BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ II ĐỀ TÀITHIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ II ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM Giảng viên hướng dẫn : Tào Văn Cường Mã lớp : 707994 Sinh viên thực : Dương Văn Biên MSSV: 20172426 : Lê Minh Hiếu MSSV: 20172548 Hà Nội, 12-2021 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển công nghiệp vi mạch điện tử, hệ thống đo lường điều khiển số hóa tự động hóa Các kỹ thuật tiên tiến vi xử lý, vi mạch số,… ứng dụng nhiều vào lĩnh vực đo lường điều khiển thay cho hệ thống thô sơ trước, với tốc độ xử lý nhanh xác lệnh chương trình tự động thiết lập trước.Trong trình sản xuất, việc đo thống kê nhiệt độ, độ ẩm tự động yêu cầu cần thiết nhà máy xí nghiệp Nếu nắm bắt nhiệt độ đô ẩm làm việc hệ thống, dây chuyền sản xuất giúp biết tình trạng hoạt động máy móc có phương pháp xử lý kịp thời, tránh cố hay hư hỏng khơng đáng có Nhận biết tầm quan trọng việc đo khống chế nhiệt độ, em định chọn đề tài “Thiết kế mạch đo nhiệt độ độ ẩm” làm đồ án thiết kế Đề tài giúp em tích lũy thêm nhiều kiến thức mạch điện tử trau dồi thêm nhiều kinh nghiệm để phục vụ cho môn học sau Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Tào Văn Cường bảo góp ý giúp em suốt q trình thực đồ án Em cố gắng để đề tài đạt kết tốt hạn chế kiến thức chuyên môn thời gian nên đề tài không tránh khỏi thiết sót định Em mong nhận lời nhận xét thầy để em rút kinh nghiệm cải tiến, phát triển đề tài MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC HÌNH VẼ ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iii CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỀ TÀI .1 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Phân tích thiết kế 1.2.1 Yêu cầu chức 1.2.2 Yêu cầu phi chức CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Thiết kế sơ đồ khối 2.2 Chi tiết khối 2.2.1 Khối nguồn .1 2.2.2 Khối cảm biến 2.2.3 Khối xử lý .2 2.2.4 Khối hiển thị 2.3 Sơ đồ mạch nguyên lý 2.4 Mạch thực tế CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.1 Đánh giá 3.2 Hướng phát triển KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 PHỤ LỤC .11 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Ý nghĩa DC Direct current UART Universal asynchronous receivertransmitter EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory SRAM Static random-access memory i DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2-1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2-2 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn Hình 2-3 Hình ảnh module DHT11 .2 Hình 2-4 Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến .2 Hình 2-5 Sơ đồ chân vi điều khiển ATmage16 Hình 2-6 Màn hình LCD1602 Hình 2-7 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị .5 Hình 2-8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống .6 Hình 2-9 Hình ảnh mạch thực tế ii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1 Ý nghĩa chân LCD1602 iii CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung Nhiệt độ đại lượng vật lý gắn liền với cuốc sống Nó tác động đến người mặt cuốc sống Và lĩnh vực sản xuất vậy, nhiết độ ảnh hưởng trực tiếp tới trình vận hành, sản xuất Độ ẩm đại lượng vật lý xác định khối lượng nước tính theo gam có đơn vị thể tích xác định hay cịn nói lượng nước có khơng khí Độ ẩm thước đo cho thấy khả mưa lượng mưa, sương mù thời tiết Đối với người độ ẩm cao việc đổ mồ hôi làm mát thể Vì mà điều kiện thời tiết độ ẩm cao khiến cho cảm thấy khó chịu Độ ẩm khơng khí q cao tạo điều kiện cho vi khuẩn, vi sinh vật phát triển mạnh mẽ Đây nguyên nhân gây nhiều bệnh lý hô hấp, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người Trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, nhiệt độ có tác động trực tiếp đến chất lượng sản phẩm đầu q trình gia cơng hàn vật liệu, nhiệt độ ảnh hưởng tới độ xác, tính giãn nở vật liệu Trong y học, nhiệt độ ảnh hưởng tới kết nghiên cứu chữa bệnh Trong nơng nghiệp, ảnh hưởng trực tiếp đến thành suất nông nghiệp; chế biến bảo quản thực phẩm Trong q trình nung nóng, sấy nung gạch men nhiệt độ ảnh hưởng tới chất lượng độ cứng, độ dẻo, màu sắc sản phầm đầu Nhiệt độ đại lượng đo gián tiếp sở tính chất vật phụ thuộc nhiệt độ Hiện nay, có nhiều nguyên lý cảm biến khác để chế tạo cảm biến nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt ngẫu, phương pháp quang dựa phân bố xạ nhiệt, phương pháp dựa dãn nở vật rắn, lỏng, khí,… Như vậy, việc đo nhiệt độ, độ ẩm cảm biến phương pháp phổ biến tiết kiệm đời sống 1.2 Phân tích thiết kế 1.2.1 Yêu cầu chức Mạch có yêu cầu chức sau:  Đo nhiệt độ độ ẩm  Hiển thị nhiệt độ, độ ẩm lên hình