau cân bỏ vật cân khỏi cân Đóng khóa hãm lại Làm vệ sinh cân c Cân phân tích Cân dùng cho thí nghiệm địi hỏi độ xác cao thường cân phân tích Trước cân phân tích thường có hai loại: cân dao động tuần hồn cân dao động khơng tuần hồn Cân phân tích dao động tuần hồn: có nhược điểm tắt dần dao động đòn cân xảy chậm Vì cân loại cân hay nhiều thời gian mệt Cân phân tích dao động khơng tuần hồn: đại hơn, dao động khơng điều hịa, cân nhanh, bời có phận hãm địn cân kim cân từ Sau này, với tiến khoa học kỹ thuật, loại cân phân tích dao động tuần hồn bị loại bỏ, sử dụng cân dao động khơng tuần hồn Đồng thời có loại cân xuất cân phân tích điện tử Với loại cân cân nhanh, xác, bị ảnh hưởng yếu tố bên hai loại cân Độ xác 10−4 - 10−6 gam Phạm vi ứng dụng dùng để cân chất gốc để pha dung dịch tiêu chuẩn (từ lượng cân người ta tính trực tiếp nồng độ) d Vị trí đặt cân Bao người ta đặt cân phân tích hịm kín có cửa trước kéo lên hai cửa mở bên sườn Bên trái bàn cân phân tích (thấp chút) bàn khác đặt bình hút ẩm chứa vật cân Để tránh ảnh hưởng rung động có hại làm việc cân phân tích, đặc biệt vi lượng, người ta thay miếng đệm chứa, thùng, phễu Ví dụ, cảm biến tải trọng thủy lực vô can với điện áp thống qua (sét đánh) loại cảm biến tải trọng thiết bị hiệu mơi trường ngồi trời Công nghệ đắt loại cảm biến tải trọng khác Nó cơng nghệ tốn khơng thể cạnh tranh hiệu kinh tế 1.3.4 Cảm biến loadcell khí nén Các loadcell khí nén hoạt động theo nguên tắc cân lực Các thiết bị sử dụng nhiều buồng giảm chấn để cung cấp độ xác cao so với thiết bị thủy lực Các loadcell khí nén thường sử dụng để đo trọng lượng tương đối nhỏ ngành công nghiệp mà an toàn đặt lên hàng đầu Cảm biến tải trọng loại thiết kế để tự động điều chỉnh áp suất cân Áp suất khơng khí đặt vào đầu màng đàn hồi qua vịi đặt cảm biến tải trọng Một đồng hồ áp suất gắn với cảm biến tải trọng để đo áp suất bên cảm biến Độ lệch màng đàn hồi ảnh hưởng đến luồng khơng khí qua vịi áp suất bên buồng 1.4 Kết luận Sau tìm hiểu rõ nguyên lý loại cảm biến loadcell giới hạn đề tài, nhóm em định lựa chọn cảm biến loadcell HS000252 sử dụng để đo giám sát tải trọng 200kg sử dụng cảm biến 50kg biến dạng hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi từ tín hiệu vật lý (kg) sang tín hiệu điện để sử dụng cho báo cáo chi tiết nhóm em trình bày chương 10 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ HIỂN THỊ KHỐI LƯỢNG 2.1 Sơ đồ khối tổng thể Sau phân tích lựa chọn nhóm em định sử dụng thiết bị phần cứng thể sơ đồ khối Load cell Khuếch đai ADC ARM LCD 2.2 Giới thiệu phần cứng 2.2.1 Cảm biến loadcell Loadcell thiết bị cảm biến dùng để chuyển đồi lực trọng lượng thành tín hiệu điện Loadcell thường sử dụng để cảm ứng lực lớn, tĩnh hay lực biến thiên chậm Một số trường hợp Loadcell thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc vào thiết kế Loadcell Hình 2.1: Loadcell HS000252 50kg Hình 2.2: Loadcell HS000211 5kg Loadcell cấu tạo hai thành phần, phần thứ “Strain gage” thành phần lại “Load” Strain sage điện trở đặc biệt nhỏ móng tay, có điện trở thay đổi bị nén hay kéo dãn nuôi nguồn điện ổn định, dán chết lên “Load” – kim loại chịu tải có tính đàn hồi Dây đỏ dây nguồn, đen dây nối đất dây xanh