Đề tài NGHIÊN CỨU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 VỚI ARDUINO Môn học Phát triển dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng viễn thông

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA ĐA PHƯƠNG TIỆN BÁO CÁO BÀI TẬP Đề tài: NGHIÊN CỨU CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 VỚI ARDUINO Môn học: Phát triển dịch vụ giá trị gia tăng mạng viễn thơng Giảng viên:ThS.Hồng Thị Thu Nhóm mơn học: 01 Nhóm thực hiện:Nhóm Vũ Vă n Mạ nh B18DCPT155 Đỗ Thị Phương B18DCPT178 Nguyễn Nhậ t Hoà ng B18DCPT095 Kiều Thị Bích Liên B18DCPT128 Lã Quang Thà nh B18DCPT215 Nguyễn Như Đă ng B18DCPT060 Võ Ngọ c Lâ n B18DCPT125 Hà Nội, 3/2022 Phân công công việc Chương Lậ p trình, xâ y dự ng mạ ch, Kết luậ n Nguyễn Nhậ t Hoà ng chương Tổ ng hợ p bá o cá o Vũ Vă n Mạ nh Chương 1: Thiết lậ p mô i trườ ng, IDE, driver Chương 2; Giớ i thiệu m biến LM35 Đỗ Thị Phương Chương 2: Thô ng số chi tiết m biến + Phầ n ng (Cá c linh kiện cho dự n) Kiều Thị Bích Liên Chương 2: Đặ c điểm chung + Nguyên lý hoạ t độ ng + ứ ng dụ ng củ a m biến LM35 Lã Quang Thà nh Chương 2: Tìm hiểu mạ ch Arduino R3 Nguyễn Như Đă ng Chương 1: Ưu/nhượ c điểm + Mộ t số Kit Arduino thườ ng gặ p Võ Ngọ c Lâ n Chương 1; Khá i niệm, cấ u tạ o, ứ ng dụ ng Arduino, Kết luậ n chương Mục lục Chương Tổng quan Arduino Khá i niệm Cấ u tạ o Cấ u tạ o củ a Arduino Chi tiết phầ n ng bả n củ a Kit arduino Ứ ng dụ ng Ưu nhượ c điểm củ a Arduino Mộ t số KIT Arduino thườ ng dù ng Lậ p trình Arduino Thiết lậ p mô i trườ ng, IDE, drive Phầ n mềm lậ p trình Arduino Kết luậ n chương 5 5 12 12 15 18 Chương Cảm biến nhiệt độ LM35 Cả m biến nhiệt độ Cả m biến nhiệt độ LM35 Đặ c điểm Đặ c điểm chung Thô ng số chi tiết m biến LM35 Nguyên lý hoạ t độ ng Ứ ng dụ ng Phầ n ng (Cá c linh kiện cầ n cho dự n) Breadboard Dâ y cắ m Breadboard Mạ ch Arduino UNO Motor Bả ng điện tử hiển thị LCD 1602 Lậ p trình Sử dụ ng phầ n mềm Proteus để mơ phỏ ng mạ ch Lậ p trình Arduino Nạ p code chạ y thử Kết luậ n chương 18 18 19 20 20 21 22 25 26 26 27 27 29 29 31 31 35 37 42 Kết luận 44 Danh mục hình ảnh Hình Chi tiết phầ n ng bả n củ a Kit arduino Hình 2: Arduino Uno (R3) Hình 3: Arduino RedBoard Hình 4: Arduino Mega(R3) Hình 5: Arduino Leonardo 10 Hình 6: Cà i đặ t JRE 11 Hình 7: Cà i đặ t thư viện CH340 13 Hình 8: Giao diện Arduino IDE 14 Hình 9: Kết nố i Arduino Uno vớ i má y tính 15 Hình 10: Hiển thị kết nố i giữ a má y tính mà Arduino 16 Hình 11 Cả m biến nhiệt độ LM35 18 Hình 12: Sơ đồ mạ ch củ a m biến LM35 21 