CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÒ ẤP TRỨNG 1.1. Giới thiệu về lò ấp trứng Từ những kinh nghiệm thực tế cho thấy việc ấp trứng tự nhiên có rất nhiều nhược điểm, phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường vào thời tiết. Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo ra lò ấp trứng tự động là việc rất cần thiết. Máy ấp trứng sẽ đưa ra các giải pháp kĩ thuật tương tự với các ưu thế hơn hẳn về sản lượng và chất lượng ấp cho một mẻ trứng. Máy ấp trứng là thiết bị được tạo nên từ rất nhiều các linh kiện và kết cấu cơ khí để tạo ra một môi trường có đầy đủ các yếu tố phù họp cho phôi của trứng phát triển một cách tốt nhất giống như gà mẹ ấp trứng tự nhiên, các yếu tố này là nhiệt độ, độ ẩm và đảo trứng. Việc con mái ấp trứng là bản năng giống nòi, tuy nhiên trên thực tế có rất nhiều con mái ấp trứng vụng về, hay làm vỡ trứng, ấp nở kém, bỏ ấp giữa chừng, mùa đông thì quá lạnh, mùa hè thì quá nóng…do đó người chăn nuôi phải tìm cách để ấp trứng nhân tạo thay cho con mái. Các phương pháp ấp trứng nhân tạo đầu tiên mà người chăn nuôi đã sử dụng là ấp trứng bằng đèn dầu, phương pháp sử dụng đèn dầu để tạo ra nhiệt độ trong buồng ấp, trứng được treo trong các túi chứa nhiều trứng, mỗi ngày đảo 4-5 lần. Cách này cho tỉ lệ tương đối thấp và mất rất nhiều thời gian. Vì vậy khi công nghệ hiện đại hơn thì cách ấp trứng bằng đèn điện đã Ra đời, đây là thời kì đầu của máy ấp trứng ngày nay. Với thùng xốp, bóng đèn sợi đốt, quạt DC kết hợp một số linh kiện đóng ngắt, điều khiển mạch điện đơn giản nhất, điều khiển nhiệt độ vẫn nằm trong một phạm vi lớn, chưa chính xác dẫn đến tỉ lệ ấp vẫn tương đối thấp. Hiện nay, con người đã sử dụng vi điều khiển trong hoạt động chăn nuôi, vì vậy việc điều chỉnh nhiệt độ tương đối dễ dàng giúp tỉ lệ nở trứng cao. Máy ấp trứng tự động hoàn toàn ứng dụng vi điều khiển được cấu tạo gồm: - Khung máy ấp trứng. - Hệ thống điều khiển: bảng điều khiển, phím chức năng, cảm biến nhiệt. - Hệ thống điều nhiệt trong máy: hộp nhiệt, quạt gió, ống gió. - Bóng đèn, thiết bị cấp nhiệt. - Hệ thống đảo trứng: động cơ đảo, hệ thống truyền động, cơ cấu kéo đẩy - Khay chứa trứng. - Khay chứa nước tạo độ ẩm.
TỔNG QUAN VỀ LÕ ẤP TRỨNG
Giới thiệu về lò ấp trứng
1.2 Các khâu trong lò ấp trứng
1.3 Cấu tạo về máy ấp trứng
1.4 Phân loại lò ấp trứng
1.5 Một số lò ấp trứng tự động
Chương 2: Cơ sở lí thuyết
2.6 Bóng nhiệt halogen trong lò ấp trứng
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát nhiệt độ lò ấp trứng 3.1 Các thanh ghi chức năng của timer
3.2 Cổng truyền thông (Serial port)
3.4 Phương trình đặc trưng của phép đo nhiệt độ của lò ấp trứng 3.5 Lưu đồ thuật toán
Chương 4: Kết quả và hướng phát triển
III Nhiệm vụ học tập
1 Hoàn thành Đồ án theo đúng thời gian quy định.
2 Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề lựa chọn
3 Sản phẩm nghiên cứu: Bài báo cáo
IV Học liệu thực hiện
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN
Họ và tên thành viên trong nhóm:
Tên chủ đề: thiết kế điều khiển, giám sát nhiệt độ lò ấp trứng
Tuần Người thực hiện Nội dung công việc Phương pháp thực hiện
1-2 Tìm hiểu các đề tài được ứng dụng trong thực tiễn và quy trình công nghệ
Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thông qua giáo trình, internet
3-5 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện sử dụng trong lò ấp.
Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thông qua giáo trình, chọn thiết bị.
6-9 Xây dụng thuật toán của lò ấp.
Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thông qua giáo trình, chọn thiết bị.
10-12 Viết chương trình cho lò ấp Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thông qua giáo trình, chọn thiết bị.
13-15 Tiến hành mô phỏng quá trình hoạt động của lò ấp.
Trao đổi, thảo luận, tìm hiểu thông qua giáo trình, chọn thiết bị.
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
(kí, ghi rõ họ tên)
BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM
Họ và tên thành viên trong nhóm:
Tên chủ đề: thiết kế điều khiển, giám sát nhiệt độ lò ấp trứng
Tuần Người thực hiện Nội dung công việc
Kết quả đạt được Kiến nghị với giảng viên hướng dẫn
2 Tìm hiểu các đề tài được ứng dụng trong thực tiễn và quy trình công nghệ
Hiểu được quy trình của hệ thống và ứng dụng của nó
5 Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện sử dụng trong lò ấp.
Hiểu được nguyên lý hoạt động của các linh kiện.