trắng dây tín hiệu điện áp dương âm Nguyên lý hoạt động: Hoạt động dựa nguyên lý cầu điện trở cân Wheatstone Giá trị lực tác dụng tỉ lệ với thay đổi điện trở cảm ứng cầu điện trở trả tín hiệu điện áp tỉ lệ 11 Cấu tạo loadcell gồm điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành cầu điện trở Wheatstone hình dán vào bề mặt thân loadcell Hình 2.3: Mạch cầu điện trở Wheatstone Cơng thức tính điện áp đầu mạch cầu: UA = ( R1 R1 +R2 - R3 R3 +R4 ) UB Một điện áp kích thích cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) (4) cầu điện trở Wheatstone) điện áp tín hiệu đo hai góc khác Tại trạng thái cân (trạng thái khơng tải), điện áp tín hiệu số không gần không bốn điện trở gắn phù hợp giá trị Đó lý cầu điện trở Wheatstone gọi mạch cầu cân Khi có tải trọng lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn nén), điều dẫn tới thay đổi chiều dài tiết diện sợ kim loại điện trở strain gauges Sự thay đổi dẫn tới thay đổi điện áp đầu Hình 2.4: Sự thay đổi điện trở loadcell Sự thay đổi điện áp nhỏ, ó thể đo chuyển thành số sau qua khuếch đại thị cân điện tử (đầu cân) Trong đề tài khối cảm biến chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số để đo đại lượng cân nặng Khi tác động vào loadcell làm thay đổi giá trị điện trở nên điện áp đầu thay đổi theo 12 Đề tài sử dụng để cân khối lượng người khoảng 200kg nên cần loadcell chịu trọng lượng lớn Vì vậy, nhóm em chọn bốn cảm biến trọng lượng 50kg loại HS000252 nối lại với với thông số cảm biến sau: Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật loadcell HS000252 50kg Ứng dụng Cân điện tử Đơn vị Tải trọng 50 Kg Độ nhạy 1.0 ± 1.5% Kg/mV Độ lệch tuyến tính 0.05 %F.S Zero Output -0.3 mv/V Creep (1 min) 0.1 %F.S Ảnh hưởng nhiệt độ đến điểm 0.3 %F.S/10 Ảnh hưởng nhiệt độ đến đầu 0.1 %F.S/10 Điện trở vào 1000 ± 10 Ohm Điện trở 1000 ± 10 Ohm Trở kháng cách ly ≥ 2000 M Điện áp hoạt động V Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 65 Độ C Điện áp hoạt động tối đa V Cáp φ0.8 x 460 mm Vật liệu Thép Màu sản phẩm Bạc 13 Bốn cảm biến thiết kế đặt bốn góc cân để thực cân theo nguyên lý chia khối lượng nhằm đạt độ xác cao Cụ thể sơ đồ bố trí bàn cân minh họa hình vẽ sau đây: Hình 2.5: Sơ đồ minh họa cách bố trí bàn cân Do ngõ loadcell HS000252 có điện áp nhỏ khoảng 1-3 mV nên phải đưa qua mạch khuếch đại sau tín hiệu khuếch đại đưa vào ADC Trong ADC chúng em lựa chọn loại HX711 HS000650 có điện áp đầu vào 5V Sơ đồ mạch khuyếch đại thiết kế sau Hình 2.6: Sơ đồ mạch khuếch đại Uo = (U1 + U2 + U3 + U4 ) (1 + R2 ) = 40 mV R1 2.2.2 Giới thiệu module HX711 HX711 HS000650 chuyển đổi tương tự kỹ thuật số (ADC) 24 bit xác thiết kế cho cân ứng dụng điều khiển công nghiệp để giao tiếp trực tiếp với cảm biến cầu 14 Độ phân giả 24bit giao tiếp dây với vi điều khiển: chân SCK (Clock) DT (Data) Hình 2.7: Module HX711 Bộ ghép kênh đầu vào chọn đầu vào vi sai kênh A B cho khuếch đại lập trình tiếng ồn thấp (PGA) Kênh A lập trình với độ khuếch đại 128 64, tương ứng với điện áp đầu vào tương ứng ± 20mV ± 40mV, nguồn 5V kết nối với chân cấp nguồn tương tự VDD Kênh B có độ khuếch đại 32 Bộ điều chỉnh nguồn cung cấp điện loại bỏ cần thiết điều chỉnh nguồn cung cấp bên để cung cấp