Hình 13: Cấ u hình mạ ch m biến nhiệt độ LM35 22 Hình 14: Breadboard 25 Hình 15: Dây cắ m breadboard 26 Hình 16: Chính ATmega328 27 Hình 17: Motor 28 Hình 18: Mà n hình LCD 16x2 29 Hình 19: Chọ n thiết bị mơ phỏ ng SIMULINO UNO 20 30 Hình 20: Thiết bị mơ phỏ ng Arduino Uno 31 Hình 22: Thiết bị mơ phỏ ng LM016L 32 Hình 23: Thêm m biến LM35 32 Hình 24: Mơ phỏ ng m biến LM35 33 Hình 25: Mơ phỏ ng m biến LM35 34 Hình 26: Bả ng mạ ch hồ n chỉnh 34 Hình 27: Cá ch mắ c mạ ch vớ i m biến LM35 36 Hình 28: Xuấ t file hex từ Arduino IDE 37 Hình 29: Nạ p code cho phầ n mềm mơ phỏ ng 39 Hình 30: Thay đổ i nhiệt độ mơ phỏ ng 39 Hình 31: Kết nhiệt độ 28 độ C 40 Hình 32: Kết nhiệt độ 32 độ C 41 Hình 33: Kết nhiệt độ 36 độ C 42 Chương Tổng quan Arduino 1.1 Khái niệm - Arduino tả ng tạ o mẫ u điện tử mã nguồ n mở , đượ c sử dụ ng nhằ m xâ y dự ng cá c ứ ng dụ ng điện tử tương tá c vớ i hoặ c vớ i mô i trườ ng đượ c thuậ n tiện, dễ dà ng - Nền tả ng mẫ u nà y giố ng mộ t má y tính thu nhỏ , giú p ngườ i dù ng lậ p trình thự c cá c dự n điện tử mà khô ng cầ n phả i đến cá c cô ng cụ chuyên dụ ng để phụ c vụ việc nạ p code - Phầ n mềm nà y tương tá c vớ i giớ i bên ngồ i thơ ng qua cá c m biến điện tử , đèn độ ng 1.2 Cấu tạo 1.2.1 Cấu tạo Arduino - Phầ n ng: Phầ n ng gồ m mộ t board mạ ch mã nguồ n mở (thườ ng gọ i vi điều khiển): lậ p trình đượ c - Phầ n mềm: Là phầ n mềm nguồ n mở tương tự C ++ Mơ i trườ ng phá t triển tích hợ p Arduino (IDE – Integrated Development Environment) cho phép bạ n soạ n thả o, biên dịch code, nạ p chương trình cho board 1.2.2 Chi tiết phần cứng Kit arduino Hình Chi tiết phần cứng Kit arduino (1) Cổng USB: châ n cắ m để tả i mã lậ p trình từ PC lên chip điều khiển Đồ ng thờ i cũ ng cổ ng giao tiếp serial giú p truyền liệu từ chip điều khiển o má y tính (2) Jack nguồn: để chạ y Arduino, bạ n hồ n tồ n nạ p nguồ n từ cổ ng USB Tuy nhiên khô ng phả i lú c nà o cũ ng kết nố i vớ i má y tính đượ c Có nhữ ng dự n cầ n thự c ngoà i trờ i cầ n mộ t nguồ n điện c vớ i mứ c điện p từ 9V -12V (3) Hàng Header: nhữ ng châ n đá nh số từ – 12 hà ng digital pin Đâ y nơi truyền – nhậ n tín hiệu số Bên cạ nh có mộ t pin đấ t (GND) pin điện p tham chiếu (AREF) (4) Hàng header thứ 2: chủ yếu liên quan tớ i điện p đấ t, nguồ n (5) Hàng header thứ 3: cá c châ n để nhậ p – xuấ t cá c tín hiệu analog (đọ c thô ng tin củ a thiết bị m biến) (6) Chip điều khiển AVR: phậ n xử lý trung tâ m củ a n bo mạ ch Vớ i mỗ i mẫ u Arduino c nhau, chip nà y c Ví dụ Arduino Uno sử dụ ng