thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng vi điều khiển và mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng adc 8 bit hiển thị trên màn hình lcd

Điều cần thiết là phải theo dõi chính xác nhiệt độ vận hành của các hệ thống và dây chuyền sản xuất để đảm bảo hiệu suất tối ưu của chúng và ngăn ngừa các hư hỏng hoặc sự cố tiềm ẩn.. Ph

Đại học Bách khoa Hà Nội

Khoa Điện - Điện tử

Báo cáo dự án:

Nền tảng của Hệ thống Truyền thông

Đề tài:

Thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng vi điều khiển và mạch cảm biến nhiệt độ; sử dụng ADC 8 bit; hiển thị

trên màn hình LCD

Gia sư: GS Nguyễn Văn Đức Nhóm thành viên: Nguyễn Văn Huy 20203822

Phạm Phương Nam

Nguyễn Huy Hùng 20203800

1

Ha Noi, 6/2023

Mục lục

1 Tuyên bố vấn đề 3

1.1Cơ bản về đo lường điện tử 3

1.2 Giới thiệu sản phẩm 3

2 Vật liệu và phương pháp 3

2.1 Vật liệu 4

2.1.1 Arduino CH340 4

2.1.2 Cảm biến DHT11 5

2.1.3 LCD 6

2.2 Phương pháp luận 7

3 Kết quả & Kết luận 10

3.1 kết quả 10

3.2 Kết luận 11

1 Tuyên bố vấn đề

1.1 Nguyên tắc cơ bản của phép đo điện tử

Ngày nay, khi ngành công nghiệp vi điện tử phát triển, xu hướng tự động hóa trong các hệ thống đo lường và điều khiển kỹ thuật số ngày càng tăng Các công nghệ tiên tiến như bộ vi xử lý và vi mạch kỹ thuật số đang được triển khai trong lĩnh vực đo lường và điều khiển Do đó, các hệ thống

đo lường và kiểm soát khí truyền thống, có tốc độ xử lý và độ chính xác hạn chế, đang được thay thế bằng các hệ thống tự động dựa trên các hướng dẫn chương trình được thiết lập sẵn

Trong các quy trình sản xuất công nghiệp ngày nay, đo lường

và kiểm soát nhiệt độ tự động đóng một vai trò quan trọng Điều cần thiết là phải theo dõi chính xác nhiệt độ vận hành của các hệ thống và dây chuyền sản xuất để đảm bảo hiệu suất tối ưu của chúng và ngăn ngừa các hư hỏng hoặc sự cố tiềm ẩn Nhận thức được tầm quan trọng của việc đo nhiệt

độ, nhóm nghiên cứu của tôi đã thực hiện đề tài này Mục tiêu của chúng tôi gồm hai phần: kiểm tra kiến thức hiện có của chúng tôi và nâng cao hiểu biết của chúng tôi về những lĩnh vực mà chúng tôi có thể còn thiếu kiến thức chuyên môn, do đó cho phép chúng tôi cung cấp trải nghiệm học tập tốt nhất có thể

1.2 Giới thiệu sản phẩm

Luận văn của chúng tôi được chia thành hai phần chính: Phần một tập trung vào nền tảng lý thuyết Phần này đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết kỹ lưỡng về các thiết bị sẽ được sử dụng trong mạch đo nhiệt độ Cụ thể, chúng tôi khám phá lý thuyết đằng sau các cảm biến, bộ chuyển đổi tương tự sang

số và kiến trúc máy tính Phần này có tầm quan trọng đáng

kể trong dự án của chúng tôi vì nó đóng vai trò là nền tảng

để lựa chọn các thành phần phù hợp nhất và thiết kế mạch

Về bản chất, phần một làm cơ sở để triển khai phần hai Phần hai là phần thực hành liên quan đến lắp ráp mạch điện Phần này nhằm chứng minh sự hiểu biết của chúng ta về lý

4

thuyết bằng cách áp dụng nó vào thực tế Tại đây, bạn và các cộng sự sẽ tham gia thiết kế, tính toán và lựa chọn linh kiện cho mạch điện Các bước cuối cùng bao gồm kiểm tra, tinh chỉnh và tối ưu hóa thiết kế mạch

