Thiết kế bộ đo và khống chế nhiệt độ hiển thị trên máy tính

Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNHN – KHOA ĐIỆN TỬ ========****======== BÁO CÁO MÔN: VI ĐIỀU KHIỂN Đề Tài: Thiết kế bộ đo và khống chế nhiệt độ hiển thị trên máy tính. Giáo viên hướng dẫn: Vũ Thị Thu Hương Nhóm thực hiện: Nguyễn Văn Hà ( 0341050467) Đào Bỏ Cảnh Đinh Văn Khoản Lớp: Điện tử 3 – K3 Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 1 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 ========== Hà Nội Tháng 6/ 2011 =========== Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 2 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn Mục lục Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 3 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn 1 Mục luc 3 Phần I: Giới thiệu đề tài 1. Đặt vấn đề 4 2. Mục đích thực hiện đề tài 4 3. Phương hướng giaØ quyết 5 Phần II: Nội dung 6 1.Cơ sở lý thuyết chung Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 4 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 6 2.Quy trình thiết kế bài toán thực tế 8 Phần III: Ưu nhược điểm,ứng dụng và hướng phát triển 26 Phần IV: Tài liệu tham khảo 27 Phần i: giới thiệu đề tài 1.Đặt Vấn Đề: Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 5 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 Ngày nay với sự phát triển của nghµnh vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần được tự động hóa, Với những kỹ thuật tiến tiến như vi xử lý, vi mạch số … được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ , với tốc độ xử ló chậm chạm ít chính xác được thay thỊ bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay . vÖc đo và khống chế nhiệt tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều phương pháp để nghiên cứu khỏa sát vi điều khiªnt 8051 nhóm thực hiện nhận thấy rằng : ứng dụng vi điều khiªnt 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phương pháp tối ưu nhất. Vì vậy nhóm chúng em tiến hành thực hiện việc khảo sát và ứng dụng vi điều khiển vào mạch đo và khống chế nhiệt độ. 2.Mục đích thực hiện đề tài: Nếu nh những kiến thức ký thuyết là điều kiện cần thì thực hành lắp ráp mạch thật là điều kiện đủ. Nó đem lại rất nhiều lợi ích cho chúng em: -Chúng em có thẻ đưa những kiến thức lý thuyết khô khan vào thực tế để có thể đánh giá một cách khách quan cơ sở lý thuyết. -Từ những gì chúng ta đã làm được tư đó rót ra những kinh nghiệm cho quá trình làm lần sau và xa hơn là các quá trình sản xuất công nghiệp sau này. -Để làm được một mạch thật hoàn chỉnh chúng em phảI trảI qua rất nhiều khâu. Qua đây chúng em có một cách nhìn tổng quát cho một dây chuyền sản xuất các ứng dụng của ngành điện tử. Chính những lợi ích đó cũng là những mục đích mà nhóm sinh viên chúng em mong muốn đặt được. 3.Phương Hướng Giải Quyết: Để thực hiện được các chức năng trên hệ thống được chia thành hai phần là cứng và phần mềm với các giải pháp giải quyết nh sau: Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 6 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 a)Giải pháp phần cứng: Phần cứng được xây dùng trên cơ sở giao tiếp với máy tính qua cổng COM nên tốc độ truyền dữ liệu cũng rất cao. Tuy nhiên, có một khó khăn duy nhất khi giao tiếp với máy tính là mức logic ở bộ vi điều khiển và ở cổng COM của máy tính khác nhau. Để khắc phục điều nay chúng ta sử dụng vi mạch MAX232 nhằm chuyển đổi mức điện áp giữa hai chuẩn. Do vậy chức năng chính của phần cứng bao gồm các khối sau: -Bộ phận lấy tín hiệu cần khảo sát đó là nhiệt độ môi trường thông qua cảm biến LM35. -Bộ phận chuyển đối tương tự sang số, đưa vào vi xử lý. -Bộ phận xử lý tín hiệu số và xuất ra cổng nối tiếp. -Bộ phận truyền thông với máy tính. -Ngoài ra còn có một khối điều khiển và hiển thị nh Nút NhÂn và LED. b).Giải Pháp Phần Mềm: Phần mềm đo và điều khiển nhiệt độ hiển thị bằng tiện ích của Windows dựa trên phần cứng hệ thống và cấu trúc máy tính. Chương trình phần mềm thực hiện giao tiếp với người dùng và giao tiếp với phần cứng Phần II. Nội dung Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 7 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 I.Cơ sở lý thuyết chung : Để thực hiện phép đo của một đại lượng đại lượng nào đó thì tùy thuộc vào dặc tính của đại lượng cần đo, điều kiện đo cũng nh độ chính xác theo yêu cầu cơ sá của hệ thống đo lường khác nhau . 