9 Xây dụng thuật toán của lò ấp.
Hoàn thành thuật toán đo nhiệt độ,điều khiển nhiệt độ của lò,giao tiếp với winform.
12 Viết chương trình cho lò ấp.
Hoàn thành chương trình cho lò ấp.
15 Tiến hành mô phỏng quá trình hoạt động của lò ấp.
Mô phỏng được quá trình lò ấp hoạt động
Hà Nội, ngày tháng năm 2023
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN
(kí, ghi rõ họ tên)
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÕ ẤP TRỨNG 12
1.1 Giới thiệu về lò ấp trứng 12
1.2 Các khâu trong lò ấp trứng 12
1.3 Cấu tạo của máy ấp trứng 13
1.4 Phân loại lò ấp trứng 14
1.4.1 Lò ấp trứng thủ công 14
1.4.2 Lò ấp trứng bán thủ công 15
1.4.3 Lò ấp trứng công nghiệp 17
1.5 Giới thiệu một số lò ấp trứng tự động 18
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 20
2.1.1 Cấu trúc và chức năng các khối trong 8051 20
2.1.2 Sơ đồ chân và chức năng các chân của vi điều khiển 8051 21
2.2.2 Mạch bên trong của ADC 0804 25
2.2.3 Sơ đồ và cấu hình chân của ADC 0804 26
2.2.4 Các tính năng của ADC 0804 27
2.3.2 Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM 35 29
2.3.3 Thông số kỹ thuật của cảm biến nhiệt độ LM 35 29
2.3.5 Các dạng mạch đo nhiệt độ 30
2.3.6 Các bước tính toán nhiệt độ và công thức biến đổi điện áp thành nhiệt độ31 2.3.7 Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ LM 35 31
2.4.4 Một số kiến thức khác cần biết 35
2.5.3 Các tính năng của Max 232 38
2.6 Bóng nhiệt halogen trong lò ấp trứng 39
2.6.2 Cấu tạo của bóng nhiệt halogen 40
2.6.3 Nguyên lý hoạt động của bóng nhiệt Halogen 41
2.6.4 Ưu, nhược điểm của bóng nhiệt Halogen 41
2.6.5 Công suất của bóng nhiệt Halogen chuyên dùng ấp trứng 42
2.7.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MOSFET 42
2.7.2 Đặc tính đóng cắt của MOSFET 43
2.8.1 Khái niệm, kí hiệu của rơ le trung gian 43
2.8.2 Cấu tạo của rơle trung gian 44
2.8.4 Nguyên lí hoạt động của rơle trung gian 44
2.8.5 Vai trò của rơe trung gian 44
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ LÕ ẤP TRỨNG 46
3.1 Các thanh ghi chức năng của timer 46
Thanh ghi điều khiển định thời ) 46
3.1.2 TMOD ( Thanh ghi chế độ định thời ) 46
3.2 Cổng truyền thông nối tiếp (Serial Port) 48
3.2.1 Cổng truyền thông nối tiếp 48
3.2.2 Các chế độ làm việc của cổng truyền thông 50
3.3.1 Định nghĩa về LED 7 thanh 51
3.3.2 Cấu tạo của LED 7 thanh 51
3.3.3 Nguyên lý hoạt động của LED 7 thanh 52
3.4 Phương trình đặc trưng của phép đo nhiệt độ của lò ấp trứng 53
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62
CHƯƠNG TRÌNH CỦA VI ĐIỀU KHIỂN 8051 66
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt
ADC Analog digital converter Chuyển đổi tương tự-số
CPU Control processing unit Bộ xử lý trung tâm
RAM Random acess memory Bộ nhớ ngoài
ROM Read only memory Bộ nhớ trong
BUS CONTROL Building unit system control
Hai chiều và hỗ trợ các cpu trong việc đồng bộ hóa tính hiệu điều khiển
EPROM Erasable programmable read-only memory
Là 1 loại chip bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình giữ lại dữ liệu của nó khi nguồn điện bị tắt
FLASH Free electron laser in hamburg
Một tia lazer điện tử tự do tia x mềm dựa trên máy gia tốc hạt đặt tại phòng thí nghiệm quốc gia Đức ở hamburg
Làm cổng logic, khuếch đại được các transistor thực hiện
BRG Baud rate generator Tốc độ baud
SFR Special function register Các thanh ghi đặc biệt của 8051
CMOS Complemantery metal oxide -semiconductor
Công nghệ để chế tạo mạch tích hợp
Hình 1 1: Lò ấp trứng thủ công 14
Hình 1 2: Lò ấp trúng bán thủ công 16
Hình 1 3: Lò ấp trúng công nghiệp 17
Hình 1 4: Máy ấp trứng MT100G 18
Hình 1 5: Máy ấp trứng GC- 1000 20
Hình 2 1: Sơ đồ chân của vi điều khiển 8051 21
Hình 2 2: Sơ đồ mạch reset ngoài của 8051 21
Hình 2 3: Cấu trúc bộ nhớ của 8051 24
Hình 2 4: Sơ đồ và cấu hình chân của ADC 0804 26
Hình 2 5: Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM 35 29
Hình 2 6: Các dạng mạch đo nhiệt độ 30
Hình 2 8: Chức năng chân của cổng COM RS 232 34
Hình 2 10: Sơ đồ chân của MAX 232 37
Hình 2 11: Cách sử dụng MAX 232 được mô tả bằng sơ đồ mạch 39
Hình 2 12: cấu tạo bóng nhiệt halogen 40
Hình 2 13: bóng nhiệt chuyên dụng cho lò ấp trứng 40
Hình 2 14: cấu tạo phổ biến của mosfet hiện nay 43
Hình 2 15:cấu tạo rơ le trung gian theo mô phỏng 44
Hình 2 16: cấu tạo rơle trung gian theo sơ đồ nguyên lí 44
Hình 3 1: cấu tạo LED 7 thanh 51
Bảng 1.1: Yêu cầu về nhiệt độ độ ẩm, thời gian ấp nở của các loại trứng gia cầm 13
Bảng 2 1:Chức năng riêng 8 chân của vi điều khiển 8051 22