ATMega328 1.3 Ứng dụng Arduino có nhiều ứ ng dụ ng đờ i số ng, việc chế tạ o cá c thiết bị điện tử chấ t lượ ng cao, mộ t số ứ ng dụ ng kể đến - Lậ p trình robot: Arduino mộ t phầ n quan trọ ng trung tâ m xử lý giú p điều khiển đượ c hoạ t độ ng củ a robot - Lậ p trình má y bay khơ ng ngườ i i Có thể i ứ ng dụ ng có nhiều kỳ vọ ng tương lai - Game tương tá c: ng ta dù ng Arduino để tương tá c vớ i Joystick, mà n hình, để chơi cá c trị Tetrix, phá gạ ch, Mario nhiều game rấ t sá ng tạ o nữ a - Arduino điều khiển thiết bị nh sá ng m biến tố t Là mộ t nhữ ng phầ n quan trọ ng câ y đèn giao thô ng, cá c hiệu ứ ng đèn nhá y đượ c cà i đặ t m nổ i bậ t cá c biển ng cá o - Arduino cũ ng đượ c ứ ng dụ ng má y in 3D nhiều ứ ng dụ ng c tù y thuộ c o khả nă ng sá ng tạ o củ a ngườ i sử dụ ng - Lậ p trình IOT: Arduino điều khiển cá c m biến, thu thậ p liệu 1.4 Ưu nhược điểm Arduino 1.4.1 Ưu điểm: - Khô ng tố n kém: Bả ng mạ ch Arduino tương đố i rẻ so vớ i cá c vi điều khiển c.Phiên bả n tố n nhấ t củ a mơ -đun Arduino đượ c lắ p rá p bằ ng tay thậ m chí cá c mơ -đun Arduino đượ c lắ p rá p sẵ n có giá dướ i khô ng cao - Đa tả ng: Phầ n mềm Arduino (IDE) chạ y hầ u hết cá c hệ điều hà nh phổ biến Window, Linux, MacOS - Mã nguồ n mở phầ n mềm mở rộ ng: Phầ n mềm Arduino đượ c xuấ t bả n dướ i ng cá c cô ng cụ nguồ n mở , có sẵ n để mở rộ ng bở i cá c lậ p trình viên có kinh nghiệm Ngơ n ngữ đượ c mở rộ ng thô ng qua cá c thư viện C ++ mọ i ngườ i muố n hiểu cá c chi tiết kỹ thuậ t thự c bướ c nhả y vọ t từ Arduino sang ngô n ngữ lậ p trình AVR C Tương tự , bạ n thêm mã AVR-C trự c tiếp o cá c chương trình Arduino củ a muố n - Mô i trườ ng lậ p trình rõ rà ng, đơn giả n: Phầ n mềm Arduino (IDE) dễ sử dụ ng cho ngườ i mớ i bắ t đầ u, đủ linh hoạ t để ngườ i dù ng cao cấ p cũ ng tậ n dụ ng, giao diện dễ sử dụ ng - Phầ n ng mở rộ ng: Phầ n mềm Arduino (IDE) dễ sử dụ ng cho ngườ i mớ i bắ t đầ u, đủ linh hoạ t để ngườ i dù ng cao cấ p cũ ng tậ n dụ ng 1.4.2 Nhượ c điểm - Do dễ sử dụ ng cũ ng cấ u tạ o phứ c tạ p nên Arduino khó phù hợ p cho mạ ch thô ng minh, phứ c tạ p tương lai - Cấ u trú c Arduino: Khi xâ y dự ng dự n thự c tế, kích thướ c cà ng nhỏ cà ng tố t, đố i vớ i cấ u trú c củ a Arduino, ng ta phả i gắ n vớ i PCB có kích thướ c lớ n tương ứ ng - Chi phí: Tuy có chi phí rẻ so vớ i cá c vi mạ ch điều khiển c dự n cà ng phá t triển cầ n phả i tính tố n chi phí cho Arduino có hiệu hay khơ ng hoặ c tính tố n đến phương n thay c 1.5 Một số KIT Arduino thường dùng - Arduino