Tiểu luận thiết kế hệ thống đo nhiệt độ phòng

Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ .5 1.2 VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG ĐO TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ 1.3 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.3.1 Đặt toán a Đề tài: b Phân tích tốn : c Tóm tắt hướng thực đề tài : 1.4 KẾT LUẬN: CHƯƠNG II: THIẾT KẾ 10 2.1 CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN .10 2.1.1 Vi điều khiển PIG .10 a PIC ? 10 b Các dòng PIC cách lựa chọn vi điều khiển PIC 11 c Cách lựa chọn vi điều khiển PIC phù hợp .11 d Vi điều khiển PIC16F877A 12 2.1.2 Cảm biến đo nhiệt độ LM35 .15 a Giới thiệu cảm biến nhiệt độ LM35: 15 b Đặc điểm LM35 17 c Tính tốn nhiệt độ đo từ cảm biến LM35 17 2.1.3 Màn hình LCD 19 a Màn hình LCD gì? 19 b Các thông số LCD 16×2: 20 Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 2.1.4 Module nguồn .23 2.2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM CCS VÀ LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 23 2.2.1 Giới thiệu CCS .23 a CCS gì? 23 b Cấu trúc chương trình CCS 24 2.2.2 Lập trình cho vi điều khiển 25 a Chức khối: 25 b Lưu đồ thuật toán .26 c Sơ đồ quy trình thiết kế .27 d Viết chương trình 28 2.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN 32 2.3.1 Mô 32 2.3.2 Thiết kế mạch 33 2.4 KẾT LUẬN 34 CHƯƠNG III: THI CÔNG ĐỀ TÀI 35 3.1 CÁC DỤNG CỤ, VẬT LIỆU CẦN THIẾT 35 3.1.1 Các dụng cụ thi công 35 3.1.2 Các vật liệu thi công 36 3.2 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH .39 3.2.1 Thi công 39 3.2.2 Nạp chương trình khiểm nghiệp hệ thống 44 KẾT LUẬN CHUNG 45 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật ngày nay, việc ứng dụng thành tựu khoa học công nghệ vào sống sản xuất ngày trở nên phổ biến Nhờ việc ứng dụng công nghệ tự động vào sản xuất, sức lao động người thay hệ thống máy móc đại, thơng minh Nhờ mà suất lao động tăng lên gấp nghiều lần, vừa tiết kiệm thời gian, sức lao động người mà tạo sản phẩm có chất lượng cao Trong thành phần hệ thống tự động hóa, hệ thống đo lường ln có vai trị quan trọng định nhiều đến kết trình sản xuất Với trình độ khoa học kỹ thuật đại, hệ thống đo không giúp người biết giá trị xác đối tượng cần đo để từ có điều chỉnh cho thích hợp với yêu cầu sản xuất mà tự động làm việc nhờ ứng dụng chương trình lập trình, sử dụng vi điều khiển để tự động hóa xử lý, điều khiển Từ ý tưởng hệ thống đo lường tự động xử lý dựa kết đo, chúng em xin phép giới thiệu đến thầy, cô bạn thiết bị tự động thơng minh nhóm chúng em thiết kế Đó thiết bị đo nhiệt độ, hiển thị, cảnh báo nhiệt độ xuống ngưỡng tự động điều chỉnh quạt nhiệt độ môi trường lên cao mức quy định Thiết bị ứng dụng cảm biến, vi điều khiển, LCD linh kiện khác Với kiến thức học từ học phần Các hệ thống đo Cơ- Điện tử hướng dẫn tận tình thầy, giáo môn Cơ- Điện tử, đặc biệt định hướng dẫn cô Lê Thị Thu Thủy, chúng em hoàn thành đề tài “Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ phịng” Trong q trình thực đồ án này, chúng em cố gắng kiến thức chuyên môn thân hạn hẹp kinh nghiệm làm sản phẩm thật chưa nhiều nên cịn nhiều thiếu sót Chúng em Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 mong nhận ủng hộ, góp ý thầy, cô giáo để chúng em làm tốt đồ án sau Chúng em xin chân thành cảm ơn góp ý