ĐỒ án môn học đ ề tài THIẾT kế, CHẾ tạo MẠCH đo NHIỆT độ HIỂN THỊ TRÊN LCD 16x2

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ TRÊN LCD 16X2 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Viết Ngư Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thực Thân Thị Thương Lớp: 112134.1 Tháng 10, năm 2015 NHẬN XET́CUA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Ngày tháng 10 năm 2015 Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC: Table of Contents MỞ ĐẦU  tài Lý chọn đề Ngày khoa học công nghệ đại có bước tiến nhanh xa theo thành tựu ứng dụng lĩnh vực đời sống, công nghiệp Kỹ thuật điều khiển tiến trình hồn thiện lý thuyết tạo cho nhiều phát triển có ý nghĩa Bây nhắc tới điều khiển người dường hình dung tới độ xác, tốc độ xử lý thuật tốn thơng minh đồng nghĩa lượng chất xám cao Hiện thị trường có nhiều loại vi điều khiển 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM, Ngoài họ 8051 hướng dẫn cách môi trường đại học, chúng em chọn vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức phát triển ứng dụng công cụ ngun nhân sau: Họ vi điều khiển nàycó thể tìm mua dễ dàng thị trường Việt Nam Có đầy đủ tính vi điều khiển hoạt động độc lập Là bổ sung tốt kiến thức ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051 Giá thành không đắt Sự hỗ trợ nhà sản xuất trình biên dịch, cơng cụ lập trình, nạp chương trình từ dơn giản tới phức tạp Các tính đa dạng vi điều khiển PIC tính khơng ngừng phát triển Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC giới Việt Nam nhiều.Đã tạo thuận lợi trình tìm hiểu phát triển ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng ứng dụng mở phát triển, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm hỗ trợ gặp khó khăn Vì vậy, sau thời gian học tập tìm hiểu tài liệu với giảng dạy thầy cô giáo Cùng với dẫn dắt nhiệt tình giáo viên hướng dẫn thầy Nguyễn Viết Ngư Chúng em chọn đề tài: “thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ hiển thị LCD 16x2” làm đồ án tích hợp  Đối tượng nghiên cứu Với đề tài chúng em tập trung vào: Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16F877A Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo nhiệt độ phịng  Mục đích nghiên cứu Khi nghiên cứu đồ án chúng em đã: Hiểu cách thức chế độ hoạt động VĐK PIC 16F877A Hiểu cách thức hoạt động cảm biến nhiệt độ LM 35 Thiết kế, chế tạo mạch đo nhiệt độ phòng dùng PIC 16F877A  Phương pháp nghiên cứu Do đồ án sản phẩm, nên chúng em áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp sản phẩm thật, chạy thử hoàn thiện chương trình  Ý nghĩa nghiên cứu Như nói thực thành cơng đề tài mang lại ý nghĩa to lớn thực tiễn lý luận Ý nghĩa lý luận: Toàn chương trình thuyết minh đề tài trở thành tài liệu nghiên cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho bạn sinh viên, người thích tìm hiểu đề tài chúng em Ý nghĩa thực tiễn: Với thành công đề tài góp phần giúp cho bạn sinh viên nói chung bạn sinh viên khoa Điện Điện Tử nói riêng thấy rõ ý nghĩa thực tế thêm u thích chun ngành chọn Do kiến thức trình độ lực hạn hẹp nên việc thực đề tài tránh thiếu sót, kính mong nhận thơng cảm góp ý thầy