2 Tài liệu và phương pháp

2.1 Vật liệu

2.1.1 ArduinoCH340

Arduino CH340 là phiên bản của bo mạch Arduino sử dụng chip CH340 để cung cấp kết nối USB Chip CH340 là IC chuyển đổi giao diện USB-to-UART, cho phép kết nối trực tiếp giữa Arduino CH340 với máy tính thông qua cổng USB Điều này cho phép người dùng dễ dàng lập trình và tải mã lên Arduino CH340

Arduino CH340 được xây dựng xung quanh bộ vi điều khiển Atmega328, bộ điều khiển 8 bit với tốc độ xung nhịp 16 MHz

và bộ nhớ flash 32 KB Nó cung cấp các chân đầu vào/đầu ra (I/O) kỹ thuật số và tương tự, đầu ra PWM và các giao diện truyền thông như I2C và SPI, cho phép người dùng kết nối và điều khiển các thành phần và thiết bị ngoại vi khác nhau

Arduino CH340 đi kèm với bộ điều chỉnh điện áp tích hợp, cho phép người dùng cấp nguồn cho nó từ nhiều nguồn điện

áp khác nhau Nó sử dụng môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE), một giao diện thân thiện với người dùng để viết, tải lên và gỡ lỗi mã

Arduino CH340 là một lựa chọn phổ biến cho các dự án thử nghiệm, học tập và phát triển ứng dụng điện tử Với khả năng kết nối USB thuận tiện và khả năng lập trình linh hoạt,

nó phù hợp cho cả người mới bắt đầu và những người có kinh nghiệm trong lĩnh vực này

2.1.2 Cảm biến DHT11

DHT11 là một cảm biến nhiệt độ và độ ẩm kỹ thuật số nhỏ gọn và rẻ tiền Được sử dụng rộng rãi trong các dự án và ứng dụng điện tử, DHT11 có khả năng đo độ ẩm trong khoảng từ 20% đến 90% với độ chính xác ± 5% và nhiệt độ từ 0°C đến 50°C với độ chính xác ± 2°C

DHT11 được thiết kế đơn giản, dễ sử dụng với 3 chân kết nối gồm VCC (điện áp nguồn), GND (tiếp đất) và OUT (đầu ra) Cảm biến hoạt động dựa trên nguyên tắc đo sự thay đổi điện trở của các phần tử nhúng khi nhiệt độ và độ ẩm thay đổi

6

Khi yêu cầu đo được thực hiện, vi điều khiển sẽ gửi tín hiệu kích hoạt và nhận dữ liệu từ cảm biến thông qua chân OUT Với giao diện kỹ thuật số, DHT11 có thể dễ dàng kết nối và tích hợp với các bộ vi điều khiển và các thiết bị khác Dữ liệu

đo được từ cảm biến có thể được sử dụng để kiểm soát các

hệ thống liên quan đến nhiệt độ và độ ẩm, giám sát môi trường hoặc lưu trữ dữ liệu môi trường theo thời gian

DHT11 là lựa chọn phổ biến cho các dự án nhà thông minh, nhà tự động hóa, giám sát môi trường và nhiều ứng dụng khác Với giá cả phải chăng, kích thước nhỏ gọn và độ tin cậy, DHT11 là một cảm biến đơn giản nhưng hữu ích để tôi đảm bảo nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường xung quanh

2.1.3 LCD

Màn hình tinh thể lỏng (LCD) là công nghệ màn hình phẳng

sử dụng các đặc tính độc đáo của tinh thể lỏng để tạo ra hình ảnh LCD được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau, bao gồm màn hình máy tính, tivi và thiết bị cầm tay Chúng đã trở nên phổ biến hơn màn hình Cathode Ray Tube (CRT) truyền thống do kích thước nhỏ gọn, tính chất nhẹ và mức tiêu thụ điện năng thấp

Cấu trúc của màn hình LCD bao gồm hai tấm kính song song được ngăn cách bởi một khe hở mỏng Khoảng trống được lấp đầy bằng vật liệu tinh thể lỏng, có thể được điều khiển bằng điện trường để điều khiển hướng của các tinh thể và

điều chỉnh luồng ánh sáng đi qua màn hình Đèn nền, thường bao gồm một dãy đèn LED, điều chỉnh thêm ánh sáng Trong các mạch điện tử, màn hình LCD có thể được sử dụng

