Thiết kế và thi công hệ thống điều khiển nhiệt độ

Đỗ Văn Đạt Hệ thống điều khiển nhiệt độ B GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: Thiết kế thi công hệ thống điều khiển nhiệt độ Sinh viên thực hiện: ĐỖ VĂN ĐẠT Giáo viên hướng dẫn: NGUYN VN DNG Đỗ Văn Đạt Hệ thống điều khiĨn nhiƯt ®é LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, ngành kỹ thuật điện tử công nghệ thông tin tiến không ngừng Chúng ngày phát triển ứng dụng tất mặt đời sống Các thiết bị điện tử dùng Vi Điều Khiển sử dụng rộng rãi khắp ứng dụng tự động Nó giúp cơng việc giải trí Các Vi Điều Khiển ngày đại, tốc độ xử lý nhanh hơn, có ứng dụng rộng Một ứng dụng quan trọng Vi Điển Khiển dùng đo lường điều khiển Nhờ loại cảm biến, ứng dụng đo lường Vi Điều Khiển không giới hạn đại lượng điện mà mở rộng tín hiệu khơng phải điện Sử dụng Vi Điều Khiển thu thập đại lượng cần đo dễ dàng hơn, xử lý đại lượng đưa kết mong muốn Với tầm quan trọng đo lường Vi Điều Khiển nên, em nhận đề tài làm đồ án tốt nghiệp để nghiên cứu, hiểu biết thêm Vi Điều Khiển ứng dụng hay sống thường ngày Trong trình làm đồ án tốt nghiệp, hạn chế thời gian, tài liệu trình độ có hạn nên khơng tránh khỏi có thiếu sót Em mong đóng góp ý kiến thầy cô bạn để đồ án tt nghip ca em c hon thin hn Đỗ Văn Đạt Hệ thống điều khiển nhiệt độ Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Khoa Điện-Điện tử, đặc biệt thầy Nguyễn Văn Dương giúp đỡ em hoàn thành tốt đồ án Hải phòng, tháng năm2009 Sinh viên thực ĐỖ VĂN ĐẠT Mục lục Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 1.1 Bộ vi điều khiển 8051 1.2 Bộ vi điều khiển 8052 13 1.3 Bộ vi điều khiển 8031 13 Chương 2:VI ĐIỀU KHIỂN PIC16F877A 15 2.1 Tổng quan thiết bị .15 2.1.1 Hình dạng bố trí chân Pic16F877A 15 2.1.2 Đặc tính bật xử lý 15 2.1.3 Sơ đồ khối vi điều khiển Pic16F877A 16 2.2 Mô tả chân chc nng ca Pic16F877A 17 Đỗ Văn Đạt Hệ thống điều khiển nhiệt độ 2.3 T chc nhớ 19 2.3.1 Tổ chức nhớ chương trình Flash 19 2.3.2 Tổ chức nhớ liệu RAM 21 2.3.3 Bộ nhớ liệu EEPROM 24 2.3.4 Đọc ghi vào nhớ liệu EEPROM 16 2.3.5 Đọc ghi chương trình FLASH 26 2.4 Cổng vào 26 2.4.1 Cổng A ghi TRISA 27 2.4.2 Cổng B ghi TRISB 28 2.4.3 Cổng C ghi TRISC 29 2.4.4 Cổng D ghi TRISD 31 2.4.5 Cổng E ghi TRISE .31 2.5 Các Timer chip 33 2.5.1 Bộ Timer0 33 2.5.2 Bộ Timer1 36 2.5.3 Bộ Timer2 39 2.6 Bộ chuyển đổi tương tự sang số 41 2.6.1 Bộ chuyển đổi tương tự sang số .41 2.6.2 Lựa chọn tốc độ chuyển đổi .43 2.7 Các ngắt PIC16F877 44 2.8 So sánh với Vi Điều Khiển 8051 44 Đỗ Văn Đạt Hệ thống điều khiển nhiệt độ Chương 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ 45 3.1 Sơ đồ khối tổng quát 45 3.2 Khối cảm biến 46 3.3 Khối chuyển đổi tương tự sang số 47 3.4 Khối điều khiển 52 3.5 Khối chuyển đổi số sang tương tự 52 3.6 Khối điều khiển thyristor .54 3.6.1 Sơ đồ cấu trúc 54 3.6.2 Nguyên tắc điều khiển .55 3.6.3 Sơ đồ nguyên lý 56 3.7 Khối hiển thị LCD 57 3.7.1 Các chân chức 58 3.7.2 Sơ đồ khối HD44780 59 3.7.3 Tập lệnh LCD 63 3.8 Sơ đồ mạch hệ thống điều khiển nhiệt độ 69 3.9 Phần mềm điều khiển 70 3.9.1 Lưu đồ thuật toán .70 3.9.2 Chương trình 72 Kờt luõn 77 Đỗ Văn Đạt Hệ thống ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é Tài liệu tham khảo 78 Đỗ Văn Đạt HƯ thèng ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é Chương TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN Có vi điều khiển bit Đó 6811 Motorola, 8051 Intel, z8 Xilog Pic 16 Microchip Technology Mỗi kiểu loại có tập lệnh ghi riêng nhất, chúng khơng tương thích lẫn Cũng có vi điều khiển 