thầy bạn! Nhóm sinh viên thực đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi 1.1 MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Tổng hợp sơ đồ nguyên lý sản phẩm Cơ điện tử nhằm thể mô đun cấu thành nên sản phẩm, thấy tích hợp ghép nối thành phần Có thể biểu diễn sơ đồ dạng khối sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Cơ điện tử Trong ý nghĩa khối sau: - Phần công tác: phận phần trực tiếp tạo thao tác công nghệ - Đo lường: modul kết nối đối tượng với điều khiển, tạo tín hiệu phản hồi làm đầu vào cho điều khiển - Mơ hình hóa: modul tạo tín hiệu đặt cho điều khiển Xác định thông số động học động lực học phần công tác, xác định thông số trạng thái phục vụ cho việc viết chương trình điều khiển Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 - Bộ điều khiển: lưu trữ chương trình điều khiển, phát tín hiệu trực tiếp tác động lên khâu chấp hành để điều chỉnh lượng cho phần công tác, giúp cho phần cơng tác thực quy trình cơng nghệ mong muốn - Cơ cấu chấp hành (CCCH): modul tạo nguồn động lực cho phần cơng tác, nhận lệnh điều khiển trực tiếp từ điều khiển - DSP (Digital Signal Processing): Khối xử lý tín hiệu số Qua sơ đồ ta thấy, từ Phần cơng tác (có thể điện, hệ học, máy công cụ, tay máy,…) cách xem xét cấu trúc mối quan hệ động lực học nội đối tượng ta thiết lập phương trình tốn mơ tả hoạt động đối tượng, mơ đun Mơ hình hóa Từ phương trình ta xác định yếu tố động lực học cần thiết để đối tượng thực đầu ý đồ công nghệ Các thông số động lực học lưu trữ Bộ điều khiển dạng tín hiệu đặt phục vụ cho việc hiệu chỉnh hệ thống Khi đối tượng hoạt động, tín hiệu thường giám sát Sensor, Mơ đun đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thơng tin hoạt động Phần cơng tác, tín hiệu thu thường dạng Analog (tương tự) nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (làm việc với tín hiệu Digital) Q trình thực nhờ mơ đun xử lý tín hiệu DSP 1, có q trình gồm chuyển đổi AD (từ tương tự sang số), lọc, điều chế… Dưới tích hợp thành phần bao gồm: Máy tính, Mạch điện tử Vi xử lý, Bộ điều khiển tiến hành so sánh tín hiệu thu với tín hiệu đặt tính tốn để đưa hiệu chỉnh có sai lệch có thay đổi tín hiệu đặt Tín hiệu điều khiển đưa điều khiển dạng số (Digital) nên phải qua mơ đun xử lý tín hiệu DSP2 để biến đổi DA đưa dạng Analog để tác động lên CCCH Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 (cơ cấu chấp hành) để điều khiển cung cấp nguồn động lực giúp phần cơng tác hoạt động ý đồ công nghệ mong muốn Hình 1.2 Mơ hình hệ thống Cơ điện tử thực tế 1.2 VAI TRÒ CỦA HỆ THỐNG ĐO TRONG HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Modul đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thông tin hoạt động Phần công tác, hệ thống đo tạo kết nối tương tác phần công tác điều khiển, từ hệ thống đo ta có tín hiệu phản hồi để làm đầu vào khởi tạo toán hiệu chỉnh điều khiển Tín hiệu thu từ hệ thống đo thường dạng Analog nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với tín hiệu số Digital Signal) Quá trình thực nhờ Bộ DSP (mơ đun xử lý tín hiệu), q trình gồm khuếch đại, chuyển đổi AD, lọc, điều chế, tách sóng Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 - Khuếch đại: tín hiệu nhỏ cần khuếch đại, chất trình dùng mạch khuếch đại làm tăng biên độ tần số tín hiệu cho phù hợp - Chuyển