để trình bày văn bản và đồ họa Chúng có thể được kết nối với bộ vi điều khiển hoặc các thiết bị điện tử khác để cung cấp phản hồi trực quan hoặc hiển thị dữ liệu Màn hình LCD

có nhiều kích cỡ và độ phân giải khác nhau và chúng có thể

hỗ trợ màn hình đơn sắc hoặc đủ màu Thiết kế của giao diện hiển thị và phần sụn điều khiển màn hình sẽ thay đổi dựa trên các yêu cầu cụ thể của ứng dụng dự kiến

2.2 Phương pháp luận

Thiết kế mạch:

Lựa chọn và tập hợp các linh kiện điện tử cần thiết như Arduino CH340 , cảm biến DHT11, màn hình LCD, điện trở, tụ điện và bóng bán dẫn

Thiết kế sơ đồ mạch minh họa các kết nối giữa vi điều khiển, cảm biến, màn hình và nguồn điện

Lắp ráp mạch trên bảng mạch khung hoặc bảng mạch

in (PCB) và xác minh tính chính xác của các kết nối và mức điện áp thông qua thử nghiệm

M :

Quá trình đo lường:

Sơ đồ khối của mạch:

Mạch hoạt động dựa trên nguyên lý chung sau: Khối nguồn cấp nguồn 5V chung để toàn bộ mạch hoạt động Cảm biến nhiệt độ được sử dụng trong mạch này là DHT11, cảm biến này nhận nhiệt độ làm tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu tương tự làm đầu ra Khối vi điều khiển bao gồm một Arduino CH340, có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu tương tự nhận được thành tín hiệu số Arduino Uno, được kết nối với Atmega328, được sử dụng để hiển thị thông tin trên màn hình LCD

Lưu đồ thuật toán:

Lập trình:

Cài đặt Môi trường phát triển tích hợp Arduino (IDE) trên máy tính của bạn

Viết mã cho vi điều khiển bằng Arduino IDE Mã phải bao gồm giao thức truyền thông cho cảm biến DHT11, các chức năng hiển thị và xử lý dữ liệu cũng như các thư viện cần thiết

Tải mã lên vi điều khiển bằng kết nối USB.2q

MÃ SỐ:

#include < Dây.h >

#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#include " DHT.h "

const int DHCPIN = 4; // Chân DATA của _ cảm DHT11 biến

const int DHTTYPE = DHT11;

DHT dht ( DHTPIN, DHTTYPE);

tinh thể lỏng_I2C ( 0x27, 16, 2);

vô hiệu ( )

{ màn hình LCD init ();

màn hình LCD.đèn nền ();

dht.begin (); }

vô hiệu ( )

{ nhiệt độ float = dht.readTemperature ();

lcd.setCursor (0, 0);

lcd in ( "Nhiệt độ:");

lcd.setCursor (0, 1);

lcd in ( nhiệt độ, 1);

lcd.print ("C");

chậm trễ( 2000); }

11

Kiểm tra và xác nhận:

mức độ ẩm và nhiệt độ tương đối khác nhau

bằng cách so sánh chúng với thiết bị đo nhiệt độ và độ

ẩm tham chiếu, chẳng hạn như nhiệt kế và ẩm kế

hiệu suất của hệ thống

Hoàn thiện Dự án:

Ghi lại và ghi lại kết quả của các quy trình thử nghiệm

và xác nhận

Tạo một phần kết luận tóm tắt các mục tiêu của dự án, phương pháp được sử dụng và kết quả thu được Biên soạn một báo cáo cuối cùng có chứa sơ đồ mạch,

mã được sử dụng, kết quả kiểm tra và bất kỳ thông tin thích hợp nào khác

3 Kết quả & Kết luận

3.1 Kết quả

3.2 Kết luận

Lợi thế:

- Mạch có dải đo nhiệt độ lớn

- Khả năng đáp ứng nhanh với những thay đổi của môi trường

- Mạch được thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng,

tiện lợi

Nhược điểm:

- Độ ổn định không cao

- Còn sai số nhiệt độ đo do

sai số linh kiện và sai số tính toán thiết kế mạch nhưng vẫn chấp nhận được

- Tình trạng mạch đã thiết kế

Phát triển:

- Sử dụng loại cảm biến nhiệt độ khác có độ chính xác cao hơn,

chống nhiễu tốt hơn

- Thiết kế mạch giao tiếp với máy tính để

thuận tiện hơn trong việc sử dụng và theo dõi

13