Bảng 2 2: Mô tả cấu hình của các chân ADC 0804 26
Bảng 2 3: Chức năng các chân cảm biến nhiệt độ LM 35 29
Bảng 2 4: Chức năng các chân và chiều thông tin của cổng COM RS 232 34
Bảng 2 5: Mô tả các chân của MAX 232 37
Bảng 3 1: Mô tả bit của thanh ghi TCON 46
Bảng 3 2: Bit chọn ngõ ra 2 bộ chia sau của Timer 2 Error! Bookmark not defined Bảng 3 3: Bit lựa chọn hệ số chia trước cho timer 2 48
Bảng 3 4:Các chế độ làm việc của truyền thông 50Bảng 3 5: kết quả tốc độ của phép đo nhiệt độ Error! Bookmark not defined
Ngày nay sự phát triển của khoa học công nghệ đang tác động đến hầu hết các lĩnh vực Ngay cả trong trồng trọt , chăn nuôi cũng đã áp dụng khoa học công nghệ để đạt năng suất cao nhất Là sinh viên năm 3, với những kiến thức đã học được nhóm em mong muốn tạo ra một hệ thống áp dụng trong chăn nuôi. Đó là đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò ấp trứng”. Người ta thường cho trứng ấp ở nhiệt độ cố định cho phép Tuy nhiên nhiệt độ trong lò luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Vì vậy em mong muốn được nghiên cứu thiết kế ra hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò ấp trứng nhằm tự động đo và hiển thị nhiệt độ của môi trường một thời điểm bất kỳ trong khoảng từ 0 đến 100 độ C Và điều khiển khi nhiệt độ của môi trường không nằm trong một khoảng nhiệt độ nào đó mà ta đã chọn.
Nghiên cứu thiết kế ra hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò ấp trứng nhằm tự động đo và hiển thị nhiệt độ của môi trường Điều khiển khi nhiệt độ của môi trường không nằm trong một khoảng nhiệt độ nào đó mà ta đã chọn và hơn thế nữa giúp em phát triển bản thân, có sự tìm tòi ứng dụng của đề tài vào thực tiễn Chứng minh khả năng và sự hiểu biết cũng như những kiến thức đã được dậy từ các thầy cô trong nhà trường để hoàn thiện đề tài của mình và giúp ích cho xã hội.
Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sản xuất là rất quan trọng Nhiều năm trở lại đây, có rất nhiều ứng dụng của vi điều khiển vào hoạt động chăn nuôi, …Một trong những yếu tố của ngành nông nghiệp là chăn nuôi gia cầm với một khâu quan trọng là ổn định trong khâu sản xuất con giống, mà cụ thể là việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm Từ thực tế thấy việc ấp nở tự nhiên không có được hiệu quả cao do nhiệt độ môi trường không ổn định Chính vì vậy việc ổn định nhiệt độ lò ấp trứng là rất quan trọng.
Vì thế em đã lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát nhiệt độ lò ấp trứng gia cầm” Với đề tài này báo cáo gồm những nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về lò ấp trứng gia cầm
Chương 2: Cơ sở lí thuyết.
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển lò ấp trứng gia cầm
Chương4: Kết quả và hướng phát triển.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÒ ẤP TRỨNG
1.1 Giới thiệu về lò ấp trứng
Từ những kinh nghiệm thực tế cho thấy việc ấp trứng tự nhiên có rất nhiều nhược điểm, phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường vào thời tiết Vì vậy việc nghiên cứu chế tạo ra lò ấp trứng tự động là việc rất cần thiết Máy ấp trứng sẽ đưa ra các giải pháp kĩ thuật tương tự với các ưu thế hơn hẳn về sản lượng và chất lượng ấp cho một mẻ trứng.
Máy ấp trứng là thiết bị được tạo nên từ rất nhiều các linh kiện và kết cấu cơ khí để tạo ra một môi trường có đầy đủ các yếu tố phù họp cho phôi của trứng phát triển một cách tốt nhất giống như gà mẹ ấp trứng tự nhiên, các yếu tố này là nhiệt độ, độ ẩm và đảo trứng Việc con mái ấp trứng là bản năng giống nòi, tuy nhiên trên thực tế có rất nhiều con mái ấp trứng vụng về, hay làm vỡ trứng, ấp nở kém, bỏ ấp giữa chừng, mùa đông thì quá lạnh, mùa hè thì quá nóng…do đó người chăn nuôi phải tìm cách để ấp trứng nhân tạo thay cho con mái Các phương pháp ấp trứng nhân tạo đầu tiên mà người chăn nuôi đã sử dụng là ấp trứng bằng đèn dầu, phương pháp sử dụng đèn dầu để tạo ra nhiệt độ trong buồng ấp, trứng được treo trong các túi chứa nhiều trứng, mỗi ngày đảo 4-5 lần Cách này cho tỉ lệ tương đối thấp và mất rất nhiều thời gian Vì vậy khi công nghệ hiện đại hơn thì cách ấp trứng bằng đèn điện đã Ra đời, đây là thời kì đầu của máy ấp trứng ngày nay Với thùng xốp, bóng đèn sợi đốt, quạt
DC kết hợp một số linh kiện đóng ngắt, điều khiển mạch điện đơn giản nhất, điều khiển nhiệt độ vẫn nằm trong một phạm vi lớn, chưa chính xác dẫn đến tỉ lệ ấp vẫn tương đối thấp Hiện nay, con người đã sử dụng vi điều khiển trong hoạt động chăn nuôi, vì vậy việc điều chỉnh nhiệt độ tương đối dễ dàng giúp tỉ lệ nở trứng cao.