Uno (R3) Hình 2: Arduino Uno (R3) Uno mộ t lự a chọ n tuyệt vờ i Nó có 14 châ n đầ u o / đầ u kỹ thuậ t số (trong châ n đượ c sử dụ ng m đầ u PWM), đầ u o analog, kết nố i USB, giắ c cắ m nguồ n, nú t đặ t lạ i nữ a Nó a mọ i thứ cầ n thiết để hỗ trợ vi điều khiển; cầ n kết nố i vớ i má y tính bằ ng cá p USB hoặ c cấ p nguồ n cho bằ ng chuyển đổ i AC-DC hoặ c pin để bắ t đầ u - RedBoard - Có ký tự đượ c xây dự ng hỗ trợ tiếng Anh tiếng Nhậ t, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết 2.5 Lập trình Sau nhó m xin trình bà y ứ ng dụ ng củ a m biến nhiệt độ để xây dự ng mô phỏ ng dự n hiển thị kết nhiệt độ mô i trườ ng, tự độ ng bá o đèn, bậ t quạ t nhiệt độ độ mô i trườ ng ng dự a phầ n mềm giả lậ p Proteus phầ n mềm Arduino IDE 2.5.1 Sử dụng phần mềm Proteus để mô mạch Chọ n linh kiện cầ n thiết cho dự n: - Chọ n thiết bị Simulino Uno thuộ c thư viện Arduino 31 Hình 19: Chọn thiết bị mơ SIMULINO UNO Hình 20: Thiết bị mơ Arduino Uno - Chọ n mà n hình LM1602 thư viện DISPLAY nhằ m mơ phỏ ng mà n hình LCD16x2 để hiển thị nhiệt độ 32 Hình 21: Chọn thiết bị mơ LM016L Hình 22: Thiết bị mơ LM016L - Chọ n m biến nhiệt độ LM35 củ a thư viện NATDAC để mô phỏ ng m biến nhiệt độ LM35 Hình 23: Thêm cảm biến LM35 33 Hình 24: Mơ cảm biến LM35 - Chọ n Motor để mơ phỏ ng motor Hình 25: Thêm Motor - Kết nố i cá c nh phầ n lạ i vớ i 34 Hình 26: Bảng mạch hồn chỉnh 2.5.2 Lập trình Arduino Lậ p trình sketch cho mạ ch điều khiển Uno: #include LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2); int sersorT = A0; int LED= 9; int FAN= 10; float temp; void setup() { // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); lcd.begin(16, 2); lcd.print("Temperture"); pinMode(LED, OUTPUT); pinMode(FAN, OUTPUT); } 35 void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: int niiDigital= analogRead(sersorT); temp= (5.0*niiDigital*100)/1024.0; Serial.println(temp); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(temp); lcd.print(" Celcius"); delay(500); if(temp >=32 ) {digitalWrite(LED, HIGH);} if(temp >=35 ) {digitalWrite(FAN, HIGH);} if(temp Export complied export hoặ c bấ m tổ hợ p Ctrl + Alt + S để tạ o file HEX cù ng thư mụ c vớ i file code: 37 Hình 28: Xuất file hex từ Arduino IDE Truy cậ p phầ n mềm proteus: Nhấ n double click o mạ ch UNO chọ n file HEX để nạ p code: Hình 29: Nạp code cho phần mềm mô 38 Nhấ n OK để hoà n nh Nhấ n chạ y để thự c trình thu đượ c kết sau: Lự a chọ n tă ng giả m nhiệt độ mô phỏ ng củ a m biến bằ ng cá ch bấ m chọ n mũ i tên tă