Thiết kế và thi công mạch đo áp suất đồ án hệ thống nhúng kĩ thuật điều khiển và tự động hóa

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NGUYỄN TRUNG KIÊN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ x CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1 Giới thiệu đề tài .1 1.2 Mục đích nghiên cứu .1 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu .1 1.5 Dự kiến kết CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG .2 2.1 Sơ đồ khối hệ thống .2 2.1.1 Khối cảm biến 2.1.2 Khối điều khiển .3 2.1.3 Khối hiển thị 2.1.4 Khối nguồn .6 2.1.5 Khối cấp xung 2.2 Sơ đồ nguyên lí tổng quát 2.3 Thiết kế mơ hình CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 10 3.1 Hoạt động hệ thống .10 3.2 Lưu đồ giải thuật vi điều khiển .10 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 11 4.1 Tiến trình thực nghiệm 11 4.2 Kết thực nghiệm 11 4.3 Kết luận thực nghiệm 12 CHƯƠNG KẾT LUẬN .12 5.1 Ưu điểm 12 5.2 Nhược điểm 12 viii GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 PHỤ LỤC 14 DANH MỤC HÌ HÌNH 1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG HÌNH 2: CẢM BIẾN BMP180 .2 HÌNH 3: BMP180 TRONG MƠ PHỎNG .3 HÌNH 4: PIC16F877A HÌNH 5: PIC16F877A TRONG MƠ PHỎNG HÌNH 6: LCD16X2 HÌNH 7: LCD 16X2 TRONG MÔ PHỎNG HÌNH 8: LM7805 HÌNH 9: LM7805 TRONG MÔ PHỎNG .9 HÌNH 10: THẠCH ANH .10 HÌNH 11: THẠCH ANH TRONG MÔ PHỎNG 11 HÌNH 12: MẠCH NGUN LÍ 11 HÌNH 13: MẠCH IN 12 YHÌNH 1: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 13Y HÌNH 1: MẶT TRƯỚC MƠ HÌNH 14 HÌNH 2: MẶT SAU MƠ HÌNH 15 HÌNH 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 15 ix GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Mạch sử dụng vi điều khiển PIC16F877A đóng vai trị điều khiển xuất nhập liệu Cảm biến BMP180 giao tiếp với vi điều khiển xuất nhập liệu đọc nhiệt độ áp suất từ cảm biến sau giao tiếp với LCD hiển thị kết hình 1.2 Mục đích nghiên cứu Trong sống có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình sản suất người Trong áp suất yếu tố đề cập tới nhiều, đời mạch đo áp suất tất yếu Việc áp dụng thực tế phổ biến áp suất đóng vai trị lớn ảnh hưởng tới người, hàng hóa, máy móc… 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đồ án tiến hành tìm hiểu :  Vi điều khiển PIC16F877A  Cảm biến áp suất bmp180  Ngôn ngữ CCS 1.4 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi đồ án đo áp suất giải 300hPa tới 1100hPa 1.5 Dự kiến kết Thiết bị đo áp suất cỡ nhỏ CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG GVHD: TS Võ Hồng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 2.1 Sơ đồ khối hệ thống HÌNH 1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 2.1.1 Khối cảm biến Chức : Đo áp suất môi trường sử dụng áp kế số Linh kiện sử dụng : BMP180 HÌNH 2: CẢM BIẾN BMP180 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 3: BMP180 TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Điện áp đầu vào Công suất tiêu thụ Giao tiếp chuẩn Tốc độ xử lí I2C tối đa Độ nhiễu thấp Dải đo áp suất Khối lượng Kích thước 1.8~~3.6V 0.5uA 1Hz I2C 3.5MHz 0.02hPa 300hPa - 1100hPa 1.18g 18mm x 21mm GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 2.1.2 Khối điều khiển Chức năng: Xử lí tín hiệu Linh kiện : PIC16F877A HÌNH 4: PIC16F877A GVHD: TS Võ Hồng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 5: PIC16F877A TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Bộ xử lí trung tâm Cấu trúc vi điều khiển Bộ nhớ chương trình RAM (bytes) EEPROM/HEF Tổng chân vi điều khiển Tốc độ xử lí tối đa Chọn chân ngoại vi (PPS) Bộ tạo dao động bên Số so sánh Số opamp Số kênh chuyển đổi tương tự( ADC) Độ phân giải ADC tối đa ADC với tính toán Số chuyển đổi kĩ thuật số(DAC) PIC bit 14 Kbyte 368 256/HEF 40 chân 20MHz Không Không Không 14 10 bit Không GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Độ phân giải DAC tối đa Tham chiếu điện áp nội Zero Cross Detect Số định thời bit Số định thời 16 bit Bộ định thời đo tín hiệu Bộ định thời giới hạn phần cứng Số đầu PWM Độ phân giải PWM tối đa Bộ định thời góc Bộ tăng tốc tốn học Số module UART Số module SPI Số module I2C Số module USB Bộ định thời giám sát có cửa sổ (WWDT) CRC/Scan Bộ tạo dao động điều khiển số Cap Touch Channels LCD phân đoạn Mức nhiệt hoạt động Mức nhiệt hoạt động max Mức điện áp hoạt động Mức