Đề tài thiết kế mạch đo nhiệt độ, hiển thị lên lcd và điều khiển đèn 24vdc cảnh báo quá nhiệt

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ -o0o - ĐỒ ÁN HỌC PHẦN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ GVHD: Nguyễn Thị Út Hiền SVTH: Lê Văn Khoa MSSV: 2025190132 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12 NĂM 2021 ĐẠI HỌC CNTP TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc -✩ - -✩ - Khoa: CƠNG NGHỆ CƠ KHÍ Bộ Mơn: ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆNTỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ Tên :Lê Văn Khoa NGÀNH: MSSV: 202519032 CƠ ĐIỆN TỬ LỚP : 10DHCDT1 Đề tài: Thiết kế mạch đo nhiệt độ, hiển thị lên LCD điều khiển đèn 24VDC cảnh báo nhiệt Nhiệm vụ (Yêu cầu nội dung số liệu ban đầu): Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/08/2021 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/12/2021 Tp.HCM, ngàY 30 tháng 12 năm 2021 CHỦ NHIỆM BỘ MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆN TỬ Nguyễn Thị Út Hiền LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Khoa Cơng Nghệ Cơ Khí, Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập thực đồ án điện tử Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Đinh Lê Cao Kỳ tận tình hướng dẫn bảo em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô khoa Cơng Nghệ Cơ Khí tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quý báu năm qua Em chân thành cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án điện tử NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề: Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật số đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin Khoa học kỹ thuật phát triển, người biết áp dụng tiến để làm hệ thống tự hành, thiết bị có khả xử lý xác cao… Các thành tựu đem vào phục vụ đời sống hàng ngày dây chuyền công nghiệp 1.2 Nhiệm vụ đồ án: Đề tài “ Thiếết kếế mạch đo nhiệt độ, hiển thị lến LCD điếều khiển đèn 24VDC cảnh báo nhiệt“ yêu cần em cần đạt nội dung sau: + Nội dung 1: Tìm hiểu lý thuyết như: khảo sát pic 16F877a, tìm hiểu nguyên lý hoạt động module LM2596 + Nội dung 2: Thiết kế phần mền gồm: mơ mơ hình phần mềm Proteus lập trình Code thơng qua phần mềm CCS + Nội dung 3: Thiết kế phần cứng gồm: Chế tạo mạch in lắp ráp linh kiện để hoàn chỉnh đồ án +Giup cảnh báo cháy gia đình trường học nhà xưởng úng dụng dụng ấp trứng gà CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu PIC 16F887: 2.1.1 Tổng quan PIC 16F887: PIC họ vi điều khiển RISC sản xuất cơng ty Microchip Technology Dịng PIC PIC1650 phát triển Microelectronics Division thuộc General_Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thơng minh) sản phẩm hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm họ PIC1650 Lúc này, PIC 1650 dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vậy, người ta gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 CPU tốt, lại hoạt động xuất nhập, PIC 8-bit phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt ROM, mặc dù, cụm từ RISC chưa sử dụng thời giờ, PIC thực vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy lệnh chu kỳ máy (4 chu kỳ dao động) Năm 1985 General Instruments bán phận vi điện tử họ, chủ sở hữu hủy bỏ hầu hết dự án lúc lỗi thời Tuy nhiên, PIC bổ sung EPROM để tạo thành điều khiển vào khả trình Ngày nhiều dòng PIC xuất xưởng với hàng loạt module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word Một số đặc tính Vi điều khiển PIC: Hiện có nhiều dịng PIC có nhiều khác biệt phần cứng, điểm qua vài nét sau : + 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến truc Harvard có sửa đổi + Flash ROM tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte + Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic logic 1) + 8/16 bit Timer + Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng USART + Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit + Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparator) + Các module Capture/ Compare/ PWM + LCD + MSSP Peripheral dựng cho giao tiếp I2C, SPI + Bộ nhớ nội EPROM – ghi/ xoá lớn tới triệu lần + Module Điều khiển động cơ, đọc encoder + Hỗ trợ giao tiếp USB - Hỗ trợ giao tiếp CAN - Hỗ trợ giao tiếp LIN - Hỗ trợ giao tiếp IrDA + Một số dịng có tích hợp RF (PIC16f639, RFPIC) KEELOQ mờ hố giải mờ + DSP tính xử lý tín hiệu số (dsPIC) Đặc điểm thực thi tốc độ cao RISC CPU họ vi diều khiển PIC16F87XA + Chỉ gồm 35 lệnh đơn + Tất lệnh 1chu kỳ ngoại trừ chương trình chu kỳ + Tốc độ hoạt động : - DC 20MHz ngõ vào xung clock - DC 200ns chu kỳ lệnh + Độ rộng nhớ chương trình Flash 8K x 14word, nhớ liệu (RAM) 368 x 8bytes, nhớ liệu EPROM (RAM) 256 x 8bytes Những đặc tính ngoại vi: + Timer0 : 8- bit định thời/ đếm với 8- bit prescaler + Timer1 : 16- bit định thời/ đếm với prescaler, tăng lên suốt chế độ Sleep qua thạch anh/ xung clock bên + Timer2 : 8- bit định thời/đếm với 8- bit, prescaler postscaler v + Hai module Capture, Compare, PWM.Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns, Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns, độ phân giải lớn PWM 10bit Có 13 ngõ I/O điều khiển trực tiếp + Dòng vào dòng lớn : - 25mA dòng vào cho chân - 20mA dòng cho chân Đặc điểm tương tự: + 10 bit, với kênh chuyển đổi tương tự sang số (A/D) + Brown – out Reset (BOR) + Module so sánh tương tự + Hai so sánh tương tự + Module điện áp chuẩn VREF lập trình PIC + Có thể lập trình ngõ vào đến từ ngõ vào PIC điện áp bên + Những ngõ so sánh sử dụng cho bên Các đặc điểm đặc biệt : + Có thể ghi/ xố 100.000 lần với kiểu nhớ chương trình Enhanced Flash + 1.000.000 ghi/ xố với kiểu nhớ EPROM + EPROM lưu trữ liệu 40 năm + Có thể tự lập trình lại điều khiển phần mềm + Mạch lập trình nối tiếp qua chân + Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp + Watchdog Timer (WDT) với dao động RC tích hợp sẵn Chip cho hoạt động đáng tin cậy + Có thể lập trình mờ bảo vệ + Tiết kiệm lượng với chế độ Sleep + Có thể lựa chọn dao động + Mạch dở sai (ICD : In- Circuit Debug) qua chân Công nghệ CMOS: + Năng lượng thấp, tốc độ cao Flash/ công nghệ EPROM + Việc thiết kế hoàn toàn tĩnh -Khoảng điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V + Tiêu tốn lượng thấp Giới thiệu PIC16F8XX PIC16F877A PIC16F8X Là nhóm PIC họ PIC16XX họ Vi điều khiển 8-bit, tiêu hao lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo cơng nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt đối Nhóm bao gồm thiết bị sau: + PIC16F83 + PIC16CR83 + PIC16F84 + PIC16CR84 Tất PIC16/17 có cấu trúc RISC PIC16CXX đặc tính bậc, mức ngăn xếp Stack, nhiều nguồn ngắt tích hợp bên lẫn ngồi Có cấu trúc Havard với bus liệu bus thực thi chương trình riêng biệt cho phép độ dài lệnh 14-bit bus liệu 8-bit cách biệt Tất lệnh chu kỳ lệnh ngoại trừ lệnh rẽ nhánh chương trình chu kỳ lệnh Chỉ có 35 lệnh lượng lớn ghi cho phép đáp ứng cao ứng dụng Họ PIC16F8X có nhiều tính đặc biệt làm giảm thiểu thiết bị ngoại vi, kinh tế cao, có hệ thống bật đáng tin cậy tiêu thụ lượng thấp Ở có lựa chọn dao dộng có chân kết nối dao động RC nên có giải pháp tiết kiệm cao Chế độ SLEEP tiết kiệm nguồn đánh thức nguồn reset PIC16F877A có 40/44 chân với phân chia cấu trúc sau : + Có port xuất/nhập + Có kênh chuyển đổi A/D 10-bit + Có PWM + Có định thời: Timer0, timer1 timer2 + Có giao tiếp truyền nối tiếp: chuẩn RS 232, I2C… + Có giao tiếp LCD Hiện thị trường có nhiều họ vi điều khiển 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM, Ngoài họ 8051 hướng dẫn cách môi trường đại học, thân người viết chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức phát triển ứng dụng cơng cụ ngun nhân sau: Họ vi điều khiển tìm mua dễ dàng thị trường Việt Nam Giá thành khơng q đắt Có đầy đủ tính vi điều khiển hoạt động độc lập Là bổ sung tốt kiến thức ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051 Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Hiện Việt Nam giới, họ vi điều khiển sử dụng rộng rãi Điều tạo nhiều thuận lợi trình tìm hiểu phát triển ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng ứng dụng mở phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm dẫn gặp khó khăn,… Sự hỗ trợ nhà sản xuất trình biên dịch, cơng cụ lập trình, nạp chương trình từ đơn giản đến phức tạp,… Các tính đa dạng vi điều khiển PIC, tính không ngừng phát triển 2.1.2 Sơ đồ chân PIC 16F877A: Hình 2: Sơ đồ chân PIC 16F887 Chức chân: PORT A: if(input(mod)==0) // nhan khong { tt=~tt; while(input(mod)==0); // kiem tra nhan khong , cho nha phim } } } void nn_tang() // kiem tra nut nhan tang { if(input(tang)==0) // co nhan khong { delay_ms(20); // chong doi phim nhan if(input(tang)==0) // nhan khong { gh++; if(gh>99) gh=99; while(input(tang)==0); } // kiem tra nhan khong , cho nha phim } } void nn_giam() { if(!input(giam)) { delay_ms(20); if(!input(giam)) { gh ; if(ghgh)||(nd>gh)) { output_high(rl); output_high(xilanh); output_high(loa); delay_ms(100); output_low(loa); delay_ms(100); } else { output_low(xilanh); output_low(rl); output_low(loa); } } } 3.2.2 Mạch mô Protues: 3.2.3 Thiết kế vẽ mạch Protues: = PCB Layout PCB 3D : 3.2.4 Phần mền lập trình CCS: Phần mềm CCS lập trình cho họ vi điều khiển PIC ngôn ngữ C cho hầu hết dịng vi điều khiển PIC.Sử sụng CCS tạo project, viết source code , xây dựng, debug lập trình cho PIC cách nhanh chóng 3.2.5 Phần mền mô Protues: Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR, … Proteus phần mềm mô mạch điện tử Lancenter Electronics, mô cho hầu hết linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mô mạch ARES dùng để vẽ mạch in Proteus công cụ mô cho loại Vi Điều Khiển tốt, hỗ trợ dịng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, cịn mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Proteus công cụ chuyên mô mạch điện tử ISIS nghiên cứu phát triển 12 năm có 12000 người dùng khắp giới Sức mạnh mơ hoạt động hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ Sau đó, phần mềm ISIS xuất file sang ARES phần mềm vẽ mạch in khác Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, thiết kế theo mạch mẫu (templates) Những khả khác ISIS là: + Tự động xếp đường mạch vẽ điểm giao đường mạch + Chọn đối tượng thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng + Xuất file thống kê linh kiện cho mạch + Xuất file Netlist tương thích với chương trình làm mạch in thơng dụng + Đối với người thiết kế mạch chun nghiệp, ISIS tích hợp nhiều cơng cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện lên đến hàng ngàn linh kiện + Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design) + Khả tự động đánh số linh kiện CHƯƠNG 4: THI CÔNG LẮP ĐẶT 4.1 Chuẩn bị linh kiện: ST Linh kiện mạch Số lượng Pic 16F877a Module LM2596 Cảm biến nhiệt độ LM35 Cảm biến DHT22 T Thạch anh Nút nhấn Điện trở 330r Điện trở 10k LCD 16X2 10 Biến trở 102 11 Domino 12 Jake 13 Hàng rào 14 Loa 15 Opto 817 16 Led 5V 17 Diode 17 Mạch điện Pcb 18 Hàng rào 19 Tụ pi 22pf 20 Nguồn 12v 21 Nguồn 24v 22 Xilanh điện 4.2 Thi cơng lắp đặt: Trong q trình làm mạch đòi hỏi ý tập trung nhiều cần lỗi nhỏ mạch bị cháy hư hỏng, cần phải xác định chân linh kiện lắp vào mạch nhằm đảm bảo cho mạch hoạt động tốt ổn định không xảy trường hợp va chạm dây đồng hư hỏng linh kiện Các công đoạn làm mạch: + Thiết kế mạch phần mền Protues dùng để in + In, ủi rửa mạch + Khoan mạch điện đảm bảo không làm đứt đường đồng + Lắp linh kiện lên mạch Sau kiểm tra chân nối với + Cuối lắp mạch cấp nguồn điện vào test điện áp mạch 4.3 Thi công lắp đặt : CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận: Trong suốt thời gian làm đồ án, em học hỏi nhiều kiến thức giúp em hoàn thành đồ án “Thiếết kếế mạch đo nhiệt độ, hiển thị lến LCD điếều khiển đèn 24VDC cảnh báo nhiệt ” Qua đồ án lần giúp em hiểu thêm nhiều cách đặt vấn đề, tìm hướng giải cho vấn đề Đi phần vấn đề xếp thời gian cho hợp lý Ngồi thơng qua đồ án em cịn biết cách tính tốn số liệu từ sơ đồ khối TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Giáo trình vi điều khiển pic16f887, Nguyễn Đình Phú TPHCM 08/2016