Thiết kế bộ đo nhiệt độ hiển thị bằng led 7 đoạn và trên PC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đề tài Thiết kế bộ đo nhiệt độ hiển thị bằng led 7 đoạn và trên PC Đề tài nâng cao Khóa điện tử sử dụng mật mã BÁO CÁO MÔN VI XỬ LÝ & VI ĐIỀU KHIỂN Thà[.]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đề tài: Thiết kế đo nhiệt độ hiển thị led đoạn PC Đề tài nâng cao: Khóa điện tử sử dụng mật mã BÁO CÁO MÔN : VI XỬ LÝ & VI ĐIỀU KHIỂN Thành viên nhóm: Nguyễn Thế Khơi -19021067 Đỗ Đức Thanh Lâm -19021071 Giảng viên hướng dẫn : Thầy Phạm Mạnh Thắng Hà Nội – 2022 Contents CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .3 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT IC cảm biến nhiệt độ LM35 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Cấu tạo 1.3 Đặc điểm Arduino .5 2.1 Giới thiệu chung 2.2 Cấu tạo Arduino 2.3 Ứng dụng Arduino Atmega16 3.1 Giới thiệu Atmega16 3.2 Cấu tạo 3.3 Ứng dụng .10 4.Led đoạn 10 LCD Display .11 Relay 11 Keypad 12 Chương Mô kết 12 3.1 Thiết kế đo nhiệt độ hiển thị led đoạn PC 12 3.2 Khóa điện tử sử dụng mật mã 14 Chương TỔNG KẾT 17 4.1 Kết luận 17 4.2 Phát triển ý tưởng 17 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Một ứng dụng quan trọng ngành công nghệ điện tử nhận biết nhiệt độ với Atmega16 LM35 Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em thiết kế thực đề tài : “Thiết kế đo nhiệt độ hiển thị led đoạn PC” Về đề tài mở rộng, để gia tăng an tồn cho loại khố thơng thường, chúng em nghiên cứu đề tài Khóa điện tử sử dụng mật mã Bằng việc sử dụng Arduino chúng em làm khóa điện tử đơn giản, tiện lợi để sử dụng 1.2 Mục tiêu nghiên cứu -Thực kiến thức học trường, nâng cao kiến thức thân -Sử dụng Arduino Atmega16 sản phẩm -Nhận biết nhiệt độ đưa thông báo qua led đoạn -Mở cửa khoá điện tử mật mã, nhận biết qua LCD Display 1.3 Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan lý thuyết đề tài - Đọc hiểu tài liệu liên quan đến đề tài - Thảo luận nhóm để thống ý kiến - Thiết kế phần mềm - Thực nghiệm kiểm chứng sản phẩm Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT IC cảm biến nhiệt độ LM35 1.1 Giới thiệu chung Cảm biến nhiệt độ LM35 loại cảm biến tương tự hay ứng dụng ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực Vì hoạt động xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ giá thành rẻ ưu điểm Vì cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta dễ dàng đọc giá trị Hình minh họa cảm biến LM35 1.2 Cấu tạo Gồm chân có chân cấp nguồn chân xuất điện áp tùy theo nhiệt độ mà cảm biến nhận - Chân 1: Chân nguồn Vcc - Chân 2: Đầu Vout - Chân 3: GND 1.3 Đặc điểm - Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V - Độ xác cao 25 0.5 - Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải - Tầm hoạt động tuyến tính °C đến 128 °C, tiêu hao công suất thấp - Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55 0C đến 1500C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau : + Nhiệt độ -5 °Cđiện áp đầu -550mV + Nhiệt độ 25 °Cđiện áp đầu 250mV + Nhiệt độ 150°C điện áp đầu 1500mV - Cảm biến nhiệt LM35 có vai trị đo nhiệt độ mơi trường , sau truyền tín hiệu đo cho Arduino dạng điện áp , nhiệt độ tăng hay giảm °C LM35 tăng hay giảm 10mV theo 1°C - LM35 có chân + chân cấp nguồn từ 4v-20v + chân GND + chân xuất điện áp tùy theo nhiệt độ - Dòng LM35 dịng mạch tích hợp cảm biến xác nhiệt độ, có điện áp tỉ lệ thuận theo nhiệt độ Trở kháng LM35 thấp , đầu tuyến tính hiệu chỉnh chuẩn xác giúp đọc kiểm soát mạch dễ dàng LM35 sử dùng nguồn chiều , nhiệt độ mạch tăng ít, thấp 0,1 độ C không Arduino 2.1 Giới thiệu chung Arduino bo mạch vi điều khiển nhóm giáo sư sinh viên nước Ý thiết kế đưa vào năm 2005 Mạch Arduino sử dụng để cảm nhận điều khiển nhiều đối tượng khác Nó thực nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, nhiều đối tượng khác Ngồi mạch cịn có khả liên kết với nhiều module khác module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng mạch Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM, Atmel 32-bit,… Hiện phần cứng Arduino có tất phiên bản, Tuy nhiên phiên thường sử dụng nhiều Arduino Uno Arduino Mega Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino phần mềm IDE 2.2 Cấu tạo Arduino Hình 2.2 Cấu tạo Arduino 2.3 Ứng dụng Arduino Arduino có nhiều ứng dụng đời sống, việc chế tạo thiết bị điện tử chất lượng cao Một số ứng dụng kể đến như: + Lập trình robot: Arduino phần quan trọng trung tâm xử lí giúp điều khiển hoạt động robot Lập trình máy bay khơng người lái Có thể nói ứng dụng có nhiều kì vọng tương lai + Game tương tác: dùng Arduino để tương tác với Joystick, hình,… để chơi trị Tetrix, phá gạch, Mario… nhiều game sáng tạo + Arduino điều khiển thiết bị ánh sáng cảm biến tốt Là phần quan trọng đèn giao thông, hiệu ứng đèn nháy cài đặt làm bật biển quảng cáo + Arduino ứng dụng máy in 3D nhiều ứng dụng khác tùy thuộc vào khả sáng tạo người sử dụng Atmega16 3.1 Giới thiệu Atmega16 Atmega16 vi điều khiển công suất thấp 40 chân phát triển công nghệ CMOS.Atmega16 điều khiển 8-bit dựa kiến trúc RISC (Reduced Instruction Set Computing) tiên tiến AVR AVR dòng vi điều khiển Atmel phát triển vào năm 1996 Nó máy tính chip đơn kèm với CPU, ROM, RAM, EEPROM, định thời, đếm, ADC bốn cổng 8-bit gọi PORTA, PORTB, PORTC, PORTD cổng bao gồm chân I / O Atmega16 có ghi tích hợp sử dụng để tạo kết nối CPU thiết bị ngoại vi bên ngồi CPU khơng có kết nối trực tiếp với thiết bị bên ngồi Nó nhận đầu vào cách đọc ghi đưa đầu cách ghi ghi Atmega16 kèm với hai định thời bit định thời 16 bit Tất định thời sử dụng làm đếm chúng tối ưu hóa để đếm tín hiệu bên Atmega16 kèm với 1KB RAM tĩnh nhớ dễ bay hơi, tức lưu trữ thông tin thời gian ngắn phụ thuộc nhiều vào nguồn điện liên tục Trong 16KB nhớ flash, cịn gọi ROM, tích hợp thiết bị với chất không bay lưu trữ thơng tin thời gian dài không bị thông tin nguồn điện bị ngắt Atmega16 hoạt động tần số tối đa 16MHz, lệnh thực chu kỳ máy 3.2 Cấu tạo Kiến trúc Atmega16 dựa Kiến trúc Harvard kèm với bus nhớ riêng biệt Các lệnh lưu trữ nhớ chương trình CPU CPU giống não vi điều khiển giúp thực số lệnh Nó xử lý ngắt, thực phép tính điều khiển thiết bị ngoại vi với trợ giúp ghi Atmega16 kèm với hai bus gọi bus hướng dẫn bus liệu CPU đọc lệnh bus hướng dẫn bus liệu sử dụng để đọc ghi liệu tương ứng CPU chủ yếu bao gồm đếm chương trình, ghi mục đích chung, stack pointer, ghi lệnh giải mã lệnh ROM Chương trình điều khiển lưu