điện áp hoạt động max Điện áp cao 2.1.3 Có Khơng 0 10 Không Không 1 Không Không 11 -40 ĐỘ C 125 ĐỘ C 2V 5.5 V Không Khối hiển thị Chức : Hiển thị kết đo lường Linh kiện : LCD16X2 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 6: LCD16X2 HÌNH 7: LCD 16X2 TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật : GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Điện áp max Điện áp Dải điện áp hoạt động ổn định Điện áp mức max Điện áp mức Dải dòng cấp nguồn ổn định Dải nhiệt hoạt động ổn định 2.1.4 7V 0,3V 2.7-5.5V 2.4 0.4V 350uA - 600uA - 30 - 75 độ C Khối nguồn Chức năng: Cung cấp nguồn nuôi mạch Linh kiện : LM7805 HÌNH 8: LM7805 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 9: LM7805 TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Điện áp đầu vào vào max Điện áp đầu ổn định Dòng điện đầu nguồn Dòng điện tĩnh thấp 2.1.5 35V DC 5V 1.5A 8mA Khối cấp xung Chức : Cung cấp xung nhịp ( tạo tần số ) cho vi điều khiển Linh kiện : Thạch anh GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 10: THẠCH ANH HÌNH 11: THẠCH ANH TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Thạch anh 20MHz 10 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 2.1.2 Sơ đồ ngun lí tổng qt HÌNH 12: MẠCH NGUN LÍ 2.1.3 Thiết kế mơ hình HÌNH 13: MẠCH IN 11 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Hoạt động hệ thống Khi có nguồn ni mạchMạch hoạt độngCảm biến gửi tín hiệu tới vi xử lí Vi xử lí tiến hành xử lí mã hóa tín hiệu hiển thị LCD xuất kết thu hình LCD 3.2 Lưu đồ giải thuật vi điều khiển HÌNH 1: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT - Cho biến đếm chạy từ - Dùng vịng lặp while để lặp vơ hạn o Gán giá trí đo cảm biến BMP180 vào biến tiến hành cộng thêm vào biến đếm 12 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT o So sánh biến đếm với giá trị:  Khi biến đếm 20 {Gán giá trị biến đếm =0, bắt đầu lặp vô hạn.} CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 4.1 Tiến trình thực nghiệm Bước : Cấp điện cho nguồn Bước : Bật công tắc nguồn + nhấn nút button tạo xung cho pic 4.2 Kết thực nghiệm Sau cấp nguồn, LCD sáng, mạch hoạt động bình thường HÌNH 1: MẶT TRƯỚC MƠ HÌNH 13 GVHD: TS Võ Hồng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 2: MẶT SAU MƠ HÌNH HÌNH 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.3 Kết luận thực nghiệm Kết thực nghiệm giống với dự kiến chương 14 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Ưu điểm  Nhỏ gọn  Mạch không phức tạp  Kết đo xác 5.2 Nhược điểm Do thời gian kiến thức hạn chế nên đồ án cịn nhiều thiếu sót 15 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễễn Đình Phú (2007) Vi xử lý TP.HCM Link tham khảo : dientuviet.com 16 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT PHỤ LỤC CODE : #include #include int8 biendem=0; void main() { lcd_init(); // KHOI TAO LCD lcd_gotoxy(1,1); // DUA LCD VE DONG COT printf(lcd_putc,"DONG HO AP SUAT "); lcd_gotoxy(1,2); // DUA LCD VE DONG COT printf(lcd_putc," KHONG KHI"); // HIEN THI KHOANG CACH LEN LCD delay_ms(1000); //======================================== while (true) // LAP VO HAN { float Nhietdo_F, Apsuat_mmHg; float Nhietdo_C; float Apsuat_mBar; int16 tp, tt; setup_timer_0(T0_INTERNAL|T0_DIV_4); BMP180Calibration(); set_timer0(0); 17 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Nhietdo_C = BMP180Temperature(); tt= get_timer0(); Apsuat_mBar = BMP180Pressure(false); = get_timer0() - tt; Nhietdo_F = 1.8*Nhietdo_C + 32; Apsuat_mmHg = 0.750062 * Apsuat_mBar; delay_ms(500); biendem++; if(biendem=20) { biendem=0; } } 18 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT } } 19 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ... THI? ??T KẾ VÀ THI CƠNG GVHD: TS Võ Hồng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 2.1 Sơ đồ khối hệ thống HÌNH 1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 2.1.1 Khối cảm biến Chức : Đo. .. THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Hoạt động hệ thống Khi có nguồn ni mạch? ? ?Mạch hoạt động? ??Cảm biến gửi tín hiệu tới vi xử lí Vi xử lí tiến hành xử lí mã hóa. .. Trung Kiên ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Điện áp max Điện áp Dải điện áp hoạt động ổn định Điện áp mức max Điện áp mức Dải dòng cấp nguồn ổn định Dải nhiệt hoạt động ổn định 2.1.4