Máy ấp trứng tự động hoàn toàn ứng dụng vi điều khiển được cấu tạo gồm:
- Hệ thống điều khiển: bảng điều khiển, phím chức năng, cảm biến nhiệt.
- Hệ thống điều nhiệt trong máy: hộp nhiệt, quạt gió, ống gió.
- Bóng đèn, thiết bị cấp nhiệt.
- Hệ thống đảo trứng: động cơ đảo, hệ thống truyền động, cơ cấu kéo đẩy
- Khay chứa nước tạo độ ẩm.
1.2 Các khâu trong lò ấp trứng
Về thông thường các lò ấp trứng được dùng để ấp các loại trứng gia cầm thông dụng với số ngày nở khác nhau: gà khoảng 3 tuần (21 ngày), vịt khoảng 4 tuần
(28 ngày), ngan 5 tuần (35 ngày) Các loại trứng gia cầm khác có các yêu cầu khác nhau về nhiệt độ, độ ẩm và thời gian ấp nở Ví dụ ở bảng dưới đây:
Bảng 1.1: Yêu cầu về nhiệt độ độ ẩm, thời gian ấp nở của các loại trứng gia cầm
Nhiệt độ ấp (°C) Độ ẩm (%) Độ ẩm 3 ngày cuối (%)
Về cơ bản, máy ấp trứng tự động gồm bốn khâu: nhiệt độ, đảo trứng, độ ẩm và thông gió, các thông số kỹ thuật đều được điều chỉnh bằng mạch bán dẫn và vi điện tử Để có giống mạnh khoẻ, tỷ lệ nở cao, máy phải giải quyết được triệt để bốn khâu trên: thời gian ấp, nhiệt độ ấp, độ ẩm duy trì, độ ẩm 3 ngày cuối.
Khâu nhiệt đóng vai trò quan trọng nhất, quả trứng ấp không đủ nhiệt thì phôi sẽ không phát triển Để giữ nhiệt, các vỏ máy được thiết kế dày và có chức năng cách ly tốt, góp phần lưu nhiệt khi mất điện Trong máy có các hệ thống dây điện trở, có chức năng sinh nhiệt, mỗi dây có công suất tùy thuộc vào thể tích của lồng ấp Để đóng, ngắt mạch điện và dây điện trở sinh nhiệt, có thể sử dụng rơle điện tử không tiếp điểm, dùng tri-ắc công suất lớn, bộ đóng ngắt hoạt động với độ tin cậy cao.
Thông gió là phần không thể thiếu trong quá trình ấp Các quạt thông gió phải gắn với cửa chớp mở tự động mỗi khi quạt hoạt động Việc gắn với cửa chớp là để đảm bảo việc cách ly với môi trường bên ngoài, đảm bảo việc giữ nhiệt Việc thông gió có thể kết hợp với việc giảm nhiệt cho máy ấp.
1.3 Cấu tạo của máy ấp trứng
Gồm 3 phần: vỏ máy, ruột má, giá và khay trứng
Khung vỏ làm bằng sắt, có kết cấu rất chắc chắn để trong quá trình vận chuyển không bị biến dạng, là nơi chứa ruột máy và khối lượng trứng khá lớn.
Hình 1 1: Lò ấp trứng thủ công
Vỏ được làm bằng 3 lớp với các vật liệu: carton, xốp, kèm tảng nhiệt để trong quá trình ấp không chịu sự tác động của môi trường, làm nhiệt độ trong buồng ấp luôn luôn ổn định, tiết kiệm điện.
Bộ điều khiển đặt trên nóc vỏ trong hộp, cách nhiệt hoàn toàn với buồng ấp.
Ruột máy làm bằng sắt, có kết cấu chắc chắn, tách rời với vỏ máy Tất cả các hệ thống cấp nhiệt, quạt đối lưu, hệ thống đảo dính liền với ruột máy Ưu điểm của thiết kế này là rất tiện lợi cho quá trình bảo hành, bảo dưỡng, dễ dàng vệ sinh máy.
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Các bước tính toán nhiệt độ và công thức biến đổi điện áp thành nhiệt độ31 2.3.7 Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ LM 35
2.3.6.1 Các bước tính toán nhiệt độ
- Cấp nguồn cho cảm biến với điện áp từ 4V đến 30V Chân GND được nối đất.
- Kết nối chân VOUT với đầu vào bộ chuyển đổi tương tự sang số hay vi điều khiển.
- Lấy mẫu đọc ADC để xác định điện áp đầu ra VOUT.
- Chuyển đổi điện áp thành nhiệt độ.
2.3.6.2 Công thức biến đổi điện áp thành nhiệt độ
Công thức để chuyển đổi điện áp sang nhiệt độ độ C cho LM35 là: Nhiệt độ đo được (oC) = Điện áp được đọc bởi bộ ADC/10 mV Tôi chia cho 10 mV vì độ nhạy của cảm biến LM35 là 10mV.