trữ ROM, gọi nhớ flash lập trình khơng bay Bộ nhớ flash có độ phân giải 10.000 chu kỳ ghi / xóa Bộ nhớ flash chủ yếu chia thành hai phần gọi phần flash ứng dụng phần flash booth Chương trình điều khiển lưu trữ phần flash ứng dụng Trong phần flash booth tối ưu hóa để hoạt động trực tiếp điều khiển bật nguồn RAM SRAM (bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh) sử dụng để lưu trữ thông tin tạm thời kèm với ghi 8-bit, giống RAM máy tính thơng thường sử dụng để cung cấp liệu thông qua thời gian chạy EEPROM EEPROM (Bộ nhớ đọc xóa điện tử) nhớ không thay đổi sử dụng lưu trữ thời gian dài Nó khơng liên quan đến việc thực thi chương trình Nó sử dụng để lưu trữ cấu hình hệ thống thông số thiết bị tiếp tục hoạt động thiết lập lại xử lý ứng dụng EEPROM kèm với chu kỳ ghi giới hạn lên đến 100.000 chu kỳ đọc không giới hạn Trong sử dụng EEPROM, viết lệnh tối thiểu theo yêu cầu, để bạn nhận lợi ích từ nhớ thời gian dài Ngắt Ngắt sử dụng cho trường hợp khẩn cấp đặt chức trạng thái chờ thực lệnh cần thiết thời điểm Khi ngắt gọi thực thi, mã chuyển trở lại chương trình Module I / O analog kỹ thuật số Module I / O kỹ thuật số sử dụng để thiết lập giao tiếp kỹ thuật số điều khiển thiết bị bên Trong module I / O analog sử dụng để truyền thông tin analog Bộ so sánh analog ADC thuộc loại module I / O analog Bộ định thời / Bộ đếm Bộ định thời sử dụng để tính tốn tín hiệu bên điều khiển Atmega16 kèm với hai định thời bit định thời 16 bit Tất định thời hoạt động đếm chúng tối ưu hóa cho tín hiệu bên ngồi Watchdog timer Watchdog timer bổ sung đáng ý điều khiển sử dụng để tạo ngắt đặt lại định thời Nó kèm với nguồn CLK riêng biệt 128kHz Giao tiếp nối tiếp Atmega16 kèm với đơn vị USART SPI sử dụng để phát triển giao tiếp nối tiếp với thiết bị bên ngồi Hình 2.3 Cấu tạo Atmega16 Atmega16 có 40 chân, chân sử dụng để thực nhiệm vụ cụ thể, có tổng cộng 32 chân I / O bốn cổng, cổng bao gồm chân I / O PORTA = chân (Chân 33-40) PORTB = chân (Chân 1-8) PORTC = chân (Chân 22-29) PORTD = chân (Chân 14-21) Sau chức liên quan đến chân PORTA: Các chân từ 33 đến 40 thuộc PORTA Nó hoạt động giống đầu vào analog cho chuyển đổi A / D Tuy nhiên, trường hợp khơng có chuyển đổi A / D, PORTA sử dụng làm cổng I / O hai chiều bit Nó kèm với điện trở kéo bên   PORTB: Các chân từ đến thuộc PORTB Đây chân hai chiều I / O Cổng bao gồm điện trở kéo lên bên   PORTC: PORTC cổng I / O hai chiều bao gồm chân Chân từ 22 đến 29 thuộc cổng này, tương tự cổng khác, kèm với điện trở kéo bên   PORTD: Chân từ 14 đến 21 thuộc cổng Đây cổng hai chiều chân sử dụng làm chân đầu vào đầu Tuy nhiên, có tính bổ sung liên quan đến cổng ngắt, giao tiếp nối tiếp, hẹn PWM   Reset: Chân chân reset mức thấp hoạt động Xung mức thấp dài độ dài xung tối thiểu tạo reset Các xung ngắn khơng có khả tạo reset   VCC: Chân 10 chân cấp nguồn cho điều khiển Nguồn điện cần phải có V để đặt điều khiển điều kiện chạy.    GND: Chân 11 chân nối đất   AREF: Chân 32 chân tham chiếu tương tự chủ yếu sử dụng cho chuyển đổi A/D   AVCC: Chân 30 AVCC chân điện áp cung cấp cho PORTA ADC Nó kết nối với VCC thơng qua lọc thơng thấp có ADC Tuy nhiên, trường hợp khơng có ADC, AVCC kết nối bên với VCC.    