HỌC PHẦN đo LƯỜNG điều KHIỂN BẰNG máy TÍNH đề tài THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN GIÁM sát NHIỆT độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỌC PHẦN: ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH Nhóm : 01 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ Giảng viên hướng dẫn: Họ tên Phạm Thanh Bình Vũ Đức Gia Bảo Lê Thị Trúc Ly TP HCM, ngày tháng năm 2022 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hoá Cơng Nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời nhóm em xin chân thành cảm ơn chân thành đ ến th ầy Minh Trong trình học tập tìm hiểu môn đo lường ều ển máy tính, nhóm em nhận quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tận tình đầy tâm huyết từ thầy Thầy giúp chúng em tích lũy nhi ều ki ến th ức t sở lý luận đến thực tiễn thông qua môn có nhìn tổng qt h ơn Qua mơn nhóm em xin trình bày nhóm em tìm hi ểu v ề đ án cảm biến siêu âm đo điều khiển mức nước Tuy nhiên kiến thức sâu rộng môn đo lường ều ển b ằng máy tính nhóm em cịn hạn chế định Do khơng tránh kh ỏi thiếu sót q trình hồn thành đồ án Mong th ầy xem xét góp ý để đồ án hồn thiện Kính chúc thầy hạnh phúc thành cơng s ự nghi ệp “tr ồng người”, dồi sức khỏe để tiếp tục dìu dắt nhiều hệ sinh viên Nhóm em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 14 tháng 04 năm 2022 Nhóm sinh viên thực thiện Nhóm 1 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ….………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… TP.HCM, ngày tháng năm Giảng viên hướng dẫn TS Lưu Hoàng Minh Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG 1.1 Các thành phần mạch 1.1.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 1.1.2 Aduino 1.1.3 Động DC ( Q 1.1.4 Relay trung gian (Bộ gia nhiệt- Heater) CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG 2.1 Mô tả quy trình hệ thống 2.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình 2.3 Chương trình Aduirno Visual Studio 2.3.1 Code aduirno 2.3.2 Code Visual Studio 2.4 Giao diện người dùng 2.5 Mô CHƯƠNG KẾT LUẬN Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 Hình 1.2 Aduino Hình 1.3 Phần cứng tảng Aduino Hình 1.4 Động quạt Hình 1.5 Relay trung gian Hình 2.1 Lưu đồ thuật tốn 11 Hình 2.2 Giao diện Proteus 16 Hình 2.3 Giao diện Visual Studio 16 Hình 2.4 Kết nối cổng Com 17 Hình 2.5 Nhiệt độ mức 20◦C 17 Hình 2.6 Hiển thị máy tính 20 ◦C 18 Hình 2.7 Quạt chưa hoạt động mức nhiệt bắng với nhiệt độ đặt 18 Hình 2.8 Quạt hoạt động điều kiện ND_DC > ND_đặt + 19 Hình 2.9 Quạt hoạt động điều kiện ND_DC < ND đặt – 19 Hình 2.10 Nhiệt độ đặt 25◦ C 20 Hình 2.11 Reset cài đặt 20 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp CHƯƠNG CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG 1.1 Các thành phần mạch 1.1.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 cảm biến nhiệt độ sử dụng rộng rãi Nó hiển thị giá trị dạng điện áp đầu thay độ C LM35 hiển thị giá trị điện áp cao cặp nhiệt điện không cần khuếch đại điện áp đầu Điện áp đầu LM35 tỷ lệ với nhiệt độ C Hệ số thang đo 0,01 V / ° C Một đặc điểm quan trọng lấy 60 micromps từ nguồn có khả tự gia nhiệt thấp Cảm biến nhiệt độ LM35 có nhiều gói khác gói giống transistor kim loại T046, gói giống transistor nhựa TO-92, gói dán chân SO-8 Hình 1.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 Thơng số kỹ thuật:  Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V  Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC  Độ xác cao 25 C 0.5 C  Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải  Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55 C - 150 C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau :  Nhiệt độ -55 C điện áp đầu -550mV  Nhiệt độ 25 C điện áp đầu 250mV  Nhiệt độ 150 C điện áp đầu 1500mV Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp 1.1.2 Aduino Arduino tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở, sử