lượng tương tự cho ADC cảm biến Nó từ nguồn xung nhịp bên ngoài, thạch anh dao động chip không yêu cầu thành phần bên ngồi Tính đặc điểm: • Hai kênh đầu vào vi sai lựa chọn • PGA hoạt động chip với độ khuếch đại lựa chọn 32, 64 128 • Bộ điều chỉnh nguồn chip để cung cấp lượng tương tự cho loadcell ADC • Bộ tạo dao động chip khơng u cầu thành phần bên ngồi với tinh thể ngồi tùy chọn • Điều khiển kỹ thuật số đơn giản giao diện nối tiếp: điều khiển dựa pin khơng cần lập trình • Tốc độ liệu đầu 10SPS 80SPS lựa chọn • Từ chối cung cấp đồng thời 50 60Hz • Mức tiêu thụ bao gồm điều chỉnh nguông tương tự chip: hoạt động bình thường < 1,5mA, giảm nguồn < 1uA • Phạm vi điện áp cung cấp hoạt động: 2,6 ~ 5,5V • Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 85℃ 15 Hình 2.8: Sơ đồ khối ứng dụng cân nặng Hình 2.9: Sơ đồ chân module HX711 Bảng 2.2: Mô tả sơ đồ chức chân HX711 STT Tên Chức Hoạt động VSUP Nguồn Vùng hoạt động: 2.7 ~ 5.5V BASE Analog đầu Điều chỉnh đầu AVDD Nguồn Analog cung câp: 2.6 ~ 5.5V VFB Analog đầu vào Điều chỉnh đầu vào AGND Nối đất Analog nối đất VBG Analog đầu Đầu qua tham chiếu INA- Analog đầu vào Đầu vào kênh A âm INA+ Analog đầu vào Đầu vào kênh A dương INB- Analog đầu vào Đầu vào kênh B âm 16 10 INB+ Analog đầu vào Đầu vào kênh B dương 11 PD_SCK Đầu vào số Điều khiển tắt nguồn đầu vào xung Clock nối tiếp 12 DOUT Đầu số Đầu liệu nối tiếp 13 XO I/O số Crystal I/0 14 XI Đầu vào số Crystal I/O đầu vào xung clock bên ngoài, 0: sử dụng dao động chip 15 RATE Đầu vào số Kiểm soát tốc độ liệu đầu ra, 0: 10Hz; 1: 80Hz 16 DVDD Nguồn Vùng hoạt động: 2.6 ~ 5.5V Hình 2.10: Dữ liệu đầu ra, đầu vào thời gian lựa chọn kiểm soát Bảng 2.3: Quá trình hoạt động liệu đầu vào liệu đầu Ký hiệu Hoạt động MIN T1 DOUT cạnh xuống đến PD_SCK cạnh lên 0.1 T2 PD_SCK cạnh lên đến DOUT liệu sẵn sàng TYP MAX Đơn vị μs 0.1 μs 17 T3 PD_SCK thời gian cạnh 0.2 T4 PD_SCK thời gian cạnh 0.2 50 μs μs Với ADC HS000650 có thơng số sau: độ phân giải 24 bit giải u cầu Với cơng thức tính độ phân giải analog Độ phân giải analog = 224 = 0.003mV < 1-3mV Nên dùng 24 bit phù hợp để đọc giá trị loadcell Qua nhận thấy module HX711 phù hợp chọn đề tài với dòng làm việc < 1.5mA độ phân giải 24 bit 2.2.3 Tổng quan ARM Cấu trúc ARM (viết tắt từ tên gốc Acorn RISC Machine) loại cấu trúc vi xử lý 32 bit kiểu RISC (thuộc kiến trúc Hardvard, có tập lệnh rút gọn) sử dụng rộng rãi thiết kế nhúng Do có đặc điểm tiết kiệm lượng, CPU ARM chiếm ưu sản phẩm điện tử di động mà với sản phẩm việc tiêu tán công suất thấp mục tiêu thiết kế quan trọng hàng đầu Việc thiết kế ARM năm 1983 dự án phát triển cơng ty máy tính Acorn Nhóm thiết kế hồn thành việc phát triển mẫu gọi ARM1 vào năm 1985 vào năm sau, nhóm hồn thành sản phẩm thực gọi ARM2 với thiết kế đơn giản gồm 30.000 transistor, ARM2 có tuyến liệu 32 bit, khơng gian địa 26 bit tức cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa 16 ghi 32 bit Thế hệ sau, ARM3 tạo với 4KB cache có chức cải thiện tốt Trải qua nhiều hệ lõi ARM gần khơng thay đổi kích thước, ARM2 có 30.000 transistor ARM6 tăng lên đến 35.000 Ý tưởng nhà sản xuất lõi ARM cho người sử dụng có chể ghép lõi ARM với số phận tùy chọn để chế tạo CPU hồn