đồ án i thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng vi điều khiển cảm biến tương tự adc

Một trong những thay đổi đáng kể là Việt Nam đã gia nhập WTO ,một bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước,để chúng ta - con người Việt có cơ hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế ới

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

==0==

ĐỒ ÁN I

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN, CẢM BIẾN TƯƠNG TỰ, ADC

NGÀNH KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA

Giáo viên hướng dẫn : Lê Thị Thanh Hà

Viện : Điện

: Lương Văn Kiên 20202426

: Trần Nhật Khánh 20202646

2

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn tất cả ầy cô Trường Đại họth c Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian học môn học

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô "Lê Thị Thanh Hà" đã

tận tình hướng dẫn chúng em trong thời gian làm đồ án

Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện Đồ

Án của chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp

đỡ để chúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam ta ngày một phát triển và giàu mạnh Một trong những thay đổi đáng kể là Việt Nam đã gia nhập WTO ,một bước ngoặt quan trọng thay đổi đất nước,để chúng ta - con người Việt có cơ hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế ới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói gi

chung và ngành Điện Tử nói riêng

Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi không ngừng thì chúng ta sẽ sớm lạc hậu và nhanh chóng thụt lùi

Nhìn ra được điều đó Trường “Đại Học Bách Khoa Hà Nội”

đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà

trường nói chung và khoa Điện - ện Tử Đi nói riêng đã tổ chức cho sinh viên làm các Đồ Án Môn Học nhằm tạo nên tảng vững chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm

Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã đượ ứng dụng rộng c rãi trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt, đồng hồ điện

tử, ti vi nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợi hơn

4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, ngày 24 tháng 01 năm 2024

Giảng viên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 Nguyên lý hoạt động của mạch 6

1.1 M c tiêu c a mụ ủ ạch 1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch CHƯƠNG 2.các linh kiện sử dụng trong hệ thống 7

2.1 Giới thiệu các linh kiện 2.1.1Aduino UNOR3 7

2.1.2 LM35 9

2.1.3LCD16x2 được kết nối với Aduino bằng modern I2C .11

2.2 Tính toán giao tiếp 12

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO MẠCH THỰC TẾ 14

3.1 Sơ đồ kh i 14ố 3.2 Sơ đồ ạch m 15

3.3 Mô phỏng trên Proteus 15

3.4 ạy mạch thật và rút ra kếCh t luận 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

6

Chương I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ ỐNG ĐO TH

NHIỆT ĐỘ

1.1 Mục tiêu : Đo nhiệt độ môi trường bằng các linh kiện phổ biến như :vi xử lý,cảm biến tương tự và ADC

1.2 Nguyên lí hoạt động

Cảm ến LM35 bi hoạt độ bằ cách cho một giá ị ng ng ra tr điện ất đị tại chân Váp nh nh OUT (chân giữa) ng ứ với mỗi mức nhiệt độ Như vậy, bằ cách đưa vào chân bên trái ng của cảm ến LM35 ện 5V, chân ải nối đấ ệu bi đi áp ph t, đo hi điện ế ở chân th giữa, bạn sẽ ợc có đư nhiệt độ -100ºC) (0 tương ứ với ện ng đi áp đo được Vì ện ngõ đi áp ra của cảm ến tương đối ỏ nên thông thườ trong bi nh ng các mạch ứng dụng ực tế, chúng thườ th ta ng dùng Op -Amp để khuế đại ện ngõ nàych đi áp ra .

CHƯƠNG 2 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG

2.1 ới thiệu các linh Gi kiện

2.1.1 Giới thiệ vi điều khiể Arduino UNO R3u n

- Arduino Uno R3 (Dip) có chân digital 14 dùng để đọc hoặc ất xu tín hi u.ệ Chúng ỉ 2 mức ện ch có đi áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối trên mỗi chân đa là 40mA Ở mỗi chân đều có các đi ện ở pull- từ ợc tr up đư cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 ặc đị thì (m nh các đi ện trở này không ợc kết nối).đư Arduino Uno R3 là một bả mạ ng ch

vi điều khiển nguồn mở dựa trên ều khiển Microchip vi đi ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc Bảng mạ ch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu Digital ra và Analog ể giao tiếp với có th các bảng mạ mở rộ khác ch ng nhau Mạ Arduino Uno thích hợp cho ch những bạn mới tiếp cận đam và mê về ện tử, lập trình…Dựa trên nền đi tảng mở Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây do dựng cho mình một dự nhanh ất ( lập trình Robot, án nh

xe tự hành, ều khiển bật tắt led…).đi

8

+ Chức năng của Arduino UNO R3:

- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi

(transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất xung PWM ra với độ phân giải 8bit (giá từ 0 trị

→ 2 -1 8 tương ứng với 0V 5V) → bằng hàm

analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ởchân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12

(MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông

thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPIvớicácthiết bị khác

- LED 13: trên Arduino UNO có đèn 1 led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy báo để hiệu Nó được nối với chân số

13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

- Arduino Uno R3 6 có chân analog (A0 → A5) cung cấp phân độ giải tín hiệu 10bit (0 → 2 -1) 10 để đọc giá trị điện trong áp khoảng 0V 5V → Với

chânAREF trên board, bạncóthể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện 2.5V vào áp chân này thìbạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V 2.5V → với độ phân giải vẫn là 10bit Đặc biệt, Arduino UNO 2 có chânA4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

2.1.2 Giới thiệu về LM35

A.Giới thiệu

LM35 có dải từ 0 Độ đến 150 độ LM35 đo C là cảm ến bi tiêu hao ện năng ấp sử dụ ện 5V Cảm ến đi th ng đi áp bi

gồm 3 chân, 2 chân nguồ 1 chân ệu dạ có n, tín hi ra ng

Analog Chân dữ ệu củali IC cảm ến LM35bi là chân ngõ

10

tức thời và có ể dễ dàng được xử để ợc giá ị th lý có đư tr nhiệt độ bằng oC

B Thông số kĩ thuật LM35 giao tiếp ATMEGA

▪ Điện áp hoạt động: 4~20VDC

▪ Công suất tiêu thụ: khoảng 60uA

▪ Khoảng đo: -55°C đến 150°C

▪ Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C

▪ Sai số: 0.25°C

▪ Kiểu chân: TO92

▪ Kích thước: 4.3 × 4.3mm

LM35 ể có th đo nhiệt độ trong ạm từ -ph vi 55oC đến

150oC Độ chính xác ực tế của cảm th bi n:ế ±1/4°C ở nhiệt

độ phòng ±3/4°C trong ạm và ph vi nhiệt độ từ -55°C đến 150°C ệc chuyển đổi ện đầu sang C cũng dễ Vi đi áp ra o dàng ực tiếvà tr p Trở kháng đầu ỏ, đầu tuyến tính ra nh ra

và ệu chuẩn chính xác hi là những đặc tính vốn của có LM35, giúp tạo giao tiếp để đọc ặc ều khiển mạ rất ho đi ch

dễ dàng Điện cung cấp cho cảm ến LM35 ạt độ áp bi ho ng

có ể từ V đến tiêu ụ dòng ện khoả th +4 30 V Nó th đi ng 60μA LM35 có nhiều họ LM35A, LM35CA, LM35D, là LM135, LM135A, LM235, LM335 Tất cả các thành viên

trong họ LM35 đều ạt độ theo nguyên tắc ho ng giống

nhau nhưng ả năng kh đo nhiệt độ khác nhau chúng và

cũng có nhiều ểu chân khác nhauki

2.1.3 LCD16x2 kết nối với Aduino bằ đc ng

modern I2C

12

▪ Tên các chân ợc ghi ở mặt sau của màn hình đư LCD hổ trợ ệc kết nố dây vi i, đi điện

▪ Có đèn led nề ể n, có th dùng biến ở ặc PWM tr ho điều chình độ sáng để sử dụ ng ít ện năng hơn.đi

▪ Có ể ợc ều khiển với 6 dây th đư đi tín hiệu

▪ Có bộ tự ký được xây dự hổ ng trợ tiế Anh ng và tiếng Nh t, xem thêm HD44780 datasheet để ết ậ bi thêm chi tiết

2.2 Tính Toán giao tiếp

Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta thực hiện bằng cách

Như vậy ta có:

Trong đó:

Vậy mỗi bước thay đổi của LM35 sẽ là n = 5/(210) = 5/1024

Giá trị ADC đo được từ điện áp đầu vào của LM35 là

14

Chương 3 : Chế tạo mạch thực tế

3.1 Sơ đồ khối

3.2 Sơ đồ mạch

3.3 Mô phỏng trên Proteus

Giải thích :

hình LCD16×2 được kết nối trực tiếp với Arduino trong

arduino Cảm biến nhiệt độ LM35 cũng được kết nối với chân Analog A0 của Arduino, tạo ra nhiệt độ 1 độ C trên

16

Ưu đi m:

- Phần cứng được thiết kế nhỏ gọn và được lắp ráp theo kiểu module nên dễ dàng thay thế cũng như kiểm tra các linh kiển trong mạch

- Phần mềm chạy khá ổn định,sai lệch nhiệt độ trong

khoảng cho php

- Có thế ứng dụng trong thực tế

Nhưc đim:

- Phần cứng thiết kế chưa được đẹp

TÀI LIỆU THAM KHẢO

18

https://viblo.asia/p/huong-dan-lap-trinh-arduino- -co ban-4P856n4a5Y3

http://arduino.vn/reference/howto