đổi AD: chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, chất q trình mã hóa thơng tin - Lọc: q trình ngăn khơng cho số tín hiệu có tần số tạp qua, q trình giúp loại bỏ tín hiệu nhiễu từ bên tác động vào hệ thống - Điều chế: Khi cần truyền dẫn không dây trường hợp trung tâm điều khiển nằm cách xa phần cơng tác Bản chất q trình ghép tín hiệu cần xử lý có biên độ nhỏ vào sóng mang cao tần để có đủ lượng truyền xa mà khơng làm méo dạng tín hiệu - Tách sóng: q trình thu hồi lại tín hiệu ngun thủy từ tín hiệu điều chế 1.3 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.3.1 Đặt toán a Đề tài: “Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ phịng ” b Phân tích toán : Yêu cầu toán đặt thiết kế hệ thống có chức đo nhiệt độ môi trường cụ thể hệ thống đo nhiệt độ phòng em bé Thiết bị lắp đặt hoàn toàn nhà chức đo, hiển thị thơng tin nhiệt độ Nó có khả cảnh báo cho người sử dụng biết diễn biến bất thường nhiệt độ phòng giúp cho người sử dụng phát kịp thời đưa cách xử lý Theo đó, nhiệt độ phòng xuống thấp mức đặt trước hệ thống báo cho người sử dụng âm (chuông) đèn nháy Khi nhiệt độ môi trường lên cao vượt mức max hệ thống cảnh báo cho người Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 sử dụng biết, đồng thời tự động làm mát quạt Quạt ngừng làm mát mức nhiệt đưa đến mức Trong suốt trình hệ thống làm việc, thông tin nhiệt độ đo trạng thái lên hình LCD c Tóm tắt hướng thực đề tài : - Sử dụng vi điều khiển PIC16F877A đóng vai trị vi điều khiển trung tâm, dùng chương trình CCS để lập trình C biên dịch - Dùng cảm biến đo nhiệt độ LM35 để đo nhiệt độ mơi trường bên ngồi - Dùng hình LCD16×02 để thị giá trị nhiệt độ đo lập trình chế độ 4bits (dùng chân vi điều khiển để nhận liệu) - Khối nguồn cho mạch ta sử dụng mộ đổi nguồn 220V/12V để cấp nguồn 12V cho vi điều mạch điện 1.4 KẾT LUẬN: Qua việc tìm hiểu hệ thống điện tử, ta thấy hệ thống đại thông minh Trong hệ thống Cơ- Điện tử, hệ thống đo điện tử - thành phần hệ thống Cơ điện tử đóng vai trị quan trọng Nó định việc hệ thống điện tử có hoạt động bình thường hay khơng ảnh hưởng lớn tới độ xác hệ thống điện tử Một hệ thống Cơ điện tử có làm việc xác hay khơng phụ thuộc vào giao tiếp với mơi trường làm việc đối tượng tác động, mà điều lại phụ thuộc khả làm việc hệ thống đo Từ tầm quan trọng hệ thống đo điện tử, chúng em giới thiệu đến thầy cô vào bạn hệ thống điện tử Đó “Hệ thống đo nhiệt độ phịng” với tính đại tiện lợi cho người sử dụng Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 Qua phân tích tốn, chúng em xác định nội dung công việc mà hệ thống phải thực lấy làm đưa sơ đồ khối tổng thể hệ thống sau: Hình 1.4: Sơ đồ khối tổng thể mạch hệ thống CHƯƠNG II: THIẾT KẾ 2.1 CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN 2.1.1 Vi điều khiển PIG a PIC ? PIC viết tắt “ Progamable Intelligent Computer”, tạm dịch “Máy tính thơng minh khả trình” hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ: PIC1650 thiết kế để dùng làm thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển Ngiên cứu phát triển thêm từ hình thành nên dòng vi điều khiển PIC ngày Đồ án Các hệ thống đo Cơ- Điện tử Trang 10 Phạm Văn Biên Lăng Văn Nuôi MSSV: K125520114053 MSSV: K125520114033 LCD_gotoxy(13,2); Printf(lcd_putc,"%2.1f",temp_max); LCD_gotoxy(7,2); Printf(lcd_putc,"< T