chỉnh, loại CPU mà chế tạo nhà máy sản xuất bán dẫn cũ tiếp tục tạo sản phẩm với nhiều tính mà giá thành thấp Thế hệ thành cơng có lẽ ARM7TDMI với hàng trăm triệu lõi sử dụng máy điện thoại di động, hệ thống video game cầm tay, Sega Dreamcast Trong công ty ARM tập trung vào việc bán lõi IP, có số giấy phép tạo vi điều khiển dựa lõi 18 Ngày ARM ứng dụng rộng rãi lĩnh vực đời sống: Robot, máy tính, điện thoại, xe hơi, máy giặt,… ARM Cortex chia làm dịng: • Cortex-A: Bộ xử lý dành cho hệ điều hành ứng dụng phức tạp Hỗ trợ lệnh ARM, thumb thumb-2 • Cortex-B: Bộ xử lý dành cho hệ thống đòi hỏi khắt khe đáp ứng thời gian thực Hỗ trợ tập lệnh ARM, thumb thumb-2 • Cortex-M: Bộ xử lý dành cho dòng vi điều khiển, thiết kế để tối ưu giá thành Hỗ trợ tập lệnh thumb-2 Giá trị số nằm cuối tên dòng ARM cho biết mức độ hiệu suất tương đối dịng Theo dịng ARM mang số có hiệu suất thấp Tập đoàn ST Microelectronic cho mắt dòng STM32, vi điều khiển dựa lõi ARM Cortex-M3 hệ hãng ARM thiết kế, lõi ARM Cortex-M3 cải tiến lõi ARMv7-M 32 bit truyền thống, mang lại thành cơng vang dội cho cơng ty ARM Dịng STM32 thiết lập tiêu chuẩn hiệu suất, chi phí, khả đáp ứng ứng dụng tiêu thụ lượng thấp tính điều khiển thời gian thực khắt khe Chip ARM Cortex-M7 vi điều khiển 32bit cao cấp series Cortex-M ARM Theo ARM, Cortex-M7 có DSP (Digital Signal) cao gấp đơi so với Cortex-M4 xử lý lúc tập lệnh, giúp cho M7 hoạt động mức xung nhịp cao Đây dòng chip MCU 32 bit giúp tăng tốc thông dịch liệu từ cảm biến thành thơng tin số Nó tăng gấp đơi hiệu tính toán DSP giảm thiểu mức tiêu thụ điện nhờ vào công nghệ sản xuất 28mm Chip M7 hỗ trợ thiết bị nhúng điều khiển giọng nói giao diện rich OS cịn sử dụng smartphone xe để điều khiển chức hình chạm âm phức tạp 19 Hình 2.11: Kiến trúc vi xử lý ARM Cortex-M7 2.2.4 Giới thiệu ARM-Cortex-M3 STM32F1 Dịng ARM STM32F1 chia làm nhóm nhỏ, nhóm có số dung lượng nhớ Flash, SRAM số lượng ngoại vi khác nhau: • Low-density: Gồm vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx STM32F103xx có nhớ Flash từ 16 đến 32 Kbytes • Medium-density: Gồm vi điều khiển STM32F101xx, STM32F102xx STM32F103xx có nhớ Flash từ 64 đến 128Kbytes • High-density: Gồm vi điều khiển STM32F101xx STM32F103xx có nhớ Flash từ 256 đến 512 Kbytes • XL-density: Gồm vi điều khiển STM32F101xx STM32F103xx có nhớ Flash từ 768 đến 1Mkbytes • Connective line: Gồm vi điều khiển STM32F105xx STM32F107xx 20 Hình 2.12: Kiến trúc vi xử lí ARM Cortex-M3 Địa ngoại vi họ ARM STM32F1 0x40000000 kết thúc 0x500003FF sử dụng bus AHB, APB1, APB2 để trao đổi liệu hình Vùng nhớ SRAM có địa 0x20000000 truy xuất theo dạng byte, half word, word Vùng nhớ FLASH STM32F103RBT6 0x08000000 đến 0x0807FFFF Dòng STM32F1 có chế độ BOOT chọn chân BOOT0 BOOT1 thao bảng 2.1 Bảng 2.4: Các chế độ BOOT STM32F1 Trạng thái chân BOOT Chế độ boot Giải thích BOOT1 BOOT0 X Bộ nhớ Flash Chọn boot từ nhớ Flash Bộ nhớ hệ thống Chọn boot từ nhớ hệ thống 1 SRAM Chọn boot từ nhớ SRAM 21 Nguồn cung cấp cho ARM (VDD) phải nằm phạm vi từ đến 3.6V (thường cấp 3.3V) Một điều chỉnh điện áp bên sử dụng để cung cấp nguồn 1.8V cho lõi điều khiển, SRAM ngoại vi số STM32F103RBT6 vi điều khiển hãng Stmicroelectronic sử dụng