(Tiểu luận) thiết kế và thi công mạch đo áp suất đồ án hệ thống nhúng kĩ thuật điều khiển và tự động hóa

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NGUYỄN TRUNG KIÊN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NGUYỄN TRUNG KIÊN – 41900444 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Người hướng dẫn TS Võ Hồng Duy THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 i GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Võ Hoàng Duy, Th.s Nguyễn Thành Quang trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành đồ án lần Em xin trân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Tác giả ii GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học TS.Võ Hoàng Duy Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, Đồ án hệ thống nhúng sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung Đồ án hệ thống nhúng Trường Đại học Tôn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Tác giả (ký tên ghi rõ họ tên) iii GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự – Hạnh phúc - LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Trung Kiên Lớp : 19040302 MSSV: 41900444 Tên đề tài: Đo áp suất khơng khí sử dụng pic16f877a Tuần/Ngày Kiểm tra kỳ Khối lượng Đã thực Tiếp tục thực GVHD ký Đánh giá khối lượng hồn thành…… % tiếp tục/khơng tiếp tục thực ĐATN iv GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Nộp Đồ án tốt Đã hoàn thành…… % Đồ án tốt nghiệp nghiệp bảo vệ/không bảo vệ ĐATN v GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT ĐO ÁP SUẤẤT KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG PIC16F877A TĨM TẮT Đồ án sử dụng cảm biến áp suất khơng khí BMP180 vi điều khiểu PIC16F877A hiển thị LCD giúp ta dễ dàng quản lí , phân tích liệu cách nhanh chóng vi GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT MEASURE AIR PRESSURE USING PIC16F877A ABSTRACT The project uses air pressure sensor BMP180 and microcontroller PIC16F877A LCD display to help us easilt manage and analyze data quickly vii GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ x CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .1 1.1 Giới thiệu đề tài .1 1.2 Mục đích nghiên cứu .1 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu .1 1.5 Dự kiến kết CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG .2 2.1 Sơ đồ khối hệ thống .2 2.1.1 Khối cảm biến 2.1.2 Khối điều khiển .3 2.1.3 Khối hiển thị 2.1.4 Khối nguồn .6 2.1.5 Khối cấp xung 2.2 Sơ đồ nguyên lí tổng quát 2.3 Thiết kế mô hình CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 10 3.1 Hoạt động hệ thống .10 3.2 Lưu đồ giải thuật vi điều khiển .10 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 11 4.1 Tiến trình thực nghiệm 11 4.2 Kết thực nghiệm 11 4.3 Kết luận thực nghiệm 12 CHƯƠNG KẾT LUẬN .12 5.1 Ưu điểm 12 5.2 Nhược điểm 12 viii GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT TÀI LIỆU THAM KHẢO 13 PHỤ LỤC 14 DANH MỤC HÌ HÌNH 1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG HÌNH 2: CẢM BIẾN BMP180 .2 HÌNH 3: BMP180 TRONG MÔ PHỎNG .3 HÌNH 4: PIC16F877A HÌNH 5: PIC16F877A TRONG MÔ PHỎNG HÌNH 6: LCD16X2 HÌNH 7: LCD 16X2 TRONG MÔ PHỎNG HÌNH 8: LM7805 HÌNH 9: LM7805 TRONG MƠ PHỎNG .9 HÌNH 10: THẠCH ANH .10 HÌNH 11: THẠCH ANH TRONG MƠ PHỎNG 11 HÌNH 12: MẠCH NGUYÊN LÍ 11 HÌNH 13: MẠCH IN 12 YHÌNH 1: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 13Y HÌNH 1: MẶT TRƯỚC MƠ HÌNH 14 HÌNH 2: MẶT SAU MƠ HÌNH 15 HÌNH 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 15 ix GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 5: PIC16F877A TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Bộ xử lí trung tâm Cấu trúc vi điều khiển Bộ nhớ chương trình RAM (bytes) EEPROM/HEF Tổng chân vi điều khiển Tốc độ xử lí tối đa Chọn chân ngoại vi (PPS) Bộ tạo dao động bên Số so sánh Số opamp Số kênh chuyển đổi tương tự( ADC) Độ phân giải ADC tối đa ADC với tính tốn Số chuyển đổi kĩ thuật số(DAC) PIC bit 14 Kbyte 368 256/HEF 40 chân 20MHz Không Không Không 14 10 bit Khơng GVHD: TS Võ Hồng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Độ phân giải DAC tối đa Tham chiếu điện áp nội Zero Cross Detect Số định thời bit Số định thời 16 