ng giả m m biến mơ phỏ ng: Hình 30: Thay đổi nhiệt độ mô 39 Khi chọ n mứ c nhiệt 28 độ C dướ i 30 độ C, motor LED khô ng hoạ t độ ng, mứ c nhiệt hiển thị 28.32, sai số khô ng lớ n Hình 31: Kết nhiệt độ 28 độ C Khi nhiệt độ mứ c 32 độ C, LED sá ng, mà n hình hiển thị 32.23 độ 40 Hình 32: Kết nhiệt độ 32 độ C Khi cà i đặ t nhiệt độ 36 độ C, mứ c 35 độ C, LED motor hoạ t độ ng nhiệt độ hiển thị 36.13 độ C 41 Hình 33: Kết nhiệt độ 36 độ C Có thể thấ y dự n xây dự ng hoạ t độ ng tố t thự c đượ c nhữ ng yêu cầ u đề ban đầ u 2.6 Kết luận chương Chương trình bà y sơ qua cá c vấ n đề cấ u tạ o, đặ c điểm, cá ch thứ c hoạ t độ ng cũ ng xâ y dự ng nh cô ng mộ t ứ ng dụ ng củ a củ a m biến LM35 thô ng qua Arduino Dự n đượ c xâ y dự ng dự a cá c linh kiện dễ tìm, đơn giả n Kết dự n thự c cá c đầ y đủ cá c tính nă ng đặ t ban đầ u : Hiển thị rõ nhiệt độ mô i trườ ng mà n hình, chuyển đổ i nh ng tín hiệu từ m biến 42 LM35, nh bá o đèn, chạ y motor nhiệt độ q ng Ngồ i qua q trình thự c nhậ n rõ mộ t nhữ ng ưu điểm củ a m biến LM35 kích thướ c nhỏ gọ n , dễ dà ng lắ p đặ t tạ i khô ng gian hẹp & board mạ ch, khô ng yêu cầ u bấ t kỳ hiệu chuẩ n bên ngoà i nà o, lớ p vỏ cũ ng bả o vệ khỏ i bị q nhiệt, chi phí thấ p, sai số nhỏ Song song vớ i m biến cị n nhượ c điểm bền, khô ng chịu nhiệt độ cao 150 độ C, cầ n có mạ ch để đọ c đượ c tín mV Tổ ng kết lạ i vớ i cấ u tạ o cũ ng nhữ ng ưu điểm trên, m biến LM35 phù hợ p cho cá c cô ng việc nghiên u, họ c tậ p, ứ ng dụ ng cá c m biến nhiệt độ củ a điều hò a, tủ lạ nh, hệ thố ng HVAC, … 43 Kết luận Trên đâ y bá o cá o củ a nhó m em tìm hiểu m biến nhiệt độ LM35 Arduino Vì trình tìm hiểu khơ ng trá nh đượ c sai só t nên ng em mong cô bạ n thô ng m Chú ng em xin châ n nh m ơn! 44 Tài liệu tham khảo IoT Market Việt Nam(2017), Arduino cho ngườ i mớ i bắ t đầ u, NXB Bá ch Khoa, Hà Nộ i Nguyễn Đứ c Việt, Nguyễn Đứ c Minh (2020), Thự c hà nh sở , Họ c viện ng nghệ Bưu viễn thơ ng, Thư viện điện tử PTIT 45 ... đo nhiệt độ đóng vai trị quan trọng sản xuất công nghiệp nhiều lĩnh vực khác - Cảm biến nhiệt độ thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi nhiệt độ đại lượng cần đo 2.2 Cảm biến nhiệt độ LM35 Cảm biến. .. độ LM35 Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Dùng để đo biến đổi nhiệt độ LM35 cảm biến nhiệt độ giá rẻ, thường... để đo nhiệt độ theo độ C Nó với thể đo nhiệt độ xác so với điện trở nhiệt tầm giá Cảm biến tạo điện áp có đầu cao cặp nhiệt điện khơng cần điện áp đầu khuếch đại Ưu điểm LM35 so với cặp nhiệt