lõi ARM Cortex-M3 thuộc dòng High-density với nhớ Flash 512Kb, nhớ SRAM 64 Kbytes tần số hoạt động lên tới 72Mhz, hỗ trợ chuẩn giao tiếp đa dạng CAN, I2C, SPI, UART/USART, USB, FSMC Sử dụng nguồi tạo dao động bao gồm từ thạch anh ngoại từ tới 16Mhz, dao động RC nội tần số 8Mhz, dao động RC hiệu chuẩn nội 40kHz dao động 32kHz cho RTC Có chế độ tiết kiệm lượng bao gồm Sleep, Stop Standby Có kênh chuyển đổi DAC 12 bit 16 kênh ADC 12 bit, 12 kênh DMA hỗ trợ nhiều ngoại vi, hỗ trợ chuẩn gỡ lỗi bao gồm SWD JTAG Có TIMER TIMER1 TIMER8 TIMER nâng cao, TIMER6 TIMER7 TIMER bản, TIMER cịn lại có chức thơng thường Dịng ARM Cortex xử lí hệ đưa kiến trúc chuẩn cho nhu cầu đa dạng công nghệ Không giống chip ARM khác, dịng Cortex lõi xử lí hồn thiện, đưa chuẩn CPU kiến trúc hệ thống chung Dịng Cortex gồm có phân nhánh chính: dịng A dành cho ứng dụng cao cấp dòng R cho ứng dụng thời gian thực đầu đọc dòng M dành cho ứng dụng vi điều khiển chi phí thấp STM32 thiết kế dựa trê dòng CortexM3, dòng Cortex-M3 thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ thống, kết hợp với tiêu thụ lượng thấp, CortexM3 thiết kế kiến trúc mới, chi phí sản xuất đủ thấp để cạnh tranh với dòng vi điều khiển 16-bit truyền thống 2.2.5 Khối hiển thị Khối hiển thị: dùng để thị thông tin dạng chữ số giúp người dùng quan sát rõ ràng cự ly gần giao diện hình đo cân nặng Với khối hiển thị có nhiều lựa chọn LCD, led ma trận,… Qua trình tìm hiểu nhóm định lựa chọn LCD 2.8 inch cho đề tài LCD có giá thành rẻ, tiết kiệm lượn, dễ dàng điều khiển sử dụng với thông số sau: LCD TFT cảm ứng màu 2.8 inch sử dụng IC điều khiển ili9352, IC điều khiển cảm ứng điện trở XPT2046, thích hợp cho ứng dụn cần điều khiển hình cảm ứng giúp tăng độ linh động giao diện thiết kế điều khiển 22 • • • • • • • Độ phân giải 280 x 320 RGB 262K IC điều khiển cảm ứng XPT2046 Khe cắm SD Card chuẩn Hỗ trợ định dạng 16 bit RGB565 Điện áp: 3.3V Điện áp chịu đựng cho chân I/O không 3.3V Kích thước 76 x 54 x 14mm Hình 2.13: Màn hình LCD 2.8 inch 2.2.6 Kết nối hệ thống Hình 2.14: Sơ đồ kết nối hệ thống 2.3 Kết luận Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu thực báo cáo, chúng em tiếp thu thêm nhiều kiến thức hiểu rõ môn học Trong khuôn khổ báo cáo, với kiến thức bị giới hạn nên chúng em tìm hiểu phần cứng, cách chúng hoạt động, nguyên lý cách kết nối hệ thống lại với Chúng em mong sớm học mơn vi xử lý để hiểu tiếp cận bước lập trình để giúp cho báo cáo trở 23 nên đầy đủ, hoàn thiện Một lần nữa, em xin cám ơn Đồn Thị Hương Giang giúp đỡ, sửa chữa tận tình để giúp nhóm em hồn thành báo cáo Em xin chân thành cám ơn! 24 ...BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ ĐO LƯỜNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT KHỐI LƯỢNG Giáo viên: TS Đo? ?n Thị Hương Giang Lớp: CLC.D13CNTKDK TẠ ĐÌNH THÀNH... pháp đo khối lượng là: đo khối lượng tương tác Muốn đo khối lượng vật, trước hết phải chọn vật có khối lượng đơn vị gọi khối lượng chuẩn Sau ta cho vật cần đo khối lượng m tương tác với khối lượng. .. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đại lượng đo khối lượng 1.1.1 Khái niệm khối lượng 1.1.2 Đại lượng đo 1.2 Các phương pháp đo khối lượng 1.2.1 Đo khối lượng lực