Làm theo các bước và hướng dẫn ở trên, bạn có thể dễ dàng giao tiếp cảm biến LM35 với bất kỳ bộ vi điều khiển nào có chân chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số được tích hợp sẵn Hầu hết tất cả các bộ vi điều khiển ngày nay đều có bộ ADC tích hợp sẵn.
2.3.7 Ứng dụng của cảm biến nhiệt độ LM 35
- Cảm biến nhiệt độ LM35 rất phù hợp trong một số các ứng dụng như:
- Mạch đo nhiệt độ môi trường.
- Giám sát nhiệt độ trong hệ thống sưởi, thông gió, điều hòa không khí,…
- Cung cấp thông tin liên quan tới nhiệt độ của một số linh kiện khác.
- Kiểm tra nhiệt độ pin.
RS232 là một chuẩn truyền dữ liệu nối tiếp rất phổ biến trong các thiết bị công nghiệp RS232 sử dụng cổng DB-9 hay còn gọi là cổng COM RS232 được sử dụng để kết nối máy tính và các thiết bị ngoại vi để cho phép trao đổi dữ liệu nối tiếp giữa chúng
- Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao
- Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện.
- Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp
- Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dưới (logic 0 và 1) là +- 12V Hiện nay đang được cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm – 7000 ôm.
- Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến 12V.
- Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps ( ngày nay có thể lớn hơn).
- Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF.
- Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhưng phải nhỏ hơn 7000 ôm
- Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 không vượt qua 15m.
- Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn hay dùng : 9600, 19200, 28800, 38400… 56600, 115200 bps
Hình 2 8: Chức năng chân của cổng COM RS 232
Bảng 2 4: Chức năng các chân và chiều thông tin của cổng COM RS 232
Chân số Chức năng Chiều thông tin
1 DCD - Phát tín hiệu mang dữ liệu Từ DCE
2 RD - Nhận dữ liệu Từ DCE
4 DTR - Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu Đến DCE
5 SG - Mass của tín hiệu Đến DCE
6 DSR - Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu
7 RTS - yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sàng truyền dữ liệu Đến DCE
8 CTS - Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sàng nhận tín hiệu
9 RI - Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông
2.4.4 Một số kiến thức khác cần biết
2.4.4.1 Các mức điện áp đường truyền
RS232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất Do đó ngay từ đầu tiên ra đời nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để mô tả các mức logic 0 và 1 Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố định các giá trị trở kháng tải được đấu vào bus của bộ phận và các trở kháng ra của bộ phát.
Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau:
Các mức điện áp trong phạm vi từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tuyến. Chính vì từ – 3V tới 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp, một tín hiệu phải vượt qua quãng quá độ trong một thơì gian ngắn hợp lý Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của các thiết bị tham gia và của cả đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài của dây dẫn Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ với tốc độ 19,2 kBd
2.4.4.2 Quá trình truyền dữ liệu
Truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 được thực hiện không đồng bộ Do vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự) Bộ truyền gửi một bit bắt đầu (bit start) để thông báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp the Bit này luôn bắt đầu bằng mức 0 Tiếp theo đó là các bit dữ liệu (bits data) được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7 hay 8 bit dữ liệu) Sau đó là một Parity bit ( Kiểm tra bit chẵn, lẻ hay không) và cuối cùng là bit dừng – bit stop có thể là 1, 1,5 hay 2 bit dừng.
2.4.4.3 Tốc độ Baud(BRG) Đây là một tham số đặc trưng của RS232 Tham số này chính là đặc trưng cho quá trình truyền dữ liệu qua cổng nối tiếp RS232 là tốc độ truyền nhận dữ liệu hay còn gọi là tốc độ bit Tốc độ bit được định nghĩa là số bit truyền được trong thời gian 1 giây hay số bit truyền được trong thời gian 1 giây Tốc độ bit này phải được thiết lập ở bên phát và bên nhận đều phải có tốc độ như nhau ( Tốc độ giữa vi điều khiển và máy tính phải chung nhau 1 tốc độ truyền bit)
Ngoài tốc độ bit còn một tham số để mô tả tốc độ truyền là tốc độ Baud Tốc độ Baud liên quan đến tốc độ mà phần tử mã hóa dữ liệu được sử dụng để diễn tả bit được truyền còn tôc độ bit thì phản ánh tốc độ thực tế mà các bit được truyền.Vì một phần tử báo hiệu sự mã hóa một bit nên khi đó hai tốc độ bit và tốc độ baud là phải đồng nhất
Một số tốc độ Baud thường dùng: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800,
9600, 19200, 28800, 38400, 56000, 115200 … Trong thiết bị họ thường dùng tốc độ là 19200
Khi sử dụng chuẩn nối tiếp RS232 thì yêu cầu khi sử dụng chuẩn là thời gian chuyển mức logic không vượt quá 4% thời gian truyền 1 bit Do vậy, nếu tốc độ bit càng cao thì thời gian truyền 1 bit càng nhỏ thì thời gian chuyển mức logic càng phải nhỏ Điều này làm giới hạn tốc Baud và khoảng cách truyền.
2.4.4.4 Bit chẵn lẻ hay Parity bit Đây là bit kiểm tra lỗi trên đường truyền Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu được truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong quá trình truyền Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ.Một bit chẵn lẻ được bổ sung vào dữ liệu được truyền để ch thấy số lượng các bit
“1” được gửi trong một khung truyền là chẵn hay lẻ.
