KHẢO sát, PHÂN TÍCH bài TOÁN điều KHIỂN NHIỆT độ lò ấp TRỨNG sử DỤNG STM32

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ LÒ ẤP TRỨNG MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VI ĐIỀU KHIỂN STM32 1.1 Lịch sfí hình thành phát triển 1.1.1 Giới thiệu… 1.1.2 Cortex gì? 1.2 Đặc điểm ARM STM32… 1.2.1 Các giai đoạn phát triển STM32 1.2.2 Tính tinh vi 1.2.3 Sự an tồn 1.2.4 Tính bảo mật………………………………………………………… … 10 1.2.5 Phát triển phần mềm……………………………………………………… 10 1.2.6 Dòng performance Access STM32 10 1.3 Tổng quan ARM Cortex M3 STM32F103… 11 1.3.1 Các phiên cấu trúc ARM 12 1.3.2 Bộ xfí lý đơn vị xfí lý trung tâm Cortex… 12 1.3.3 Đơn vị xfí lý trung tâm Cortex… 12 1.3.4 Bộ xfí lý Cortex… 16 1.3.5 Các chế độ lượng 17 1.3.6 Kiểu đóng gói chip kiểu chân linh kiện 17 1.3.7 Nguồn cung câp điện… 18 1.3.8 Mạch reset 19 1.4 Kiến trúc hệ thống 19 1.5 Các ngoại vi 21 Các cổng I/O đa dụng… 1.5.2 Ngắt ngoại (EXTI) 1.5.1 1.5.3 ADC 21 21 21 CHƯƠNG KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ ẤP TRỨNG SỬ DỤNG STM32 23 2.1 Giới thiệu chung… 23 2.1.1 Phân tích cơng nghệ lị ấp trfíng… 23 2.1.2 Cấu tạo lị ấp trfíng 24 2.2 Yêu cầu hệ thống… 25 2.3 Phân tích khối chfíc hệ thống 26 2.3.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20… 26 2.3.1.1 Đặc điểm DS18B20………………………………… ……… 27 2.3.1.2 Lấy nhiệt độ với ds18b2……………………………… …………… 27 2.3.2 Modul khối nguồn 31 2.3.3 Khối hiển thị LCD HD44780 - 16×2 31 2.3.4 Khối xfí lý trung tâm KIT STM32F103c8t6 34 2.3.5 Khối chấp hành… 35 CHƯƠNG THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 36 3.1 Lưu đồ thuật toán 36 3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 37 3.3 Lập trình cho KIT STM32 sfí dụng phần mềm Keil C5 – ARM 38 3.4 Kết hệ thống… 44 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Chip ARM hệ thfí M1 Hình 1.2 Kiến trúc vi xfí lý ARM Cortex- M3 Hình 1.3 Biểu đồ giai đoạn phát triển STM32 Hình 1.4 Đặc điểm cuả bốn nhánh họ STM32 Hình 1.5 Các phiên cấu trúc lõi ARM Hình 1.6 Kiến trúc đường ống ARM Cortex M3 Hình 1.7 Kiến trúc Load store ARM Cortex M3 Hình 1.8 Bản đồ nhớ tuyến tính 4Gbyte xfí lý Cortex M3 Hình 1.9 Các miền lượng bên STM32 Hình 1.10 Cách bố trí tụ chống nhiễu cho STM32 Hình 1.11 Đặc tính mạch reset bên STM32 Hình 1.12 Cấu trúc Bus Hình 1.13 Vùng nhớ Flash STM32 Hình 1.14 Bộ ADC STM32 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống Hình 2.2 Hình dạng DS18B20 Hình 2.3 Sơ đồ nhớ DS18b20 Hình 2.4 Sơ đồ kết nối ds18b20 Hình 2.5 Mạch ổn áp nguồn LM2576 Hình 2.6 Hình ảnh LCD Hình 2.7 Chfíc chân LCD Hình 2.8 Kết nối LCD với vi điều khiển Hình 2.9 Mạch mơ LCD phần mềm proteus Hình 2.10 Sơ đồ chân KIT STM32F103C8T6 Hình 2.11 Thơng số kỹ thuật KIT STM32 Hình 2.12 Mạch điều khiển bóng đèn Motor Hình 3.1 Lưu đồ thuật tốn Hình 3.2 Sơ đồ ngun lý hệ thống Hình 3.3 KIT phát triển thực tế 11 12 13 13 15 18 18 19 20 20 22 26 26 29 30 31 32 33 33 34 34 35 35 36 37 45 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước ta đà phát triển mạnh mẽ, đời sống người dân ngày