bit Bộ định thời đo tín hiệu Bộ định thời giới hạn phần cứng Số đầu PWM Độ phân giải PWM tối đa Bộ định thời góc Bộ tăng tốc tốn học Số module UART Số module SPI Số module I2C Số module USB Bộ định thời giám sát có cửa sổ (WWDT) CRC/Scan Bộ tạo dao động điều khiển số Cap Touch Channels LCD phân đoạn Mức nhiệt hoạt động Mức nhiệt hoạt động max Mức điện áp hoạt động Mức điện áp hoạt động max Điện áp cao 2.1.3 Có Khơng 0 10 Không Không 1 Không Không 11 -40 ĐỘ C 125 ĐỘ C 2V 5.5 V Không Khối hiển thị Chức : Hiển thị kết đo lường Linh kiện : LCD16X2 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 6: LCD16X2 HÌNH 7: LCD 16X2 TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật : GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Điện áp max Điện áp Dải điện áp hoạt động ổn định Điện áp mức max Điện áp mức Dải dòng cấp nguồn ổn định Dải nhiệt hoạt động ổn định 2.1.4 7V 0,3V 2.7-5.5V 2.4 0.4V 350uA - 600uA - 30 - 75 độ C Khối nguồn Chức năng: Cung cấp nguồn ni mạch Linh kiện : LM7805 HÌNH 8: LM7805 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 9: LM7805 TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Điện áp đầu vào vào max Điện áp đầu ổn định Dòng điện đầu nguồn Dòng điện tĩnh thấp 2.1.5 35V DC 5V 1.5A 8mA Khối cấp xung Chức : Cung cấp xung nhịp ( tạo tần số ) cho vi điều khiển Linh kiện : Thạch anh GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 10: THẠCH ANH HÌNH 11: THẠCH ANH TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Thạch anh 20MHz 10 GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 0 Tieu luan HÌNH 3: BMP180 TRONG MƠ PHỎNG Thông số kĩ thuật: Điện áp đầu vào Công suất tiêu thụ Giao tiếp chuẩn Tốc độ xử lí I2C tối đa Độ nhiễu thấp Dải đo áp suất Khối lượng Kích thước 1.8~~3.6V 0.5uA 1Hz I2C 3.5MHz 0.02hPa 300hPa - 1100hPa 1.18g 18mm x 21mm GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 2.1.2 Khối điều khiển Chức năng: Xử lí tín hiệu Linh kiện : PIC16F877A HÌNH 04: PIC16F877A Tieu luan GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT HÌNH 5: PIC16F877A TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật: Bộ xử lí trung tâm Cấu trúc vi điều khiển Bộ nhớ chương trình RAM (bytes) EEPROM/HEF Tổng chân vi điều khiển Tốc độ xử lí tối đa Chọn chân ngoại vi (PPS) Bộ tạo dao động bên Số so sánh Số opamp Số kênh chuyển đổi tương tự( ADC) Tieu PIC bit 14 Kbyte 368 256/HEF 40 chân 20MHz Không Không Không 14 luan Độ phân giải ADC tối đa ADC với tính tốn Số chuyển đổi kĩ thuật số(DAC) 10 bit Không GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT Độ phân giải DAC tối đa Tham chiếu điện áp nội Zero Cross Detect Số định thời bit Tieu Có Khơng luan Số định thời 16 bit Bộ định thời đo tín hiệu Bộ định thời giới hạn phần cứng Số đầu PWM Độ phân giải PWM tối đa Bộ định thời góc Bộ tăng tốc toán học Số module UART Số module SPI Số module I2C Số module USB Bộ định thời giám sát có cửa sổ (WWDT) CRC/Scan Bộ tạo dao động điều khiển số Cap Touch Channels LCD phân đoạn Mức nhiệt hoạt động Mức nhiệt hoạt động max Mức điện áp hoạt động Mức điện áp hoạt động max Điện áp cao 0 10 Không Không 1 Không Không 11 -40 ĐỘ C 125 ĐỘ C 2V 5.5 V Không 2.1.3 Khối hiển thị Chức : Hiển thị kết đo lường Linh kiện : LCD16X2 GVHD: TS Võ Hồng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 0 Tieu luan HÌNH 6: LCD16X2 HÌNH 7: LCD 16X2 TRONG MƠ PHỎNG Thơng số kĩ thuật : GVHD: TS Võ Hoàng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ... THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT TỔNG LIÊN ĐO? ?N LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ NGUYỄN TRUNG KIÊN – 41900444 THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT ĐỒ ÁN HỆ... CHƯƠNG THI? ??T KẾ VÀ THI CƠNG GVHD: TS Võ Hồng Duy Sinh viên: Nguyễn Trung Kiên 0 Tieu luan ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ÁP SUẤT 2.1 Sơ đồ khối hệ thống HÌNH 1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 2.1.1... Vi điều khiển PIC16F877A  Cảm biến áp suất bmp180  Ngôn ngữ CCS 1.4 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi đồ án đo áp suất giải 300hPa tới 1100hPa 1.5 Dự kiến kết Thi? ??t bị đo áp suất cỡ nhỏ CHƯƠNG THI? ??T