Một Parity bit chỉ có thể tìm ra một số lẻ các lỗi chả hạn như 1,3,,5,7,9… Nếu như một bit chẵn được mắc lỗi thì Parity bit sẽ trùng giá trị với trường hợp không mắc lỗi vì thế không phát hiện ra lỗi Do đó trong kỹ thuật mã hóa lỗi này không được sử dụng trong trường hợp có khả năng một vài bit bị mắc lỗi.
MAX232 là một trong những IC có thể chuyển đổi tín hiệu TIA/EIA 32 sang mức điện áp và mức logic của nó Nó đi kèm với một hai trình điều khiển và bộ thu bên trong Mỗi trình điều khiển và bộ thu có thể chuyển đổi tín hiệu EIA/TIA sang mức
TTL/CMOS Nó hoạt động với tụ điện và nguồn điện 5 volt duy nhất Một nguồn điện duy nhất được sử dụng bởi IC để chuyển đổi Hình 2 9: MAX 232 bất kỳ tín hiệu đến nào thành mức điện áp cụ thể của nó (Hình 2.9)
Hình 2 10: Sơ đồ chân của MAX 232 Ở MAX232, nguồn điện 5 volt có thể đủ để thiết bị TTL / CMOS giao tiếp hoặc chuyển đổi dữ liệu của nó từ TIA / EIA 32, nhưng không đủ để cấp nguồn cho thiết bị
“TIA / EIA 32” Để giao tiếp và giải quyết vấn đề nguồn điện cho các tụ điện “TIA / EIA 32” được sử dụng bởi “MAX232” để giải quyết vấn đề này “MAX232” có khả năng chuyển đổi điện áp TIA / EIA 32 đơn lẻ thành tín hiệu 5 Volt cho TTL / CMOS và ngược lại Nó được sử dụng để giao tiếp nối tiếp giữa vi điều khiển và các thiết bị khác.
Bảng 2 5: Mô tả các chân của MAX 232
Số chân Tên chân Mô tả
1 C1+ Chân dương của tụ điện 1
2 V+ Chân đầu ra bơm điện tích dương cho tụ điện
3 C1- Chân âm của tụ điện 1
4 C2+ Chân dương của tụ điện 2
5 C2- Chân âm của tụ điện 2
6 V- Chân đầu ra bơm điện tích âm cho tụ điện
7 T2OUT Đầu ra RS232 hoặc đầu ra serial tới hệ thống RS232 khác hoặc hệ thống RS232 của máy tính
8 R2IN Đầu vào RS232 hoặc đầu vào serial tới hệ thống RS232 khác hoặc hệ thống RS232 của máy tín
9 R2OUT Đầu ra logic tới UART của vi điều khiển (2)
10 T2IN Đầu vào logic từ UART của vi điều khiển (2)
11 T1IN Đầu vào logic từ UART của vi điều khiển (1)
12 R1OUT Đầu ra logic tới UART của vi điều khiển (1)
13 R1IN Đầu vào RS232 hoặc đầu vào serial tới hệ thống RS232 khác hoặc hệ thống RS232 của máy tính
14 T1OUT Đầu ra RS232 hoặc đầu ra serial tới hệ thống RS232 khác hoặc hệ thống RS232 của máy tính
15 GND Nối đất hoặc chân nguồn âm của IC
16 Vcc Chân nguồn dương của IC
2.5.3 Các tính năng của Max 232
- Cách đầu tiên và dễ nhất để chuyển đổi EIA / TIA 32 sang TTL / CMOS và ngược lại chỉ bằng cách sử dụng nguồn điện 5V.
- Tụ điện 1.0uF duy nhất được sử dụng để giải quyết vấn đề suy giảm nguồn.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ LÕ ẤP TRỨNG
LÒ ẤP TRỨNG 3.1 Các thanh ghi chức năng của timer
3.1.1 TCON ( Thanh ghi điều khiển định thời )
Thanh ghi TCON chứa các bit điều khiển, bit trạng thái của bộ định thời
0 và bộ định thời 1 Bit cao trong TCON ( TCON4-TCON7 ) được dùng để điều khiển cho bộ đinh thời hoạt động, ngưng ( TR0, TR1) hoặc để báo hộ định thời tràn ( TF0, TF1 ) Bit thấp của TCON ( TCON0-TCON3 ) không dùng để điều khiển các bộ định thời, chúng được sử dụng để phát hiện và khởi động các ngắt ngoài.