dụng nh ằm xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với với môi tr ường đ ược thu ận ti ện, dễ dàng Nền tảng mẫu giống máy tính thu nhỏ, giúp người dùng l ập trình thực dự án điện tử mà không cần phải đến công c ụ chuyên d ụng đ ể ph ục vụ việc nạp code Phần mềm tương tác với gi ới bên ngồi thơng qua c ảm biến điện tử, đèn động Hình 1.2 Aduino Chi tiết phần cứng Aduino  Cổng nối tiếp (Serial port) cổng thơng dụng máy tính máy tính truyền thống dùng kết nối thi ết bị ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều khiển, modem, máy quét,… C nối tiếp có tên gọi khác Cổng COM  Jack nguồn: để chạy Arduino, bạn hồn tồn nạp nguồn từ cổng USB Tuy nhiên lúc k ết nối với máy tính đ ược Có dự án cần thực ngồi trời cần nguồn ện khác v ới mức điện áp từ 9V -12V  Hàng Header: chân đánh số từ – 12 hàng digital pin Đây nơ truyền – nhận tín hiệu số Bên cạnh có m ột pin đ ất (GND) pin điện áp tham chiếu (AREF) Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp  Hàng header thứ 2: chủ yếu liên quan tới điện áp đất, nguồn  Hàng header thứ 3: chân để nhập – xuất tín hi ệu analog (đọc thông tin thiết bị cảm biến)  Chip điều khiển AVR: phận xử lý trung tâm toàn bo mạch Với mẫu Arduino khác nhau, chip khác Ví d ụ Arduino Uno sử dụng ATMega328 Hình 1.3 Phần cứng tảng Aduino Ứng dụng Aduino  Điều khiển thiết bị cảm biến âm thanh, ánh sáng  Làm máy in 3D  Làm đàn ánh sáng  Làm lị nướng bánh biết tweet thơng báo bánh chín  Arduino có khả đọc thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ,… Chính mà mã nguồn mở c dùng để làm x lý trung tâm nhiều loại robot  Arduino cịn sử dụng để tương tác với Joystick, hình,… chơi game Tetrix, phá gạch, Mario…  Dùng để chế tạo máy bay không người lái Khoa Điện – Điện Tử UTH  Tự Động Hố Cơng Nghiệp Điều khiển đèn giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy biển quảng cáo…  Ngoài ra, Arduino cịn nhiều ứng dụng hữu ích khác tùy thuộc vào sáng tạo người sử dụng  Ví dụ: Muốn kết nối Internet có Ethernet shield, ều ển động có Motor shield, kết nối nhận tin nhắn có GSM shield,… Khá đơn giản, cần tập trung vào việc “lắp ghép” thành phần sáng tạo ứng dụng cần thiết 1.1.3 Động DC ( Quạt) Động chiều DC (DC từ viết tắt Direct Current Motors) đ ộng c điều khiển dịng có hướng xác định hay nói cách khác lo ại đ ộng c chạy nguồn điện áp DC - điện áp chiều Cấu tạo động điện chiều thường gồm phận sau:  Stator: hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu nam châm điện  Rotor: phần lõi quấn cuộn dây để tạo thành nam châm điện  Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc tiếp điện cho cổ góp  Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc chia nhỏ nguồn ện cho cuộn dây rotor Số lượng điểm ti ếp xúc tương ứng v ới số cuộn dây rotor Hình 1.4 Động quạt Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp 1.1.4 Relay trung gian (Bộ gia nhiệt- Heater) Rơle trung gian (Relay trung gian) loại thi ết bị có chức chuy ển m ạch tín hiệu điều khiển khuếch đại chúng với kích thước nhỏ Thiết bị dùng để điều kiển gia nhiệt Hình 1.5 Relay trung gian  Cấu tạo rơ le trung gian bao gồm phần là: cuộn hút (nam châm điện) mạch tiếp điểm (mạch lực)  Nam châm điện : Bao gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh cu ộn dây Cuộn dây dùng để cuộn cường độ, điện áp cuộn điện áp lẫn cường độ Trong đó, lõi thép động định vị vít điều ch ỉnh găng b ởi lò xo  Tiếp điểm: Bao gồm tiếp điểm nghịch có vai trị đóng cắt tín hiệu thiết bị tải với dòng nhỏ cách ly với cuộn hút Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hoá Cơng Nghiệp CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG 2.1 Mơ tả quy trình hệ thống Cho phép người dùng điều khiển nhiệt độ theo ý cách nh ập vào máy tính mức nhiệt độ mong muốn (-55 -> 150°C) Quy trình cơng ngh ệ H ệ th ống ghi nhận giá trị nhiệt độ người dùng cài đặt(-55 -> 