giáo, giáo bạn để đồ án hoàn chỉnh Chúng em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thực T h â n T h ị T h n g CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Khái niệm nhiệt độ: 1.1.1 Khái niệm: Nhiệt độ đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử, phân tử hệ vật chất Tuỳ theo trạng thái vật chất ( rắn, lỏng, khí) mà chuyển động có khác trạng thái láng, phân tử dao động quanh vi trí cân vi trí cân ln dịch chuyển làm cho chất lỏng khơng có hình dạng định Còn trạng thái rắn, phần tử, nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân Các dạng vận động phân tử, nguyên tử gọi chung chuyển động nhiệt Khi tương tác với bên ngồi có trao đổi lượng khơng sinh cơng, q trình trao đổi lượng nói gọi truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt tuân theo nguyên lý: Bảo toàn lượng Nhiệt tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất Ở trạng thái rắn, truyền nhiệt xảy chủ yếu dẫn nhiệt xạ nhiệt Đối với chất lỏng khí ngồi dẫn nhiệt xạ nhiệt cịn có truyền nhiệt đối lưu Đó tượng vận chuyển lượng nhiệt cách vận chuyển phần khối vật chất vùng khác hệ chênh lệch tỉ trọng 1.1.2 Sơ lược phương pháp đo nhiệt độ: Nhiệt độ đại lượng đo gián tiếp sở tính chất vật phụ thuộc nhiệt độ Hiện chóng ta có nhiều ngun lí cảm biến khác để chế tạo cảm biến nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt ngẫu, phương pháp quang dùa phân bố phổ xạ nhiệt, phương pháp dùa dãn nở vật rắn, lỏng, khí dùa tốc độ âm… Có phương pháp đo chính: Ở dải nhiệt độ thấp trung bình phương pháp đo phương pháp tiếp xúc, nghĩa chuyển đổi đặt trực tiếp môi trường đo Thiết bị đo như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt, bán dẫn Ở dải nhiệt độ cao phương pháp đo phương pháp không tiếp xúc ( dông cụ dặt ngồi mơi trường đo) Các thiết bị đo nh: cảm biến quang, hoả quang kế ( hoả quang kế phát xạ, hoả quang kế cường độ sáng, hoả quang kế màu sắc)… 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc 1.2.1 Đo nhiệt độ nhiệt điện trở: Nguyên lý hoạt động: Điện trở số kim loại thay đổi theo nhiệt độ dùa vào thay đổi điện trở người ta đo nhiệt độ cần đo Nhiệt điện trở dùng dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ để nhiệt sinh dòng nhiệt điện trở nhỏ so với nhiệt nhận từ môi trường thí nghiệm Yêu cầu vật liệu dùng làm chuyển đổi nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ lớn ổn định, điện trở suất lớn… 3.1.1  Phân tích chức khối Khối nguồn: Có chức cung cấp nguồn ni cho tồn mạch điện Nguồi ni thường trì ổn định mức +5V Do yêu cầu cao hệ thống nguồn nuôi thường chế tạomột cách đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả, tính ổn định cao Thơng thường có kiểu nguồn chính: Dùng pin ắc quy cho điện áp tương đối ổn định, thị trường loại pin ắc quy chuẩn 5V dùng phải qua biến đổi điện áp để đưa điện áp dạng chuẩn trình sử dụng, lượng pin, ắc quy hết hệ thống bị gián đoạn Hình 2.2: Sơ đồ đưa điện áp 6V từ pin điện áp chuẩn Trên thực tế để có nguồn điện đáng tin cậy người ta hay dùng phương pháp ổn áp điện áp chiều từ cuộn sơ cấp biến áp sau chỉnh lưu cách sử dụng số IC ổn áp 7805 số loại khác Mạch chỉnh lưu ổn áp: Để tạo