nâng cao Nhu cầu sfí dụng sản phẩm điện tfí thơng minh vào đời sống tăng cao Điều khiển tự động trở thành nhu cầu thiếu hệ thống công nghiệp Một yếu tố điều khiển nhiều hệ thống cơng nghiệp nhiệt độ Nhiệt độ đo, điều khiển theo nhu cầu sfí dụng ví dụ hệ thống nhiệt nồi hơi, lò ấp, lò sấy,… Các hệ thống đo điều khiển xuất nhiều thị trường với nhiều phương pháp đo điều khiển khác Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng Để giải vấn đề đó, với kiến thfíc học kĩ thuật điện, điện tfí, đo lường cảm biến tìm hiểu thêm kĩ thuật vi điều khiển, chúng em tính tốn đưa giải pháp điều khiển nhiệt độ fíng dụng vi xfí lí với mạch thiết kế đơn giản, dễ dàng thiết kế nâng cấp Vì em lựa chọn đề tài “điều khiển ổn định nhiệt độ lò ấp trfíng” Do thời gian thực kiến thfíc cịn hạn chế nên cịn nhiều sai sót q trình thực đề tài, chúng em mong nhận bảo,góp ý thầy bạn CHƯƠNG TỔNG QUAN VI ĐIỀU KHIỂN 1.1 Lịch sử hình thành phát triển 1.1.1 Giới thiệu ARM (Acorn RISC Machine) loại cấu trúc vi xfí lý 32-bit kiểu RISC (Reduced Instructions Set Computer - Máy tính với tập lệnh tối giản) sfí dụng rộng rãi hệ thống nhúng Do có đặc điểm tiết kiệm lượng nên vi xfí lí ARM ngày chiếm ưu sản phẩm thiết bị điện tfí di động Chip ARM bắt đầu thiết kế từ năm 1983 dự án phát triển cơng ty máy tính Acorn Nhóm thiết kế dẫn đầu Roger Wilson Steve Furber năm 1985 nhóm cho đời mẫu chip ARM hệ có tên ARM1 Hình CHƯƠNG TỔNG QUAN VI ĐIỀU KHIỂN Chip ARM hệ thfí M1 Năm 1986 nhóm hồn thành sản phẩm thực gọi tên ARM2, ARM2 có đường truyền liệu 32-bit, khơng gian địa 26-bit cho phép quản lý đến 64 Mbyte địa 16 ghi 32-bit Một ghi đóng vai trị đếm chương trình với bit cao bit thấp lưu giữ cờ trạng thái vi xfí lý Có thể nói ARM2 vi xfí lý 32-bit khả dụng đơn giản giới, gồm 30.000 transistor Sự đơn giản có nhờ ARM khơng có vi chương trình giống hầu hết CPU vào thời đó, khơng chfía cache Vì có cấu trúc đơn giản nên ARM có đặc điểm tiêu thụ công suất thấp đồng thời đảm bảo tính vượt trội so với dịng vi xfí lí khác Thế ARM3, ARM3 tạo với 4KB cache có chfíc cải thiện tốt hệ trước Vào năm cuối thập niên 80, hãng máy tính Apple Computer bắt đầu hợp tác với Acorn để phát triển hệ lõi ARM kết hợp tác đời hệ ARM6 Hiện ARM tiếp tục phát triển, cập nhật kiến trúc cách toàn diện Hiện phiên sfí dụng phổ biến phiên ARM7 và phát triển phiên ARM8 sfí dụng điện tốn xfí lý 64 bít Trong vài năm trở lại đây, xu hướng chủ yếu thiết kế với vi điều khiển sfí dụng chip ARM7 ARM9 vi điều khiển đa dụng Ngày nhà sản xuất IC đưa thị trường 240 dịng vi điều khiển sfí dụng lõi ARM Tập đồn ST Microelectronic vừa cho mắt dịng STM32, vi điều khiển dựa lõi ARM Cortex-M3 hệ hãng ARM thiết kế, lõi ARM Cortex-M3 cải tiến lõi ARM7 truyền thống Dòng STM32 thiết lập tiêu chuẩn hiệu suất, chi phí, khả đáp fíng fíng dụng tiêu thụ lượng thấp tính điều khiển thời gian thực khắt khe 1.1.2 Cortex gì? Dịng ARM Cortex xfí lí hệ đưa kiến trúc chuẩn cho nhu cầu đa dạng công nghệ Không giống chip ARM khác, dịng Cortex lõi xfí lí hoàn thiện, đưa