150°C) Hệ thống liên t ục c ập nh ật giá trị thực tế từ cảm biến nhiệt độ So sánh GIÁ TRỊ CÀI ĐẶT GIÁ TRỊ THỰC TẾ Trường hợp 1: Nếu lớn giá trị thực tế -> Bộ gia nhi ệt t ắt, Quạt m đến GIÁ TRỊ THỰC TẾ = GIÁ TRỊ CÀI ĐẶT Trường hợp 2: Nếu nhỏ giá trị thực tế -> Bộ gia nhiệt mở, Quạt t ắ đến GIÁ TRỊ THỰC TẾ = GIÁ TRỊ CÀI ĐẶT 10 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp 2.2 Lưu đồ thuật tốn chương trình Hình 2.1 Lưu đồ thuật toán 11 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp 2.3 Chương trình Aduirno Visual Studio 2.3.1 Code aduirno int sensorPin = A0; int sensorPin2 = A1; int state, i; float nhietdo_dat = 30; float reading; float a, b; int quat = 13; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(quat, OUTPUT); } void loop() { if (Serial.available() > 0) { state = Serial.read(); } for (i = 0; i < 100; i++) { a = analogRead(A0); b = analogRead(A1); reading = a - b; delay(1); } float temp = reading; Serial.println(temp); delay(50); switch (state) { case '2': nhietdo_dat++; break; case '3': nhietdo_dat ; break; case '5': nhietdo_dat = 30; break; case '7': digitalWrite(quat, 1); break; case '8': digitalWrite(quat, 0); break; } } 12 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp 2.3.2 Code Visual Studio using using using using using using using using using using System; System.Collections.Generic; System.ComponentModel; System.Data; System.Drawing; System.Linq; System.Text; System.Threading.Tasks; System.Windows.Forms; System.IO.Ports; namespace do_an_nhommm { public partial class Form1 : Form { delegate void SetTextCallback(string text); int ND_DAT = 30; string inputdata = String.Empty; public Form1() { InitializeComponent(); String[] BaudRate = { "1200", "2400", "4000", "9600", "19200", "38400", "57600", "115200" }; Raud_rate_list.Items.AddRange(BaudRate); } private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { int Index = Raud_rate_list.SelectedIndex; String[] comlist = SerialPort.GetPortNames(); int[] Comnumberlist = new int[comlist.Length]; for (int i = 0; i < comlist.Length; i++) { Comnumberlist[i] = int.Parse(comlist[i].Substring(3)); } Array.Sort(Comnumberlist); foreach (int ComNumber in Comnumberlist) { COM_list.Items.Add("COM" + ComNumber.ToString()); } } private void button4_Click(object sender, EventArgs e) { if (COM_list.Text == "") { MessageBox.Show("Vui lịng chọn cổng COM ", "Thơng báo ", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error); return; } if (serialPort1.IsOpen) { serialPort1.Close(); Ket_noi.Text = "Kết nối"; COM_list.Enabled = true; Raud_rate_list.Enabled = true; Group_cai_dat_nhiet_do.Enabled = false; Group_nhiet_do.Enabled = false; } else 13 Khoa Điện – Điện Tử UTH { try { Tự Động Hố Cơng Nghiệp serialPort1.PortName = COM_list.Text; serialPort1.BaudRate = Convert.ToInt32(Raud_rate_list.Text); serialPort1.Open(); Ket_noi.Text = "Ngắt kết nối"; COM_list.Enabled = false; Raud_rate_list.Enabled = false; Group_cai_dat_nhiet_do.Enabled = true; Group_nhiet_do.Enabled = true; serialPort1.Write("5");//send to arduino ND_DAT = 30; } catch { MessageBox.Show("không thể mở cổng" + serialPort1.PortName, "Lỗi", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error); } } } double nhiet = 0; private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e) { if (!serialPort1.IsOpen) { Thongbao.Text = " Bạn chưa kết nối, chọn cổng COM để kết nối."; Thongbao.ForeColor = Color.Red; } else if (serialPort1.IsOpen) { Thongbao.Text = "Đã kết nối."; Thongbao.ForeColor = Color.Green; inputdata = serialPort1.ReadLine().ToString(); var gt_adc = Convert.ToDouble(inputdata); if (inputdata != String.Empty) { nhiet = Math.Round(gt_adc * / 1024 * 100, 2); if (nhiet > ND_DAT + 2) { serialPort1.Write("7"); run.BackColor = Color.Green; off.BackColor = Color.White; } if (nhiet < ND_DAT - 2) { serialPort1.Write("8"); off.BackColor = Color.Red; run.BackColor = Color.White; } SetText(inputdata); } } } Nhiet_do_cai_dat.Text = ND_DAT + "°C"; private void SetText(string text) { if (this.Nhiet_do.InvokeRequired) { } SetTextCallback d = new SetTextCallback(SetText); this.Invoke(d, new object[] { text }); 14 Khoa Điện – Điện Tử UTH } Tự Động Hố Cơng Nghiệp else this.Nhiet_do.Text = Convert.ToString(nhiet) + "°C"; private void timer2_Tick(object sender, EventArgs e) { } Thoi_gian_thuc.Text = DateTime.Now.ToLongTimeString(); Thoi_gian_thuc.ForeColor = Color.Blue; private void Tang_nhiet_do_Click(object sender, EventArgs e) { serialPort1.Write("2"); //send to arduino if (serialPort1.IsOpen) { ND_DAT = ND_DAT + 1; } } private void Giam_nhiet_do_Click(object sender, EventArgs e) { serialPort1.Write("3"); //send to arduino if (serialPort1.IsOpen) { ND_DAT = ND_DAT - 1; } } } } private void Reset_Click(object sender, EventArgs e) { serialPort1.Write("5");//send to arduino ND_DAT = 30; } 15 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp 2.4 Giao diện người dùng Giao diện Proteus Hình 2.2 Giao diện Proteus Giao diện chương trình Visual Studio Hình 2.3 Giao diện Visual Studio 16 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp 2.5 Mơ Kết nối cổng COM Hình 2.4 Kết nối cổng Com Nhiệt độ mức 200C thực tế Hình 2.5 Nhiệt độ mức 20◦C 17 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp Nhiệt độ mức 200C máy tính Hình 2.6 Hiển thị máy tính 20 0C Cơ chế bật tắt quạt + Vì nhiệt độ thực tế có thay đổi nhanh nên nhóm cài đặt (nhi ệt độ đo được) ND_DC > ND_đặt + => Quạt quay , đèn báo tín hiệu sáng + ND_DC < ND đặt -2 => quạt tắt, đền báo tín hiệu tắt Nên nhiệt độ 300C = ND_đặt quạt chưa hoạt động Hình 2.7 Quạt chưa hoạt động mức nhiệt bắng với nhiệt độ đặt 18 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp Quạt hoạt động với điều kiện: ND_DC > ND_đặt + Hình 2.8 Quạt hoạt động điều kiện ND_DC > ND_đặt + Quạt tắt nhiệt độ với điều kiện: ND_DC < ND đặt – Hình 2.9 Quạt hoạt động điều kiện ND_DC < ND đặt – 19 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp Thay đổi nhiệt độ đặt mức 250C Hình 2.10 Nhiệt độ đặt 25◦ C Vì lúc ND_DC > ND_đặt + nên quạt quay, đền báo tín hiệu sáng Nhấn nút Reset trở nhiệt độ đặt ban đầu Hình 2.11 Reset cài đặt 20 Khoa Điện – Điện Tử UTH Tự Động Hố Cơng Nghiệp CHƯƠNG KẾT LUẬN Các kết đạt - Với nhiệt độ mức 20 kết hiển thị máy tính 20.02 o C o C - Với nhiệt độ mức -15 độ C kết hiển thị -15.14 - Quạt bật, tắt với điều kiện lập trình Sai số nguyên nhân sai số mạch đo − Sai số mô khoảng > 0.7 % giá trị nhiệt độ đo − Giá trị nhiệt độ đặt lớn độ xác cao nhi ệt đ ộ dương va nhỏ với nhiệt độ âm Kết luận chung Sau thời gian tìm hiểu với kiến thức có mơn đo l ường hướng dẫn Thầy Lưu Hoàng Minh nhóm chúng em hồn thành tập lớn đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát nhi ệt độ” Mặc dù cố gắng việc nghiên cứu th ực đồ án, thời gian hiếu biết chung em hạn chế nên đồ án d ừng lại mức độ mô hiểu biết, mà chưa kịp triển khai ứng dụng vào thực tế việc cần thêm nhiều thời gian kiến th ức hiểu biết lĩnh vực công nghệ khác Đồng th ời, đ án ch ắc chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, nên chúng em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn! 21 ... Tử UTH Tự Động Hoá Công Nghiệp CHƯƠNG KẾT LUẬN Các kết đạt - Với nhiệt độ mức 20 kết hiển thị máy tính 20.02 o C o C - Với nhiệt độ mức -15 độ C kết hiển thị -15.14 - Quạt bật, tắt với điều kiện... thành tập lớn đề tài: ? ?Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát nhi ệt độ? ?? Mặc dù cố gắng việc nghiên cứu th ực đồ án, thời gian hiếu biết chung em hạn chế nên đồ án d ừng lại mức độ mô hiểu biết,... động Hình 1.2 Aduino Chi tiết phần cứng Aduino  Cổng nối tiếp (Serial port) cổng thơng dụng máy tính máy tính truyền thống dùng kết nối thi ết bị ngoại vi với máy tính như: bàn phím, chuột điều