BÁO cáo bài tập lớn môn kỹ THUẬT VI xử lý đề tài THIẾT kế đo NHIỆT độ và độ ẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG - - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ Họ tên Phạm Quang Thảo MSSV 20182795 Nguyễn Thị Thùy Linh Trịnh Quang Anh 20180817 20172413 Nhiệm vụ Email Lập trình, chạy thao.pq182795@sis.hust.edu.vn mơ Viết báo cáo, khảo linh.ntt180817@sis.hust.edu.vn sát, xử lí số liệu Mua linh kiện, lắp anh.tq172413@sis.hust.edu.vn ráp mạch, đo đạc thực nghiệm Đề tài: THIẾT KẾ ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Hồng Mạnh Thắng Nhóm sinh viên thực hiện: Hà nội, ngày 14 tháng năm 2021 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài .5 1.1.2 Khả ứng dụng đề tài 1.2 Kế hoạch thực CHƯƠNG THIẾT KẾ CHI TIẾT 2.1 Nguyên lý hoạt động 2.2 Lựa chọn linh kiện 2.2.1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 .8 2.2.2 Cảm biến DHT11 11 2.2.3 Màn hình LCD 16x2 11 2.3 Sơ đồ mạch, lập trình 12 2.3.1 Sơ đồ mạch 12 2.3.2 Lập trình 12 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .16 3.1 Kết mô 16 3.2 Mạch thực tế 16 3.3 Đánh giá kết 17 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.2 Sơ đồ chân STM 32F103C8T6 .9 Hình 2.3 Cấu hình Clock STM32F103C8T6 10 Hình 2.4 Cảm biến DHT11 11 Hình 2.5 Màn hình LCD 16x2 11 Hình 2.6 Mạch mơ Proteus 12 Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động giao tiếp DHT11 với MCU .12 Hình 2.8 Tồn q trình giao tiếp MCU với DHT11 13 Hình 2.9 MCU gửi tín hiệu Start 13 Hình 2.10 DHT11 gửi tín hiệu phản hồi 13 Hình 2.11 Mơ tả bit bit byte 14 Hình 2.12 Mơ tả thuật tốn giao tiếp DHT11 với STM32 15 Hình 3.1 Kêt mơ proteus 16 Hình 3.2 Mạch thực tế .16 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Kế hoạch thực .6 Bảng 3.1 Kết đo máy cảm biến 17 Bảng 3.2 So sánh nhiệt độ độ ẩm đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy .18 Biểu Đồ 3.1 Nhiệt độ đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy 18 Biểu Đồ 3.2 Độ ẩm đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy 19 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Giảng viên đánh giá: ……………………………………………………… Tên báo báo: Thiết kế máy cảm biến nhiệt độ độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 DHT11 Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: Rất (1) Kém (2) Đạt (3) Giỏi (4) Xuất sắc (5) Nhận xét thêm Thầy/Cô ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Người nhận xét (ký ghi rõ họ tên) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, nơng nghiệp ngày phát triển đóng vai trị chủ đạo kinh tế nước ta Một yếu tố giúp nơng nghiệp nước ta tăng trưởng mạnh năm gần ứng dụng khoa học công nghệ Ứng dụng khoa học công nghệ vào sản xuất nông nghiệp tạo sản phẩm nông nghiệp công nghệ cao coi xu hướng tất yếu giúp sản xuất nông nghiệp phát triển vượt bậc, qua làm thay đổi tranh nơng nghiệp nước nhà Với mục đích nghiên cứu sản phẩm theo định hướng trên, nhóm em thực sản phẩm: Thiết kế máy cảm ứng nhiệt độ độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 DHT11 Nhóm chúng em cố gắng để hồn thành tốt đề tài Tuy nhiên, vốn kiến thức cịn chưa nhiều, có nhiều yếu tố khách quan khác mà sản phẩm nhóm cịn nhiều thiếu sót Chúng em mong thầy anh chị trợ giảng đóng góp ý kiến, phê bình hướng dẫn thêm để sản phẩm sau hoàn thiện Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Phạm Ngọc Nam anh chị trợ giảng hướng dẫn tận tình, chi tiết tuần để chúng em hồn thành tốt tập lớn Qua đây, chúng em khơng có thêm nhiều kiến thức chun mơn mà nâng cao kỹ làm việc nhóm, trau dồi thêm ngoại ngữ, biết cách phân tích tư duy, nhiều kỹ mềm khác Chúng em xin chân thành cảm ơn! TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu đề tài 1.1.1 Lý chọn đề tài Hiện nay, nơng nghiệp đóng vai trị chủ đạo kinh tế nước ta Sản xuất nông nghiệp lĩnh vực sản xuất quan trọng phát triển Việt Nam Những số báo cáo hàng năm cho thấy tăng trưởng mạnh nơng