LCD  Có thể tùy chỉnh ngưỡng cảnh báo 1.2.2 Yêu cầu phi chức Mạch có yêu cầu phi chức sau:  Nhiệt độ độ ẩm đo với sai số thấp  Giá thành rẻ  Mạch chạy ổn định lâu dài  Sử dụng nguồn 5V DC  Kích thước mạch nhỏ gọn Hình 2-5 Sơ đồ chân vi điều khiển ATmage16 ATmega16 vi điều khiển bit dựa kiến trúc RISC nhớ chương trình 16KB ISP flash ghi xóa hàng nghìn lần, 512B EEPROM, nhớ RAM vô lớn giới vi xử lý bit (1KB SRAM) Với 32 chân sử dụng cho kết nối I/O, định thời, đầy đủ giao tiếp ngoại vi I2C, UART, SPI, có hỗ trợ ngắt ngồi, chuyển đổi tương tự sang số ADC với độ phân giải 10 bit Trong khối này, vi điều khiển dùng giao tiếp UART để giao tiếp với máy tính, kết nối với cảm biến nhiệt độ, hiển thị lên LCD cảnh báo vượt ngưỡng 2.2.4 Khối hiển thị Ở khối này, em sử dụng LCD1602 để hiển thị nhiệt độ độ ẩm Hình 2-6 Màn hình LCD1602 Sau ý chân LCD1602 Bảng 2-1 Ý nghĩa chân LCD1602 Chân Ký hiệu Mô tả VSS Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển VDD Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển VEE Điều chỉnh độ tương phản LCD RS Chân chọn ghi (Register select) + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc E Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (highto-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát - 14 DB0 - DB7 Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus : + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit DB7 + Chế độ bit : Dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7 15 A Nguồn dương cho đèn 16 K GND cho đèn Hình 2-7 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 2.3 Sơ đồ mạch nguyên lý Mạch nguyên lí thiết kế dựa tham khảo hướng dẫn tài liệu cung cấp giảng viên Dưới hình ảnh mạch ngun lí vẽ phần mềm Altium Hình 2-8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 2.4 Mạch thực tế Sau sử dụng ngôn ngữ C để lập trình cho vi điều khiển, tiến hành biên dịch mã nguồn sang file mã máy dạng hex Sau sử dụng mạch nạp AVR USB phần mềm Progisp để nạp file xuống vi điều khiển Sau tiến hành kiểm tra hoạt động mạch theo ý tưởng thiết kế nêu lên phần trước Hình ảnh bên miêu tả trình hoạt động mạch thực tế Hình 2-9 Hình ảnh mạch thực tế CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.1 Đánh giá Sau tháng nỗ lực làm việc với hướng dẫn tận tình thầy giáo Tào Văn Cường với đề tài “Thiết kế mạch đo nhiệt độ độ ẩm”, em hoàn thành với thời gian quy định Ưu điểm: o Mạch có dải đo nhiệt lớn từ đến 50℃, sai số ±2℃ o Độ ẩm: 20-90% RH, sai số ± 5%RH o Khả đáp ứng nhanh với độ thay đổi nhiệt độ môi trường o Mạch thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiện lợi o Có thể sử dụng nơi cần theo dõi nhiệt độ nhà kho, công xưởng, nhà số thiết bị máy móc khác Nhược điểm: o Tính ổn định chưa cao o Cịn có sai số nhiệt độ đo sai số linh kiện sai số tính tốn thiết kế mạch chấp nhận đươc 3.2 Hướng phát triển - Để tăng độ xác sử dụng loại cảm biến khác - Thiết lập trạm đo nhiệt độ, độ ẩm sau gửi liệu server cách sử dụng Module SIM900A ESP8266 KẾT LUẬN Trong đồ án thân em thiết kế mạch đo nhiệt độ độ ẩm sử dụng cảm biến cho tín hiệu số, hoàn thành mục tiêu đề đồ án Tuy mạch chạy thử nghiệm đơn giản tồn số hạn chế định hồn thiện cải tiến mạch với phương pháp em đề xuất Em hi vọng nhận lời nhận xét đánh giá từ thầy hướng dẫn để em phát triển đề tài, thực project lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.electronicwings.com/avr-atmega/atmega1632-usart, truy nhập lần cuối 12/2020 [2] https://www.electronicwings.com/avr-atmega/lcd16x2-interfacing-withatmega16-32, truy nhập lần cuối 12/2020 [3] https://www.mouser.com/datasheet/2/758/DHT11-Technical-Data-SheetTranslated-Version-1143054.pdf , truy nhập lần cuối 12/2020 10 PHỤ LỤC #define F_CPU 8000000UL /* Define frequency here its 8MHz */ #include #include #include #include #include //#define USART_BAUDRATE 9600 #define BAUD_PRESCALE (((F_CPU / (USART_BAUDRATE * 16UL))) - 1) #define degree_sysmbol 0xdf #define LCD_Data_Dir DDRC /* Define LCD data port direction */ #define LCD_Command_Dir DDRD /* Define LCD command port direction register */ #define LCD_Data_Port PORTC /* Define LCD data port */ #define LCD_Command_Port PORTD /* Define LCD data port */ #define RS PIND6 /* Define Register Select (data/command reg.)pin */ #define RW PIND5 /* Define Read/Write signal pin */ #define EN PIND7 /* Define Enable signal pin */ #define BUZZER_DDRx DDRD #define BUZZER_PORTx PORTD #define BUZZER_PIN PIND3 volatile char buff[10]; volatile uint8_t status_flag = 0; volatile uint8_t buffer_pointer = 0; int th_Temp =30, th_humi = 90; void LCD_Command(unsigned char cmnd) { LCD_Data_Port= cmnd; LCD_Command_Port &= ~(1