Đồ án ii thiết kế mạnch giám sát và điều khiển thiết bị sử dụng vi điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-THÔNG TIN ĐỒ ÁN II THIẾT KẾ MẠNCH GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Xuân Hùng Sinh viên thực : Trần Thế Hải _K22E Vũ Văn Hà _K22E Vũ Ngọc Hải _K22E Vũ Minh Hiến _K22E Đồ án II Đồ án II LỜI NÓI ĐẦU Ngày ngành kỹ thuật điện tử có vai trị quan trọng sống người Các hệ thống điện tử ngày đa dạng thay công việc hàng ngày người từ công việc đơn giản đến phức tạp điều khiển tín hiệu đèn giao thông, biển quảng cáo, đo tốc độ động hay đồng hồ số Các hệ thống thiết kế theo hệ thống tương tự, hệ thống số dùng vi điều khiển Tuy nhiên hệ thống điện tử thông minh người ta thường sử dụng vi điều khiển hệ thống tương tự hay hệ thống sốbởi số ưu điểm vượt trội mà vi điều khiển mang lại là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt vận hành Để làm điều phải có kiến thức vi điều khiển, hiểu cấu trúc chức Đồ án II LỜI CẢM ƠN Qua đồ án này, nhóm em xin cảm ơn đến Thầy TS Vũ Xuân Hùng giúp đỡ cho chúng em suốt q trình hồn thành đồ án Giúp chúng em hiểu rõ mạch Arduino, cách thiết kế mạch, chạy code hay biết nhiều ứng dụng hay mạch Arduino Ngồi ra, nhờ hướng dẫn nên chúng em hoàn thành báo cáo , hiểu số trình làm công đoạn thiết kế, mô phỏng, sơ đồ nguyên lý hoạt động tính chất cụ thể linh kiện Qua giúp chúng em tiến có bước đầu hiểu mạch điện tử Thơng qua đồ án, chúng em tích lũy học kinh nghiệm thực tế có cho việc học tập cơng việc chúng em sau Bên cạnh cịn có nhiều mặt hạn chế lần đầu tiếp xúc với linh kiện điện tử thực tế kỹ yếu nên dẫn đến sản phẩm nhiều khuyết điểm, mông cô thông cảm bỏ qua cho chúng em Một lần nhóm chúng em xin chân thành cảm đến thầy TS Vũ Xuân Hùng giúp đỡ nhóm em hồn thành đồ án Đồ án II MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề .7 1.2 Khảo sát vấn đề: .7 1.3 Các vấn đề cần giải toán : 1.4 Giải pháp: .8 1.5 Mục đích đề tài .8 1.6 Nguyên lý đo nhiệt độ 1.7 Bố cục đồ án CHƯƠNG II: HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 .11 2.1 Sơ lược vi xử lý vi điều khiển 11 2.1.1 Bộ vi điều khiển vi xử lý đa .11 2.1.2 Ưu nhược điểm vi điều khiển .12 2.2 Cấu trúc chíp vi điều khiển 8051 13 2.2.1 Sơ đồ khối vi điều khiển chức .13 2.2.2 Tổ chức nhớ 8051 20 2.2.3 Các đặc trưng bật họ 8051 24 2.2.4 Các chân 8051 25 2.2.5 Các ghi họ 8051 .29 CHƯƠNG III: CẢM BIẾN NHIỆT LM35 – BỘ BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ SANG SỐ ADC 0804 36 A CẢM BIẾN NHIỆT LM35 36 3.1 Cấu tạo LM35 .36 3.2 Dải nhiệt độ thay đổi trở kháng theo nhiệt độ LM35 37 3.3 Các cảm biến nhiệt họ LM35 38 B BỘ BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ - SỐ ADC0804 40 3.4: Sơ đồ chân ADC0804 40 Đồ án II 3.5: Phân chia thời gian cho trình chuyển đổi tín hiệu 43 3.6: Ghép nối LM35 với ADC0804 47 3.7: Một số linh kiện hỗ trợ việc thiết kế điều khiển mạch khác 48 3.7.1 Công tác điện tử C1815 48 3.7.2 IRF 540 49 3.7.3 Led 49 3.7.4 Quạt tản nhiệt 50 CHƯƠNG IV: KHẢO SÁT, THIẾT KẾ BÀI TOÁN 51 4.1 Nhiệm vụ thiết kế 51 4.2 Chức khối .51 4.3 Sơ đồ khối .52 4.4 Sơ đồ thuật toán 53 4.5 Phần mềm mô 54 4.5.1: Giới thiệu phần mềm Proteus 54 4.5.2 Các thành phần chương trình 55 4.5.3 Sơ đồ nguyên lý .57 4.5.4 Hình ảnh mơ mạch chạy .58 4.6 Phần mềm lập trình Code lập trình 59 4.6.1 Ngơn ngữ lập trình C 59 4.6.2 Chương trình đo và điều khiển nhiệt đợ của thiết bị 61 4.7 Mạch chạy .67 KẾT LUẬN .68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 Đồ án II DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Hệ vi xử lý đa 11 Hình 2.2: Chíp vi điều khiển 12 Hình 2.3: Sơ đồ khối vi xử lý 8051 13 Hình 2.4: Nguồn xung clock 19 Hình 2.5: Cấu trúc nhớ 8051 21 Hình 2.6: Bộ nhớ chương trình 8051 22 Hình 2.7: Bộ nhớ liệu RAM 8501 .24 Hình 2.8: Hình ảnh sơ đồ chân 8051 25 Hình 2.9: Mạch tạo dao động dùng cổng lô-gic 28 Hình 2.10: Bảng lựa chọn ghi .29 Hình 2.11: Bảng chọn chế độ định thời 30 Hình 3.1: Sơ đồ chân LM35 .36 Hình 3.2: Hình ảnh thật LM35 37 Hình 3.3: Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt độ 38 Hình 3.4: Hướng dẫn chọn loạt cảm biến nhiệt họ LM35 38 Hình 3.5: Sơ đồ khối cảm biến nhiệt độ 39 Hình 3.6: Sơ đồ chân ADC0804 .40 Hình 3.7: Sơ đồ kết nối ADC 0804 chế độ chạy tự .42 Bảng 3.8: Điện áp Vref/2 liên hệ với dải Vin 42 Hình 3.9: Phân chia thời gian đọc ghi ADC0804 44 Hình 3.10: Sơ đồ mạch biến đổi ADC 47 Hình 3.11: Sơ đồ thời gian hoạt động ADC0804 .47 Hình 3.12: Sơ đồ hoạt động chân ngắt .48 Hình 3.13: Cơng tác điện tử C1815 48 Hình 3.14: IRF 540 49 Hình 3.15: Led Anot chung 49 Đồ án II LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển nghành vi điện tử, kỹ thuật số hệ thống điều khiển dần tự động hóa Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lý, vi mạch số, vi điều khiển… tích hợp vào bên chip nên ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển khí thơ sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Trong xã hội nhìn chung tai nạn cháy, nổ thường xảy nhà máy, xí nghiệp, trung tâm tai nạn gây thiệt hại lớn người cải Vì để đảm tính mạng cho người cải vật chất khu vực dễ xảy cháy cần phải có thiết bị đo nhiệt độ mơi trường, thiết bị có chức đo nhiệt độ mơi trường, đồng thời có khả báo động điều khiển hệ thống chữa cháy nhiệt độ môi trường đạt đến ngưỡng nhiệt độ ấn định trước Với tích lũy tích lũy mơn học vi điều khiển, Em nhận thấy rằng: Ứng dụng vi điều khiển 8051 vào việc đo khống chế nhiệt độ tự động phương pháp tối ưu nhất, nhằm hạn chế tới mức thấp thiệt hại người nhà máy, xí nghiệp, chung cư, chợ,… Đồng thời chấp thuận mơn Kĩ Thuật Máy Tính giáo hướng dẫn cho phép, em tiến hành thực sự dụng vi điều khiển 8051 để xây dựng mạch đo và điều khiển nhiệt độ của thiết bị Đồ án II CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Cùng với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị điện tử đã, tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống xã hội Việc gia công, xử lý tín hiệu điện tử đại dựa sở nguyên lý số Vì thiết bị làm việc dựa sở nguyên lý số có ưu điểm hẳn so với thiết bị làm việc dưạ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt kỹ thuật tính