chuẩn CPU kiến trúc hệ thống chung Dịng Cortex gồm phân nhánh chính: dịng A dùng cho fíng dụng cao cấp, dịng R dùng cho fíng dụng thời gian thực đầu đọc dịng M dùng cho fíng dụng vi điều khiển chi phí thấp STM32 đươc thiết kế dựa dòng Cortex-M3, dòng Cortex-M3 thiết kế đặc biệt để nâng cao hiệu suất hệ thống, kết hợp với tiêu thụ lượng thấp CortexM3 thiết kế dựa kiến trúc chi phí sản xuất thấp để cạnh tranh với dòng vi điều khiển bit 16 bit truyền thống Cortex-M3 thiết kế lõi chi phí thấp CPU 32 bit với hai chế độ hoạt động: Thread Handler, chế độ cấu hình với vùng stack riêng biệt nó, điều cho phép thiết kế phần mềm phfíc tạp hỗ trợ hệ điều hành thời gian thực Lõi Cortex có hỗ trợ timer 24 bit tự động nạp lại giá trị, cung cấp ngắt timer đặn cho nhận RTOS ( read time operating system) Các chíp ARM7 ARM9 có tập lệnh ( tập lệnh ARM 32 bit / ********************************************************* ************ ********* USERSTM32 LIB - USERSTM32 LIB - USERSTM32 LIB USERSTM32 LIB - USERSTM32 LIB ********************************************************* ************ *********/ #include "user_delay.h" #include "user_gpio.h" / ********************************************************* ************ ********* USER LIB - USER LIB - USER LIB - USER LIB - USER LIB USER LIB - USER LIB ********************************************************* ************ *********/ #include "lcd16x2.h" #include "ds18b20.h" / ********************************************************* ************ ********* DEFINE GPIO - DEFINE GPIO - DEFINE GPIO - DEFINE GPIO DEFINE GPIO - DEFINE GPIO ********************************************************* ************ *********/ /* GPIO A */ #define LCD16X2_D4 PORTA_4 #define LCD16X2_D5 PORTA_5 #define LCD16X2_D6 PORTA_6 #define LCD16X2_D7 PORTA_7 #define BONGDEN PORTA_1 #define KHAYDAO PORTA_2 /* GPIO B */ #define DS18B20_PIN_DQ PINB_9 #define DS18B20_PORT_DQ PORTB_9 #defin e #defin e #defin e LCD16X2 _RS LCD16X2 _RW LCD16X2 _EN PORTB _12 PORTB _13 PORTB _14 #defin BUTTON e #defin BUTTON e #defin BUTTON e #endif PINB_6 //INPUT->PIN| OUTPUT->PORT PINB_7 PINB_8 /////////////main #include "main.h" #include "var.h" #if ( MAIN_H!=19062014) #error "Include Sai File Main.h" #endif float sTemp=37.7; //Nhiet cai int sSecond=15; // Thoi gian dao trung uint8_t str[16]; // Mang chua 16 ky tu man hinh LCD void setupMenu() //Setup che { int iSet=0; { if(iSet==0)//Cai nhiet { LCD16X2_Gotoxy(0,0); LCD16X2_Puts((uint8_t*)" CAI NHIET DO "); sprintf((char*)str,"Temp: %2.2fC ",sTem p); LCD16X2_Gotoxy(0,1); LCD16X2_Puts(str); } if(iSet==1)//Cai thoi gian dao trung { LCD16X2_Gotoxy(0,0); LCD16X2_Puts((uint8_t*)" CAI THOI GIAN "); sprintf((char*)str,"Second: %02dS ",sSecon d); LCD16X2_Gotoxy(0,1); LCD16X2_Puts(str); } if(BUTTON2==0)//Phim tang { while(BUTTON2==0); if(iSet==0) { sTemp+=0.1; if(sTemp>=4 0.0) { sTemp=30.0; } } if(iSet==1) { sSecond++; if(sSecond>=1 00) { sSecond=0; } } } if(BUTTON3==0)//Phim giam { while(BUTTON3==0); if(iSet==0) { sTemp-=0.1; if(sTemp