16 bit 32 bit sản xuất hãng sản xuất chíp khác Với tất vi điều khiển khác tiêu chuẩn để lựa chọn vi điều khiển là: *) Đáp ứng nhu cầu tính tốn toán cách hiệu mặt giá thành đầy đủ chức nhìn thấy Trong phân tích nhu cầu dự án dựa vi điều khiển phải biết vi điều khiển bit, 16 bit hay 32 bit đáp ứng tơt nhu cầu toán cách hiệu Nhứng tiêu chuẩn là: - Tốc độ: tốc độ lớn mà vi điều khiển hỗ trợ lạ - Kiểu đóng vỏ: Đóng vỏ kiểu DIP 40 chân hay QFP Đây yêu cầu quan trọng yêu cầu không gian, kiểu láp ráp tạo mẫu thử cho sản phẩm cuối - Công suất tiêu thụ: Điều đặc biệt khắt khe sản phẩm dùng pin, ắc quy - dung lượng nhớ Rom Ram chíp - Số chân vào v b nh thi trờn chớp Đỗ Văn Đạt Hệ thống điều khiển nhiệt độ - Kh nng dễ dàng nângh cấp cho hiệu suất cao giảm công suất tiêu thụ - Giá thành cho đơn vị: Điều quan trọng định giá thành sản phẩm mà vi điều khiển sử dụng *) Cóp sẵn cơng cụ phát triển phần mềm trình biên dịch, trình hợp ngữ gỡ rối *) Nguồn vi điều khiển có sẵn nhiều tin cậy Khả sẵn sàng đáp ứng số lượng tương lai Hiện vi điều khiển bit họ 8051 có số lượng lớn nhà cung cấp đa dạng Intel, Atmel, Philip… 1.1 Bộ vi điều khiển 8051 Vào năm 1981 hãng Intel giới thiệu số vi điều khiển gọi 8051 Bộ vi điều khiển có 128 byte RAM, 4K byte ROM chíp, hai định thời, cổng nối tiếp cổng (đều rộng bit) vào tất đặt chíp Lúc coi ‘hệ thống chíp’ 8051 xử lý bit có nghĩa CPU có thẻ làm việc với bit liệu thời điểm Dữ liệu lớn bit chia thành liệu bit xử lý 8051 có tất cổng vào I/O cổng rộng bit (hình vẽ) Mặc dù 8051 có ROM chíp cực đại 64Kbyte, nhà sản xuất lúc xuất xưởng với 4Kbyte Rom chíp 8051 trở nên phổ biến sau Intel cho phép nhà sản xuất khác sản xuất bán dạng biến thể 8051 HƯ thèng ®iỊu khiĨn nhiệt độ Đỗ Văn Đạt m h thớch vi iu kiện họ phải để lại mã tương thích với 8051 Điều dẫn đến đời nhiều phiên 8051 với tốc độ khác dung lượng Rom chíp khác Điều quan trọng có nhiều biến thể khác 8051 tốc độ dung lượng nhớ ROM chíp tất chúng tương thích với 8051 ban đầu lệnh Điều có nghĩa ta viết chương trình cho phiên chạy với phiên khác mà khơng phân biệt từ hãng sản xuất Bảng 1.1 Các đặc tính 8051 Đặc tính ROM chíp 4Kbyte RAM 128 byte Bộ định thời Các chân vào 32 Cổng nối tiếp Nguồn ngắt EXTERNAL Bộ vi điều INTERRUPTS Số lượng khiển 8051 thành viên họ 8051, hãng ETC INTERRU PT CONTROL ON - CHIP RAM TIMER I/O PORTS SERIAL PORT P P P P ADDRESS/ TXD RXD COUNTER INPUTS Intel ký hiệu MSC51 Bảng đặcTIMER tính họ 8051 CPU OSC BUS CONTRO L HƯ thèng ®iỊu khiĨn nhiƯt độ Đỗ Văn Đạt Hỡnh 1.1 B trớ bờn 8051 Mơ tả chân 8051như hình 1.2 Các thành viên họ 8051( ví dụ 8751, 89C51, DS5000) có kiểu đóng vỏ khác nhau, chẳng hạn hai hàng chân DIP dạng vỏ dẹp vuông QFP dạng chip khơng có chân đỡ LLC chúng có 40 chân cho chức khác vào I/O, đọc RW , ghi WR , địa chỉ, liệu ngắt Cần lưu ý số hãng cung cấp phiên 8051 có 20 chân với số cổng vào cho ứng dụng yêu cầu thấp Tuy nhiên, hầu hết nhà phát triển sử dụng chíp đóng vỏ Vcc mô tả phiên P1.0DIP 1nên ta tập 40 chung 40 chân với hai hàng chân P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (RXD) P3.0 (TXD) P3.1 (NT0) P3.2 (NT1) P3.3 (T0) P3.4 (T1) P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7 XTAL2 XTAL1 GND 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 39 38 37 8051 (8031) 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 P0.0 (AD0) P0.1 (AD1) P0.2 (AD2) P0.3 (AD3) P0.4 (AD4) P0.5 (AD5) P0.6 (AD6) P0.6 (AD6) EA/CPP ALE/PROG PSEN P2.7 (A15) P2.6 (A14) P2.5 (A13) P2.4(A12) P2.3 (A11) P2.2 (A10) P2.1 (A9) P2.0 (AB) 10