- Mô tả Thanh ghi TCON:
TCON7 TCON1 TCON2 TCON3 TCON4 TCON6 TCON7
Bảng 3 1: Mô tả bit của thanh ghi TCON
Bit ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả
TCON.0 IT0 88H Bit chọn ngắt ngoài 0 thuộc loại tác động cạnh hay tác động mức 0; mức 1; cạnh TCON.1 IE0 89H Cờ ngắt bên ngoài 0( kích khởi cạnh)
TCON.2 IT1 8AH Bit chọn ngắt ngoài 1 thuộc loại tác động cạnh hay tác động mức 0; mức 1; cạnh TCON.3 IE1 8BH Cờ ngắt bên ngoài 1: Cờ này được set bởi phần cứng khi có cạnh âm (xuống), xuất hiện trên chân INT1 đảo, được xóa bởi phần mềm, hoặc bởi phần cứng khi CPU trỏ đến chương trình phục vụ ngắt
TCON.4 TR0 8CH Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 0 TCON.6 TR1 8EH Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời 1
Bit này được set hoặc được xóa bởi phần mềm để điều khiển bộ định thời hoạt động hay ngưng hoạt động
TCON.7 TF1 8FH Cờ tràn của bộ định hời 1 Cờ mày được set bởi phần cứng khi có tràn, được xóa bởi phần mềm, hoặc bởi phần cứng khi bộ vi xử lý tác động đến chương trình phục vụ ngắt
3.1.2 TMOD ( Thanh ghi chế độ định thời )
Thanh ghi TMOD ( Time mode register ) chứa hai nhóm 4 bit dùng để thiết lập chế độ hoạt động cho bộ định thờ 0 và bộ định thời 1 TMOD không được định điija chỉ từng bit Một cách tổng quát TMOD được nạp một lần bởi phần mềm ở thời điểm bắt đầu của một chương trình để khởi động chế độ hoạt động của bộ định thời Sau đó bộ định thời có thể được dừng, được bắt đầu,v.v bằng cách truy sát nhanh các thanh ghi chức năng đặc biệt khác của bộ định thời. Các Bit M1, M0: Là các chế độ của các bộ Timer 0 và Timer 1 Chúng chọn chế độ của các bộ định thời: 0,1,2,3 Chế độ 0 là một bộ định thời 13, chế độ 1 là một bộ định thời 16 bit và chế độ 2 là bộ định thời 8 bit Chúng ta chỉ tập trung vào các chế độ thường được sử dụng rộng rãi nhất là chế độ 1 và 2 Chúng ta sẽ sớm khám phá ra các đặc tính của các chế độ này sau khi khám phần còn lại của thanh ghi TMOD.
Các chế độ được thiết lập theo trạng thái của M1 và M0 như sau:
GATE1 Bit điều khiển cổng Khi được set lên 1, bộ định thời chỉ hoạt động trong khi INT1 đảo ở mức cao C/T1 Bit chọn chức năng đếm hoặc định thời:
- 0 = định thời trong 1 khoảng thời gian M1 1 Bit chọn chế độ thứ nhất
- 4 M0 1 Bit chọn chế độ thứ hai
- 2C/T0 Bit chọn chức năng đếm hoặc định thời cho bộ định thời 0
- 1 M1 0 Bit chọn chế độ thứ nhất 0 M0 0 Bit chọn chế độ thứ hai.
TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2
Bit 6-3: TOUTPS3:TOUTPS0 – Các bit chọn ngõ ra 2 bộ chia sau của Timer 2
Bit cho phép Timer 2 (TMR2ON)
- TMR2ON=1: cho phép timer 2 đếm
- TMR2ON=0: timer 2 ngừng đếm
Bit 1-0: Bit lựa chọn hệ số chia trước cho timer 2
Bảng 3 2: Bit lựa chọn hệ số chia trước cho timer 2
3.2 Cổng truyền thông nối tiếp (Serial Port)
3.2.1 Cổng truyền thông nối tiếp
Họ vi điều khiển được thiết kế có một cổng truyền thông nối tiếp, được ứng dụng khi cần truyền dữ liệu xa với khoảng cách xa Cổng có các đặc điểm sau:
- Truyền song công (full duplex): Có nghĩa là tại một thời điểm có thể vừa nhận vừa truyền dữ liệu;
- Phương thức truyền thông không đồng bộ: Là dữ liệu được truyền đi theo từng ký tự Ký tự cần tuyền được gắn thêm 1 bit ở đầu để báo bắt đầu ký tự (Bit START) và mộ hoặc hai bit ở cuối để báo kết thúc ký tự (Bit STOP);
- Bộ đệm (Buffer) truyền nhận dữ liệu đều có tên là SBUF (1 byte).
- Các chế độ làm việc của cổng truyền truyền thông được xác định bởi thanh ghi SCON (Serial Control).
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
- REN: Bit cho phép cổng được phép nhận dữ liệu
- TB8: Bit dữ liệu truyền thứ chín khi cổng làm việc ở chế độ truyền và nhận 9 bit
- RB8: Bit dữ liệu nhận thứ chín khi cổng làm việc ở chế độ truyền và nhận 9 bit
- TI: Cờ báo ngắt khi hoàn thành quá trình truyền 1 bit dữ liệu, cờ phải được xóa bởi phần mềm
- RI: Cờ báo ngắt khi 1 byte dữ liệu được nhận về đầy đủ, cờ phải được xóa bởi phần mềm
- SM2: Bit cho phép chế độ truyền thông giữa nhiều vi điều khiển với nhau (Mode2 và 3).
3.2.2 Các chế độ làm việc của cổng truyền thông
Bảng 3 3:Các chế độ làm việc của truyền thông
SM0 SM1 Mode Mô tả
0 0 0 Chế độ thanh ghi dịch
0 1 1 Chế độ truyền, nhận 8 bit
1 0 2 Chế độ truyền, nhận 9 bit
1 1 3 Chế độ truyền, nhận 9 bit
Mode 0: Cổng truyền thông có chức năng như một thanh ghi dịch với: RxD: Chân nhận hoặc truyền dữ liệu
TxD: Chân phát xung đồng bộ với tốc độ (Baud rate)
Mode 1: Chế độ truyền, nhận 8 bit dữ liệu, tốc độ truyền do Timer 1 phát được tính như sau:
Mode 2: Chế độ truyền, nhận 9 bit dữ liệu với truyền tốc độ là:
Mode 3: Hoạt động giống Mode 2 nhưng tốc độ truyền được phát nhờTimer 1 hoặc Timer 2 Các bit TCLK VÀ RCLK trong thanh ghiT2CON sẽ quyết định dùng Timer nào, cụ thể:
- Nếu TCLK = RCLK =1 thì dùng Timer 2
- Nếu TCLK = RCLK = 0 thì dùng Timer 1
Khi sử dụng Timer 1: Baud rate = 2 𝑆𝑀𝑂𝐷 ã 𝑓 𝑜𝑠𝑐
Khi sử dụng Timer 2: Baud rate = 𝑓𝑜𝑠𝑐
3.3.1 Định nghĩa về LED 7 thanh
LED 7 thanh là một thiết bị điện tử được sử dụng để hiển thị số và ký tự và tạo ra các ký tự số từ 0 đến 9 và một số ký hiệu khác như dấu chấm, dấu gạch và dấu hai chấm Nó bao gồm 7 LED đơn lẻ được sắp xếp theo kiểu chữ số 8 trên một bo mạch hay module điện tử nhỏ Mỗi LED được kích hoạt đồng thời, chúng sẽ tạo thành một số hoặc ký tự cụ thể.