nghiệp, chí số lĩnh vực đứng top đầu giới xuất gạo đứng thứ hai giới, Việt Nam đứng số giới xuất tiêu, điều Một yếu tố giúp nơng nghiệp nước ta tăng trưởng mạnh năm gần ứng dụng khoa học công nghệ Ứng dụng khoa học công nghệ vào sản xuất nông nghiệp tạo sản phẩm nông nghiệp công nghệ cao coi xu hướng tất yếu giúp sản xuất nông nghiệp phát triển vượt bậc, qua làm thay đổi tranh nông nghiệp nước nhà Việt Nam quốc gia phát triển, nơng nghiệp giữ vai trị quan trọng kinh tế Tuy nhiên, bùng nổ cơng nghệ thơng tin; q trình hội nhập quốc tế địi hỏi chất lượng nơng sản cao; với diện tích đất bị thu hẹp thị hóa, biến đổi khí hậu dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên… thách thức lớn sản xuất nơng nghiệp.  Giải tốn cho vấn đề này, theo chuyên gia, phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao xu hướng tất yếu, câu trả lời cho việc phát triển nông nghiệp nước nhà Nông nghiệp công nghệ cao nông nghiệp ứng dụng hợp lý công nghệ mới, tiên tiến vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả, tạo bước đột phá suất, chất lượng nông sản, thỏa mãn nhu cầu ngày cao xã hội bảo đảm phát triển nông nghiệp bền vững.  Xác định tầm quan trọng nông nghiệp ứng dụng công nghệ giúp thay đổi tranh nông nghiệp nước nhà, đưa nông nghiệp Việt Nam hội nhập phát triển thời đại cách mạng công nghiệp 4.0, Hội nghị lần thứ 4, Ban Chấp hành trung ương Đảng khóa XII ban hành Nghị số 06-NQ/TW,  05/11/2016 thực có hiệu tiến trình hội nhập kinh tế quốc tế, giữ vững ổn định trị - xã hội bối cảnh nước ta tham gia hiệp định thương mại tự hệ nhấn mạnh TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat định hướng phát triển nông nghiệp đại, ứng dụng cơng nghệ cao như: “Hiện đại hóa, thương mại hóa nơng nghiệp, chuyển mạnh sang phát triển nông nghiệp theo chiều sâu, sản xuất lớn, dựa vào khoa học - cơng nghệ, có suất, chất lượng, sức cạnh tranh giá trị gia tăng cao Chuyển nông nghiệp từ sản xuất lương thực chủ yếu sang phát triển nông nghiệp đa dạng phù hợp với lợi vùng”… Hưởng ứng nhà nước, với kiến thức chúng em học từ môn Kĩ thuật vi xử lý hướng dẫn thầy Hoàng Mạnh Thắng, chúng em thực ý tưởng: “Thiết kế máy cảm biến nhiệt độ độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 DHT11” để giúp đỡ bà nơng dân tạo môi trường trồng trọt, chăn nuôi tốt nhằm tăng cao suất lao động 1.1.2 Khả ứng dụng đề tài - Sử dụng nhà màng giúp tăng suất trồng - Sử dụng để kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm chuồng, trại chăn nuôi - Trong ngơi nhà sử dụng chúng hệ thống kiểm soát độ ẩm, giám sát khu vực khác nhà để ngăn ngừa nấm mốc phát triển 1.2 Kế hoạch thực ST Công việc thực Thời gian dự kiến T Lựa chọn đề tài ngày Lựa chọn linh kiện, kit ngày Đọc tài liệu, tìm hiểu linh kiện, datasheet tuần Viết code tuần Mô ngày Lắp mạch ngày Đo đạc, đánh giá kết ngày Bảng 1.1 Kế hoạch thực TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG THIẾT KẾ CHI TIẾT 2.1 Nguyên lý hoạt động Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Ngyên lý hoạt động máy cảm biến nhiệt độ độ ẩm sau: + Cảm biến độ ẩm: Sự hấp thụ nước làm biến đổi tính chất thành phần cảm nhận cảm biến làm thay đổi điện trở cảm biến qua xác định độ ẩm + Cảm biến nhiệt độ: Dựa đặc tính của nguồn nhiệt tác động đến yếu tố bên Sự thay đổi của các yếu tố bên được đo lại chuyển thành tín hiệu điện truyền vào mạch xử lý tín hiệu Sau cảm biến chuyển tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm thành tín hiệu điện để truyền đến vi xử lý - Bộ vi xử lý dựa điện áp cung cấp từ cảm biến hồng ngoại xử lý liệu chuyển thành tín hiệu nhiệt độ hiển thị hình LED - Màn hình LED để thị nhiệt độ đo TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 2.2 Lựa chọn linh kiện Sau q trình tìm hiểu thị trường, nhóm chúng em định chọn linh kiện sau: - Vi điều khiển STM32F103C8T6 - Màn hình LCD 1602A - Cảm biến DHT11 - Biến trở 20k 2.2.1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 Cấu hình chi tiết STM32F103C8T6 gồm có ARM 32-bit Cortex M3 với clock max 72Mhz.Bộ nhớ gồm có 64 kbytes nhớ Flash (bộ nhớ lập trình) 20kbytes SRAM.