điện áp chiều sử dụng cho mạch ln chạy ổn định thực tế cần phải có chuyển đổi từ nguồn xoay chiều sang nguồn chiều Bộ chuyển đổi bao gồm: - Biến áp nguồn: Hạ từ 220V xuống điện áp thấp - Mạch chỉnh lưu: Chuyển đổi nguồn AC thành DC - Mạch lọc: Lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng - Mạch ổn áp: Giữ điện áp cố định cung cấp cho tải tiêu thụ Hình 2.3: Sơ đồ mắc mạch chuyển đổi nguồn AC thành DC Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch ổn áp chiều 5V: Hình 2.4: Mạch ổn áp 5V DC Nguyên lý hoạt động: Nguồn 6V AC từ cuộn thứ cấp biến áp chỉnh lưu thành DC điểm A thông qua mạch chỉnh lưu nửa chu kì gồm diode D1, D2, D3, D4 Sau chỉnh lưu, điện áp chiều cịn gợn sóng nên đưa qua mạch lọc gồm tụ C1 để giảm thiều gợn sóng tiếp tục vào mạch ổn áp 7805 Ổn áp 7805 có đầu vào VIN(chân 1) > 5V nên thực ổn áp thành đầu mức 5V VOUT(chân 3) để cung cấp cho tải LCD 16X2 : điện áp nguồn 5V dòng tiêu thụ max LCD 265mA  Khối cảm biến: Khối cảm biến có chức đo nhiệt độ mơi trường đưa tín hiệu thu đến khối vi xử lí Khối vi xử lý: Khối có chức chuyển đổi ADC Đo nhiệt độ môi trường điểm thông qua sensor nhiệt LM35 LM35 sensor đo nhiệt, đo nhiệt độ khoảng từ 500C đến 1500C, đầu 10mV/0C Đầu đưa vào chân Analog ADC  Khối hiển thị: Có chức hiển thị giá trị nhiệt độ lên LCD LCDHDISPLAYH16x2 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý MCLR/HV RC2 3.1.3 Phân tích nguyên lý hoạt động mạch điện Nut́ nhấn S1 lànut́ RESET: đầu nối GND, đầu còn lại nối với trở treo tạo mưć lên Vcc vànối vaò mưć chân MCLR/Vpp cua vi xử ly.́ Khi chưa tać động chân MCLR/Vpp cao,bô vi xư lý hoạt động biǹ h thươǹ g Khi được tác động thì chân MCLR/Vpp được đưa xuống mưć thấp,bộ xử lýngay lập tức được reset nhảy về thực hiện câu lệnh ở ngăn nhớđầu tiên cua bộ nhớ - LM35: Chân làGND, chân làVout, chân làVcc Dữliệu chân sẽđược đưa vaò bộ đoc vàchuyển đổi ADC được tić h hơp̣ bộ xử lýthông qua kênh AN2 - Tạo dao động: gôm̀ - Hiển thị LCD, thạch anh 20MHz và2 tụ đất 33pF LCD 16x2 LCD được truyền dữliệu bit́ từvi điều khiển gôm̀ qua cać Ta câṕ chân D4, D5, D6, D7 Coǹ nguồn cho led maǹ la D0, D1, D2, D3 không sử dung ta bỏ trống i hiǹ h LCD thông qua chân 15 và16 của LCD Ở mạch ta chỉ xử dung ghi dữliệu lên LCD nên chân RW ta nối naỳ GND chưć Biêń trở tinh chỉnh R3 cótać dung điều chinh̉ độ tương phản cho LCD Khôí mach nạp: Gồm cóchân chân Reset, chân làchân Vcc, chân làchân nối GND, chân làchân PGD, chân làchân PGC ( chân PGD vàPGC duǹ g để truyền dữliệu từmaý tiń h thông qua mạch nạp vaò IC 3.2 Thiết kế sơ đồ board mạch  Sơ đồ mạch in:  Sơ đồ bố trí linh kiện: Xây dựng phần mềm 3.3 Chúng em sử dụng chương trình CCS (ngơn ngữ C PIC Microchip) để lập trình cho vi điều khiển, ưu điểm nhỏ gọn so với ta viết MASM nhờ hỗ trợ nhiều hàm, ngồi ta cịn chèn đoạn chương trình viết ASM thị tiền xử lý #ASM #ENDASM Chương trình 3.4   Lưu đồ thuật tốn Lưu đồ thuật tốn tồn mạch: 5 SƠ ĐỒ CÀI ĐẶT NHIỆT ĐỘ 3.5 Ứng dụng thực tiễn mạch Đây mạch sử dụng PIC với tính cảm ứng đem lại nhiều tiện ích sử dụng Trước hết, việc cảm ứng hiển thị thay đổi nhiệt độ môi trường cần thiết đời sống sản xuất, giúp chủ động