Chân 12 & 13: Một dao động tinh thể kết nối với chân Atmega16 hoạt động tần số bên 1MHZ; dao động thêm vào để tạo xung clock tần số cao 10 3.3 Ứng dụng  Bộ điều khiển AVR kèm với loạt ứng dụng cần tự động hóa Sau ứng dụng Atmega16  Thiết bị y tế  Tự động hóa nhà  Những hệ thống nhúng  Project Arduino  Được sử dụng tơ tự động hóa cơng nghiệp  Thiết bị gia dụng hệ thống an ninh  Thiết bị kiểm soát nhiệt độ áp suất Led đoạn LED đoạn hay gọi LED dạng LED xếp theo hình chữ nhật đứng với bóng LED đoạn khung đoạn Khi đoạn LED chiếu sáng phần chữ số – Theo hệ thập phân thập lục phân hiển thị hình Hình ảnh Led đoạn LCD Display LCD cơng nghệ hình phẳng thường sử dụng TV hình máy tính. Nó sử dụng hình cho thiết bị di động, chẳng hạn máy tính xách tay, máy tính bảng điện thoại thơng minh 11 Relay Relay thiết bị điện sử dụng để tạo ngắt kết nối điện. Nó bao gồm phận khí chuyển động linh hoạt điều khiển điện tử thơng qua nam châm điện, bản, rơ le giống công tắc bạn điều khiển tín hiệu điện tử thay bật tắt thủ cơng.  12 Keypad khối tập hợp nút với xếp chữ số, ký hiệu chữ theo bảng chữ cái. Bàn phím chủ yếu chứa số sử dụng với máy tính là bàn phím số .  Chương MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 3.1 Thiết kế đo nhiệt độ hiển thị led đoạn PC Nhiệt độ giả định bọn em lấy giá trị biến trở Màn hình Led đoạn hiển thị nhiệt độ lấy từ chân 22 đến 29 Atmega16 Ngoài chân 14 15 16 17 nối với Led đoạn để hiển thị kí tự độ C Nguyên lý hoạt động: Atmega16 đọc giá trị nhiệt độ lấy từ biến trở Nếu nhiệt độ mức bình thường (ở bọn em để 35 độ C), led-yellow chuyển giá trị tín hiệu thành sáng 13 Nếu nhiệt độ mức cao (ở bọn em để 36 độ C), led-red chuyển giá trị tín hiệu thành sáng 14 Nếu nhiệt độ mức thấp (ở bọn em để 34 độ C), led-green chuyển giá trị tín hiệu thành sáng 3.2 Khóa điện tử sử dụng mật mã 15 Khi nguồn cấp, hình LCD chế độ mặc định chờ nhập mật Khi cửa chưa mở nên led-red sáng báo cửa đóng cho chủ nhà Sau nhập mật khẩu, hình LCD hiển thị dấu **** để đảm bảo tính bảo mật có khác đứng cạnh chủ nhà Nếu mật nhập xác, hình LCD hiển thị hình bên đồng thời led-birg sáng báo hiệu cửa mở 16 Sau mở khoảng thời gian (bọn em cài 4s), cửa tự động đóng, đồng thời led-red sáng lần 17 Nếu mật nhập sai, hình LCD hiển thị để người dùng biết để nhập lại Led-red lúc sáng Chương TỔNG KẾT 4.1 Kết luận Sản phẩm đề tài đạt yêu cầu nhóm đề ban đầu Tuy nhiên, sản phẩm đề tài nâng cao đơn giản chưa tối ưu 4.2 Phát triển ý tưởng Nhóm em cố gắng nghiên cứu để thêm nhiều tiện ích vào sản phẩm nhận diện người dùng vân tay khn mặt, có nơi lưu trữ liệu người vào, cảnh báo chủ nhà có người lạ cố ý xâm nhập vào nhà 18 ... phím số .  Chương MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 3.1 Thiết kế đo nhiệt độ hiển thị led đo? ??n PC Nhiệt độ giả định bọn em lấy giá trị biến trở Màn hình Led đo? ??n hiển thị nhiệt độ lấy từ chân 22 đến 29 Atmega16... tự động hóa cơng nghiệp  Thiết bị gia dụng hệ thống an ninh  Thiết bị kiểm soát nhiệt độ áp suất Led đo? ??n LED đo? ??n hay gọi LED dạng LED xếp theo hình chữ nhật đứng với bóng LED đo? ??n khung đo? ??n... .10 4 .Led đo? ??n 10 LCD Display .11 Relay 11 Keypad 12 Chương Mô kết 12 3.1 Thiết kế đo nhiệt độ hiển thị led đo? ??n PC 12