Điện áp hoạt động từ 2.0V đến 3.6V Nó sử dụng thạch anh ngồi tần số từ 4Mhz đến 20Mhz.Thạch anh nội dùng dao động RC mode 8Mhz 40khz Cịn thạch anh ngồi 32.768khz sử dụng cho RTC.Trong trường hợp điện áp thấp có mode: ngủ, ngừng hoạt động hoạt động chế độ chờ Nó cấp nguồn chân Vbat pin để hoạt động RTC sử dụng lưu trữ data nguồn cấp Ngồi ra, vi điều khiển có ADC 12bit với kênh cho có khoảng giá trị chuyển đổi từ – 3.6V, lấy mẫu nhiều kênh kênh chuyển đổi DMA giúp tăng tốc độ xử lý khơng có can thiệp q sâu CPU: có kênh DMA hỗ trợ cho ADC, I2C, SPI, UART.Nó có timer với timer 16 bit hỗ trợ mode IC/OC/PWM; timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động với mode bảo vệ ngắt input, dead-time; watdog timer dùng để bảo vệ kiểm tra lỗi; sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho ứng dụng hàm Delay….Bên cạnh đó, vi điều khiển hỗ trợ kênh giao tiếp bao gồm: I2C(SMBus/PMBus); USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control); SPIs (18 Mbit/s); CAN interface (2.0B Active) TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 2.2.1.1 Sơ đồ chân STM32F103C8T6 Board để lập trình: Hình 2.2 Sơ đồ chân STM 32F103C8T6  cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp debug  MCU bao gồm MCU nạp MCU dùng để lập trình  Có chân Output riêng cho chân mạch nạp MCU1  Có chân Output đầy đủ cho chân MCU2  Chân cấp nguồn ngồi riêng cho MCU2 khơng sử dụng nguồn từ USB  Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC Backup  Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader  Nút Reset led hiển thị chân PB9, led báo nguồn cho MCU2 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 2.2.1.2 Cấu hình clock STM 32F103C8T6 Hình 2.3 Cấu hình Clock STM32F103C8T6 Thơng số kỹ thuật:  Điện áp cấp 5V DC qua cổng Micro USB chuyển đổi thành 3.3V DC qua IC nguồn cấp cho Vi điều khiển  Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz  Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho ứng dụng RTC  Ra chân đầy đủ tất GPIO giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,…  Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset  Kích thước: 53.34 x 15.24mm   Sử dụng với các mạch nạp: - ST-Link Mini - J-link - USB TO COM  Kết nối chân khi nạp bằng ST-Link Mini  Nạp theo chuẩn SWD - TCK — SWCLK TMS — SWDIO GND — GND 3.3V — 5V 10 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 2.2.2 Cảm biến DHT11 DHT11 cảm biến nhiệt độ độ ẩm Nó đời sau sử dụng thay cho dịng SHT1x nơi khơng cần độ xác cao nhiệt độ độ ẩm DHT11 có cấu tạo chân hình Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn dây + Do độ ẩm: 20% - 95% + Nhiệt độ: - 50ºC + Sai số độ ẩm: ±5% + Sai số nhiệt độ: ±2ºC Hình 2.4 Cảm biến DHT11 Thơng số kỹ thuật: 2.2.3 Màn hình LCD 16x2 Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác: Nó có khả hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn tài nguyên hệ thống giá thành rẻ Các thông số kĩ thuật LCD 16x2: - Điện áp MAX : 7V - Điện áp MIN : - 0,3V - Điện áp mức thấp : 2.4 - Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V - Dòng điện cấp nguồn : 350uA - 600uA - Nhiệt độ hoạt động : - 30 - 75 độ C Hình 2.5 Màn hình LCD 16x2 11 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 2.3 Sơ đồ mạch, lập trình 2.3.1 Sơ đồ mạch Hình 2.6 Mạch mơ Proteus 2.3.2 Lập trình 2.3.2.1 Giao tiếp DHT11 với MCU DHT11 giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn onewire Chân data DHT cấu hình output kiểu OpenDrain  Nguyên lý hoạt động: Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động giao tiếp DHT11 với MCU 12 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Toàn q trình giao tiếp MCU với DHT11 mơ tả hình sau: Hình 2.8 Tồn trình giao tiếp MCU với DHT11 MCU giao tiếp với cảm biến DHT