thao tác liên quan đến nhiệt độ môi trường yếu tố nhiệt độ sinh hoạt (ấp trứng, ươm mầm, báo động…) hay thao tác nghiệp vụ địi hỏi nhiệt độ ổn định cơng nghiệp Đây mạch điện tử thân thiện với người sử dụng, nhờ vào khả hiển thị đa dạng hình LCD, ngồi việc hiển thị nhiệt độ mạch giúp hiển thị cảnh báo hữu ích cho người Cảm biến nhiệt LM35 thiết bị cảm ứng độ nhạy cao, giá thành thấp giúp cảm ứng tốt nhiệt độ mơi trường Do cịn hạn chế kiến thức phần cứng thực thao tác làm mạch, nhóm em chưa thực ý tưởng việc mở rộng ứng dụng mạch việc điều khiển động hay thiết bị báo cháy, thiết bị điều hòa nhiệt độ (quạt, máy lạnh…) mà dừng lại mức độ hiển thị Nhưng nhóm em có tham khảo đến hướng để mở rộng mạch như: - Nâng cao độ xác hiển thị cách dùng ADC có độ phân giải cao (có thể dùng ADC ngồi) - Thêm bàn phím giao tiếp để thay đổi trực tiếp khoảng nhiệt độ theo dõi - Sử dụng EEPROM để lưu giá trị nhiệt độ mà người dùng thiết lập, lần thay đổi khác - Ghép nối máy tính để truyền giá trị nhiệt độ đến máy tính - Ghép nối LCD mạch đếm thời gian thực (DS1307) để ứng với thời điểm chương trình tự động chọn khoảng thiết lập nhiệt độ thích hợp theo mùa, theo thời điểm định trước… - Sử dụng PIC mạch thiết kế tự động kết hợp với mạch tăng giảm nhiệt độ để đảm bảo nhiệt độ bám theo giá trị cho trước, hệ ổn định nhiệt (giá trị thay đổi nhỏ) CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Sau thời gian tìm hiểu hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Viết Ngư, chúng em hoàn thành đồ án “Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ” Chúng em cho chạy thử kết thu thỏa mãn nhu cầu đặt Với đề tài chúng em ứng dụng phần nhỏ vi điều khiển PIC Trong thực tế có nhiều ứng dụng thành công sử dụng vi điều khiển PIC Trong thời gian thực đồ án chúng em thu kết sau: - Học hỏi nhiều có thêm nhiều kiến thức - Có khả phân tích, thiết kế thi cơng sản phẩm hồn chỉnh Tuy nhiên với thời gian cho phép kiến thức hạn chế đồ án cịn thiếu sót Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Viết Ngư thầy, giáo nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức suốt trình học tập thực đồ án Nhóm sinh viên thực Phạm Văn Thực Thân Thị Thương TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Giáo trình đo lường cảm biến 2.Giáo trình kỹ thuật tương tự 3.Giáo trình điện tử tác giả Nguyễn Thành Long Nguyễn Vũ Thắng 4.Website: www.diendandientu.com www.dientuvietnam.net www.alldatasheet.com www.dientumaytinh.com ... 1.2 Đo nhiệt đ? ?? phương pháp tiếp xúc 1.2.1 Đo nhiệt đ? ?? nhiệt điện trở: Nguyên lý hoạt đ? ??ng: Điện trở số kim loại thay đ? ??i theo nhiệt đ? ?? dùa vào thay đ? ??i điện trở người ta đo nhiệt đ? ?? cần đo Nhiệt. .. nghiên cứu Khi nghiên cứu đ? ?? án chúng em đ? ?: Hiểu cách thức chế đ? ?? hoạt đ? ??ng VĐK PIC 16F877A Hiểu cách thức hoạt đ? ??ng cảm biến nhiệt đ? ?? LM 35 Thiết kế, chế tạo mạch đo nhiệt đ? ?? phòng dùng PIC 16F877A... đ? ?? LM35 Đ? ??c điểm bật: Nhiệt đ? ?? xác đ? ??nh cách đo hiệu điện ngõ LM35 - Điện áp đ? ??u vào từ 4V đ? ??n 30V - Đ? ?? phân giải điện áp đ? ??u 10mV/0C - Đ? ?? xác cao, tính cảm biến nhiệt đ? ?? nhạy - Ở nhiệt đ? ?? 25(0C)