Hình 3 1: cấu tạo LED 7 thanh
LED 7 thanh thường được sử dụng trong các ứng dụng hiển thị số như đồng hồ đo điện tử, bảng điện tử, máy tính và các thiết bị đo lường Các LED này có thể được sản xuất với nhiều màu sắc khác nhau có thể có số lượng LED khác nhau, nhưng đa số đều có 7 LED.
3.3.2 Cấu tạo của LED 7 thanh
3.3.2.1 Thiết kế bên trong của LED 7 thanh
LED 7 thanh bao gồm 7 đèn LED được kết nối với nahu vởi các đường đây và được lắp đặt trên mộ tấm mạch in Mỗi đèn LED trong LED 7 thanh được đặt ở một vị trí cụ thể để tạo thành các số và ký tự khác nhau Các đèn LED được kết nối với nhau bằng các dây đồng mỏng và được lắp đặt trên một tấm mạch in, còn được gọi là board điều khiển Tấm mạch in này cung cấp các đường kết nối để kết nối đèn LED và các phần khác của mạch điện tử, cũng như đảm bảo ổn định và độ tin cậy trong quá trình sử dụng Bên cạnh đó bộ điều khiển được tích hợp trên tấm mạch in để điều khiển ánh sáng phát ra từ các đèn LED theo đúng thứ tự và trình bày các số và ký tự đúng.
3.3.2.2 Vật liệu sử dụng để tạo ra LED 7 thanh
Vật liệu chính được sử dụng để tạo ra LED 7 thanh bao gồm:
Đèn LED: LED 7 thanh sử dụng 7 đèn LED để hiển thị các số và một số ký tự khác Đèn LED được làm bằng nhiều loại vật liệu như AlGalnP,GanN và InGaN, tùy thuộc vào loại LED.
Tấm mạch in: Tấm mạch in của LED 7 thanh được làm bằng các vật liệu như FR4 (sợi thủy tinh epoxy), Aluminum, Ceramic hoặc Polyimide, tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng cụ thể.
Các phụ kiện khác: Ngoài ra, LED 7 thanh còn được lắp ráp và kết nối với các phụ kiện khác như các đế chân, bộ điều khiển, dây nối và các linh kiện điện tử khác.
Các vật liệu được sử dụng để tạo ra LED 7 thanh đều có tính chất bền, chịu nhiệt và đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm.
3.3.2.3 Màu sắc và kích thước của LED 7 thanh
Màu sắc và kích thước của LED 7 thanh có thể khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng cụ thể của sản phẩm. Đối với màu sắc, LED 7 thanh thường được sản xuất với các loại LED có màu sắc khác nhau như đỏ, xanh lá, xanh dương, vàng, trắng, Mỗi lạoi LED sẽ cho ra một màu sắc khác nhau khi được bật lên. Đối với kích thước, LED 7 thanh thường có kích thước nhỏ gọn và được thiết kế để có thể lắp đặt vào các sản phẩm điện tử, thiết bị đo lường, bảng điện tử và các ứng dụng khác Kích thước cụ thể của LED 7 thanh có thể khác nhau tùy thuộc vào các yêu cầu của ứng dụng cụ thể, nhưng thường nằm trong khoảng từ vài milimet đến vài chục centimet.
3.3.3 Nguyên lý hoạt động của LED 7 thanh
KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nhờ những kiến thức nền tảng từ các môn đã được học như lập trình C, C++, vi xử lý, vi điều khiển, mạch số cơ bản,… cùng quá trình tự học tự tìm tòi những kiến thức bổ sung, chúng em đã bắt tay vào thực hiện đề tài nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu đã tối ưu hóa thuật toán, giảm bớt thời gian trễ khi truyền nhận tín hiệu giữa các bộ phận Sau thời gian thực hiện đề tài, nhóm chúng em đã thu được kết quả trên phần mềm như sau:
- Xây dựng các chương trình điều khiển tự động cho hệ thống:
Trong khoảng thời gian thực hiện đề tài do mặt hạn chế về thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế nên nghiên cứu chưa được hoàn hảo Vì vậy, để đề tài này thêm phong phú, mang nhiều tính thực tế, ứng dụng cao hơn thì em xin đưa ra một số hướng phát triển như sau:
- Có mô hình thực tế
- Thiết kế mạch cần đẹp hơn có tính ổn định và chính xác hơn
- Mạch cần điều khiển và quản lý được nhiều thiết bị cần thiết trong phòng ấp trứng hơn
- Thiết kế thêm cơ cấu đảo trứng để tăng tỷ lệ ấp trứng thành công.