1.Sơ đồ của một hệ thống đo lường tổng quát 1.1 Cảm biến nhiệt: Dựng để đo nhiệt độ 1.2.Khối chuyển đổi: Làm nhiệm vụ nhận trực tiếp các đại lượng vất lý đặc trưng cần đo và biến đổi thành các đại lượng vật lý thống nhất (dòng điện hay điện áp) để tính toán cho thuận lợi. 1.3.Vi điều khiển : có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận được từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với các yêu cầu cơ thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thị. 1.4.Khối hiển thị: Nhận tín hiệu từ vdk va hiển thị kết quả đo 2.Hệ thống đo lường số: Đối tượng cần đo là các đại lượng vật lý dựa vào các đặc tính của đối tượng cần đo mà ta chọn loại cảm biến cho phù hợp để biến đổi thông số đại lượng Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện Khối chuyển ®æi A/D Vi điều khiển Hiển thịCảm biến nhiệt 8 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 vật lý cần đo thành đại lượng điện, sau đó đưa vào các mạch chế biến tín hiệu ( gồm: cảm biến, hệ thống khuªch đại, xử lý tín hiệu) Bộ chuyển đồi sang số ADC làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tượng tự sang số và kết nối với vi x lý. Bộ vi xử lý có nhiệm vụ thực hiện những phép tính và xuất ra những lệnh trên cơ sở trình tự những lệnh chấp hành đã thực hiện trước đó. Bộ dồn kênh tương tự và bộ chuyển ADC được dùng chung cho tất cả các kênh. Dữ liệu nhập vào bọ vi sử lý sẽ có tín hiệu chọn đúng của nó qua quá trình tính toán để sã kết quả của đại lượng cần đo. 3.Các phương pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ là phương thức đo lường điện, đo nhiệt độ được chia thành nhiều dải: +Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ trung bình + Đo nhiệt độ cao Việc đo nhiệt độ được tiến hành nhờ các dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt nh: + Cặp nhiệt điện + Nhiệt kế điện ké lim loại + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh Việc sử dụng cảm biến IC cảm biến nhiệt để đo nhiệt ®él là một phương pháp thông dĩng được nhóm trong bài này, nên ở đây chỉ giới thiệu về IC cảm biến nhiệt độ. 3.1. Nguyên lý hoạt động của IC cảm biến nhiệt độ : IC đo nhiệt là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp. Dah vào đặc tính rất nhạy cảm của các bán dẫn với nhiệt độ , tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối . Đo tín hiệu điện ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo. Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các lỗ trống trong các chất bán dẫn . Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thành dạng tự do di chuyển qua Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 9 Trường Đại học CNHN Khoa Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Lớp Điện Tử 3-K3 vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo ra sự xuất hiện các lỗ trống. Làm cho tư leej điện tư tự do va lỗ trống tăng lên theo qui luật hàm mò với nhiệt độ. II.Quy trình thiết kế bài toán thực tế 1.Phân tích bài toán : Bài toán đặt ra là thiết kế mạch đo và khống chế nhiệt độ . Để thực hiện được điều này thì hệ thống phảI đảm bảo các yêu cầu sau: -Số lượng đầu vào/ra số: -Số ®µu vào/ ra tượng tự: -Số lượng bộ đếm /định thời: -Dung lượng bộ nhớ chương trình: -Bộ nhớ dữ liệu cần thiết : -Giao tiếp với máy tính do đó phải sử dụng truyền thông RS232 2. các khối chức năng : - Cảm biến nhiệt dé : dùng để đo nhiệt độ hiện tại trong lò nhiệt. - Khối biến đổi A/D: có nhiệm vụ số hóa tín hiệu của cảm biến nhiệt để da vào bộ vi điều khiển –là nơi cài đặt thuật toán điều khiển và khống chế nhiệt độ. - Khối vi điều khiển (MCU): có nhiệm vụ thực hiện các chức năng mã hóa hợp thành và giải mã. 3.Nhiệm vụ của từng khối: 3.1. Cảm biến nhiệt: Với nhiệt độ khống chế từ 30 độ đến 130 độ, ta chon sử dụng cảm biến nhiệt dé bán dẫn thông dụng là vi mạch LM35 của hãng National Semiconductor. Vi mạch cảm biến nhiệt LM35có đặc điểm sau: - chuẩn hóa theo thang đo nhiệt độ Cesius; - đầu ra tuyến tính 10mV/C; - Dải điện áp làm việc từ 4V đến 30V; - Dòng tiêu thụ nhỏ cỡ 60 microampe, nên nhiệt tự tỏa rất nhỏ hầu nh không ảnh hưởng đến kết quả đo. Bài Tập Lớn Môn Vi Điều Khiển Nhóm 3 Thực Hiện 10 [...]... Dout l 00000000, vi iu khin nhn c giỏ tr l 0; Khi nhit l 128 C thỡ in ỏp IN+l 1.28V, u ra Dout l 11111111, vi iu khin nhn c giỏ tr tng ng l 255 -Phn giao tip vi vi iu khin: thc hin giao tip vi vi điềukhiển cn cỏc tớn hiu sau : +Tớn hiu chn vi mch bin i tng t s CS_ADC, tớch cc thp., c da t mch gi mó a ch ti Khi CS_ADC=0 thỡ ADC0804 c chn, chun b cho vic c só liu t ADC + Tớn hiu ra lnh cho ADC0804 bt... hc CNHN Khoa Cụng Ngh K Thut in T Lp in T 3-K3 3.3Truyn thụng vi mỏy tớnh qua cng ni tip: B vi diu khin AT89S52 cú kh nng giao tip vi th gii bờn ngoi qua cng ni tip Vn ny duy nht khi giao tip vi mỏy tínhlaf mc logics b vi iu khin v cng COM ca mỏy tớnh khỏc vi nhau, c th nh sau: So sỏnh in ỏp cỏc mc logics gia RS232C v TTl i tng Mc logic Mc in ỏp tng ng Cng COM (Mc RS232) 1 -12 V n -3V 0 +3V n +12V . trình tính toán để sã kết quả của đại lượng cần đo. 3.Các phương pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ là phương thức đo lường điện, đo nhiệt độ được chia thành nhiều dải: +Đo nhiệt độ thấp + Đo nhiệt độ. 8051 vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phương pháp tối ưu nhất. Vì vậy nhóm chúng em tiến hành thực hiện việc khảo sát và ứng dụng vi điều khiển vào mạch đo và khống chế nhiệt độ. 2.Mục. khối điều khiển và hiển thị nh Nút NhÂn và LED. b).Giải Pháp Phần Mềm: Phần mềm đo và điều khiển nhiệt độ hiển thị bằng tiện ích của Windows dựa trên phần cứng hệ thống và cấu trúc máy tính. Chương