theo bước:  Bước 1: MCU gửi tín hiệu Start: Hình 2.9 MCU gửi tín hiệu Start  MCU thiết lập chân DATA Output, kéo chân DATA xuống mức khoảng thời gian >18ms Trong code nhóm em để 20ms Khi DHT11 hiểu MCU yêu cầu DHT11 gửi liệu  MCU đưa chân DATA lên mức đợi khoảng từ 20-40 μs sau kéo xuống mức thấp  DHT11 gửi tín hiệu phản hồi, chân DATA mức thấp 80us sau DHT11 kéo nên cao 80us Hình 2.10 DHT11 gửi tín hiệu phản hồi 13 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat  Bước 2: DHT11 gửi liệu: Sau gửi tín hiệu phản hồi, DHT11 gửi 40 bit (5 bytes) liệu Trong đó:  Byte 1: giá trị phần nguyên độ ẩm (RH%)  Byte 2: giá trị phần thập phân độ ẩm (RH%)  Byte 3: giá trị phần nguyên nhiệt độ (TC)  Byte 4: giá trị phần thập phân nhiệt độ (TC)  Byte 5: kiểm tra tổng (byte = byte 1+ byte 2+ byte 3+ byte 4)  Ở byte, bit bit mơ tả sau: Hình 2.11 Mơ tả bit bit byte 2.3.2.2 Lập trình cho giao tiếp DHT11 với STM32 Để giao tiếp DHT11 STM32 xác, cần phải có delay xác Do em tạo delay dựa timer Trong stm32 có timer, em chọn tỉmer Em sử dụng modun time-base unit Trong modun gồm có phần: ghi đếm, chịa tần, ghi nạp lại Hoạt động modun sau: có xung đầu chia tần, ghi đếm tăng lên Khi giá trị ghi đếm giá trị ghi nạp lại ghi đếm reset Trong code, chúng em gán hệ số chia cho chia tần 72 Mặt khác sysclk stm32 72Mhz, xung clock đầu chia tần có độ rộng us Như lần ghi đếm tăng lên tướng ứng với us Sau tạo delay, dựa vào datasheet, chúng em tiến hành viết code, thuật tốn mơ tả sau: 14 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Hình 2.12 Mơ tả thuật tốn giao tiếp DHT11 với STM32 15 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 Kết mô Kêt mơ proteus Hình 3.13 Kêt mơ proteus Do giới hạn khả Logic Analyzer proteus, thấy rõ xung có độ rộng xung nhỏ (cỡ vài chục us) 3.2 Mạch thực tế Hình 3.14 Mạch thực tế 16 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Do kết nối dây lỏng lẻo khơng hàn chắn, sử dụng nguồn 3.3V thay 5V cho LCD nên hình mờ (có thể thấy rõ video demo) 3.3 Đánh giá kết Đế đánh giá sai số sản phẩm, chúng em tiến hành đo đạc thực nghiệm Bảng sau kết đo thực lúc 7h30 13/7/2021 Bảng 3.2 Kết đo máy cảm biến Sai số tuyệt đối phép đo Nhiệt độ là: ∆ T =∆ T + ∆ T´ =0.48+2=2.48 ( ℃ ) T =31 ±3 (℃) Sai số tuyệt đối phép đo Độ ẩm là: ´ =0.88+2=2.88(%) ∆ H =∆ H +∆ H H=70 ± 3(% ) Nhận xét: Kết đo máy cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 DHT11 sát với thực tế => áp dụng ngồi thực tế với nhu cầu không cao So sánh sản phẩm với kết đo trạm khí tượng 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Bảng 3.3 So sánh nhiệt độ độ ẩm đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy Biểu Đồ 3.1 Nhiệt độ đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy 18 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Biểu Đồ 3.2 Độ ẩm đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy Nhận xét: Các kết đo máy đo nhiệt độ độ ẩm tương đồng với Trạm khí tượng Cầu Giấy 19 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://www.mouser.com/datasheet/2/758/DHT11-Technical-Data-SheetTranslated-Version-1143054.pdf [2] https://www.alldatasheet.com/datasheet [3] https://www.openhacks.com/uploadsproductos/eone-1602a1.pdf 20 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat ... So sánh nhiệt độ độ ẩm đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy .18 Biểu Đồ 3.1 Nhiệt độ đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy 18 Biểu Đồ 3.2 Độ ẩm đo máy đo kết Trạm... ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Giảng vi? ?n đánh giá: ……………………………………………………… Tên báo báo: Thiết kế máy cảm biến nhiệt độ độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 DHT11 Chọn mức điểm phù hợp cho sinh vi? ?n trình... phẩm với kết đo trạm khí tượng 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Bảng 3.3 So sánh nhiệt độ độ ẩm đo máy đo kết Trạm khí tượng Cầu Giấy Biểu Đồ 3.1 Nhiệt độ đo máy đo kết