tốn Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ điện tử cho đời nhiều vi mạch số cỡ lớn với giá thành rẻ khả lập trình cao mang lại thay đổi lớn ngành điện tử Mạch số mức độ khác thâm nhập lĩnh vực điện tử thông dụng chuyên nghiệp cách nhanh chóng Các trường kỹ thuật nơi mạch số thâm nhập mạnh mẽ học sinh, sinh viên ưa chuộng lợi ích tính khả thi Vì hiểu biết sâu sắc kỹ thuật số thiếu sinh viên ngành điện tử Nhu cầu hiểu biết kỹ thuật số không riêng người theo chuyên ngành điện tử mà cán kỹ thuật khác có sử dụng thiết bị điện tử 1.2 Khảo sát vấn đề: Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp đời sống nay, vấn đề an tồn cháy nổ ln đặt lên hàng đầu, thiết bị hoạt động liên tục nhiều có thiết bị hoạt động nhiều ngày liền mà không tắt nên bị nóng, độ bền giảm Khi nhiệt độ tăng cao cịn gây cháy nổ ảnh hưởng đến sản xuất, gây thiệt hại lớn kinh tế Nhận thức tầm quan trọng vấn đề nên em tiến hành nghiên cứu “Sự dụng vi điều khiển 8051 để xây dựng mạch đo và điều khiển nhiệt độ của thiết bị ”, với mong muốn giải yêu cầu lấy làm đồ án tốt nghiệp cho Đồ án II 1.3 Các vấn đề cần giải toán : Bài toán thiết kế mạch hiển thị nhiệt độ điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử đặt yêu cầu sau: - Cảm biến nhiệt độ thiết bị cần tản nhiệt, nhiệt độ tăng cao quạt tăng tốc độ quay để tản nhiệt cho thiết bị, nhiệt độ giảm quạt giảm tốc độ quay - Hiển thị nhiệt độ báo xác - Xây dựng mạch chạy 1.4 Giải pháp: Giải pháp đưa để đáp ứng yêu cầu toán: - Sử dụng vi điều khiển 89C51 - Sử dụng cảm biến nhiệt LM35 - Sử dụng chip ADC0804 chuyển đổi từ liệu tương tự sang liệu số - Xây dựng chương trình mơ hoạt động mạch - Xây dựng mạch chạy thị nhiệt độ, tản nhiệt cho thiết bị 1.5 Mục đích đề tài Sự cần thiết, quan trọng tính khả thi lợi ích mạch số lý để em chọn thực đồ án “Sự dụng vi điều khiển 8051 để xây dựng mạch đo và điều khiển nhiệt độ của thiết bị” nhằm ứng dụng kiến thức học vào thực tế Sử dụng IC cảm biến nhiệt (LM35) kết hợp với vi xử lý ADC0804 đưa liệu nhị phân vào vi điều khiển 89C51 , 89C51 có nhiệm vụ điều khiển việc chuyển đổi ADC0804 hiển thị liệu lên LED (nhiệt độ thiết bị điện tử), nhiệt độ tăng cao, 89C51 thực chương trình tăng tốc độ quay cho quạt 89C51 nhận ngắt thực chương trình ngắt thiết bị Mục đích u cầu đề tài sau:  Mạch hiển thị nhiệt độ cách xác  Khi nhiệt độ tăng cao quạt tản nhiệt quay nhanh để tản nhiệt cho thiết bị  Thực tắt thiết bị nhiệt độ không nằm mức cho phép 10 ... giúp cho vi? ??c làm mạch thật diễn thuật lợi 12 Đồ án II CHƯƠNG II: HỌ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 2.1 Sơ lược vi xử lý vi điều khiển 2.1.1 Bộ vi điều khiển vi xử lý đa Nói đến vi xử lý ta nói đến vi xử lý... gian sử dụng hạn chế Các vi điều khiển ngày ứng dụng rộng rãi thiết bị gia đình, thiết bị văn phịng, thiết bị tự động 13 Đồ án II CPU I/O RAM ROM Timer Cổng COM nối tiếp Hình 2.2: Chíp vi điều khiển. .. lược vi xử lý vi điều khiển 11 2.1.1 Bộ vi điều khiển vi xử lý đa .11 2.1.2 Ưu nhược điểm vi điều khiển .12 2.2 Cấu trúc chíp vi điều khiển 8051 13 2.2.1 Sơ đồ khối vi điều