ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM BẰNG IC SHT10 và PIC16F877A - BKHN

2.1 Ý tưởng: Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm bằng IC SHT10 và điều khiển quạt thông gió, đếm số người trong phòng và bật tắt đèn tự đông.2.2 Phân tích yêu cầu 2.2.1 Yêu cầu chức năng : Bậttắt đèn tự động:•Nếu có người vào phòng thì đèn tự động bật. •Nếu không còn ai trong phòng thì đèn sẽ tắt.Hệ thống thông gió:Nếu nhiệt độ phòng > nhiệt độ mẫu nhập vào => Quạt sẽ bật.Nếu độ ẩm phòng > độ ẩm mẫu nhập vào => quạt thông gió sẽ bật.Mạch có chức năng cài đặt các giá trị mẫu thông qua các nút bấm trên mạch.Mạch có truyền nhận dữ liệu với máy tính. Máy tính nhận dữ liệu là nhiệt độ , độ ẩm và hiển thị lên giao diện của phần mềm.Máy tính truyền các giá trị mẫu cho vi xử lí để điều khiển cơ cấu chấp hành.2.2.2 Yêu cầu phi chức năng : Dễ sử dụng . Mạch được thiết kế đẹp, kích thước nhỏ gọnChi phí thấp.

1 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử - Viễn Thông Báo cáo đồ án môn học đo lường tự động điều khiển Đề tài : Hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm, thông gió cho phòng làm việc. Giảng viên hướng dẫn : xxxxxxxxx Sinh viên thực hiện : xxxxxxxxx Hà Nội 12-12-2011 2 Nội dung 1. Lời nói đầu………………………………………………………………… 2 2. Tổng quan về bài đồ án…………………………………………………… 3 2.1 Ý tưởng ………………………………………………………………….3 2.2 Phân tích yêu cầu……………………………………………………… 3 2.2.1 Yêu cầu chức năng ……………………………………… 3 2.2.2 Yêu cầu phi chức năng…………………………………… 3 2.3 Thiết kế………………………………………………………………… 4 2.3.1 Sơ đồ khối………………………………………………… 4 2.3.2 Các modul cần thực hiện……………………………………4 A. Vi xử lí…………………………………………………… 4 B. Khối cảm biến………………………………………………7 C. Khối thu phát hông ngoại………………………………….11 D. Khối LCD …………………………………………………13 E. Khối RS232……………………………………………… 16 F. Quạt thông gió…………………………………………… 18 G. Khối nguồn……………………………………………… 19 2.3.3 Lưu đồ thuật toán…………………………………………… 20 3. Thực hiện…………………………………………………………………… 21 3.1 Các công cụ thực hiện…………………………………………………….21 3.2 Sơ đồ nguyên lý………………………………………………………… 21 3.3 Mô phỏng………………………………………………………………….25 3.4 Coding…………………………………………………………………….26 3.5 Mạch in……………………………………………………………………31 3.6 Giao diện trên PC………………………………………………………… 4. Phân chia công việc…………………………………………………………….36 5. Kết luận…………………………………………………………………………37 6. Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 38 3 1. Lời nói đầu Ngày nay cùng với sự tiến bộ của nghành kĩ thuật đo lường nói chung và nghành đo lường tự động nói riêng đã và đang đóng góp vai trò to lớn trong đời sống sinh hoạt cũng như trong lĩnh vực sản xuất. Với vai trò to lớn đó. Môn Đo lường tự động điều khiển đã được đưa vào giảng dạy chính thức trong nhiều năm qua cho các sinh viên nghành điện, điện tử,… của trường đại học Bách khoa Hà Nội. Môn đo lường tự động điều khiển giới thiệu cho sinh viên về hệ thống đo lường tự động điều khiển, các kiến thức tổng hợp của chuyên nghành điện, điện tử, cơ khí. Sau đây em xin trình bày kiến thức cơ bản của môn Đo lường tự động điều khiển. Nội dung của môn học gồm có 2 phần chính là: đo lường tự động và điều khiển. Đo lường tự động là một hệ thống đo lường thực hiện việc tự động đo và cập nhật khi đối tượng đo thay đổi. Và sau đó , so sánh giá trị của đối tượng đo được so sánh với giá trị mẫu ( mặc đinh hoặc được đặt trước ). Sự chênh lệch giữa hai giá trị này sẽ được đưa lên mạch điều khiển . Mạch điều khiển sẽ cấp tín hiệu và điều khiển cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành sẽ khống chế giá trị của đối tượng cần đo phải bằng giá trị mẫu. Đo lường tự động có vai trò rất quan trọng đối với con người cũng như khoa học kĩ thuật. Trong quá trình học để giúp sinh viên có cái nhìn thực tế hơn về môn học. Nhóm chúng em đã được giao nhiệm vụ thiết kế một hệ thống đo lường tự động điều khiển. Sau thời gian tìm hiểu nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài : “Hệ thống thông gió và bật tắt đèn tự động ”. Sau đây em thay mặt nhóm sẽ trình bày chi tiết việc thực hiện đề tài trên. 4 2. Tổng quan 2.1 Ý tưởng: Thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm và điều khiển quạt thông gió, đếm số người trong phòng và bật tắt đèn tự đông. 2.2 Phân tích yêu cầu 2.2.1 Yêu cầu chức năng :  Bật/tắt đèn tự động: • Nếu có người vào phòng thì đèn tự động bật. • Nếu không còn ai trong phòng thì đèn sẽ tắt.  Hệ thống thông gió: Nếu nhiệt độ phòng > nhiệt độ mẫu nhập vào => Quạt sẽ bật. Nếu độ ẩm phòng > độ ẩm mẫu nhập vào => quạt thông gió sẽ bật.  Mạch có chức năng cài đặt các giá trị mẫu thông qua các nút bấm trên mạch.  Mạch có truyền nhận dữ liệu với máy tính.  Máy tính nhận dữ liệu là nhiệt độ , độ ẩm và hiển thị lên giao diện của phần mềm.  Máy tính truyền các giá trị mẫu cho vi xử lí để điều khiển cơ cấu chấp hành. 2.2.2 Yêu cầu phi chức năng :  Dễ sử dụng .  Mạch được thiết kế đẹp, kích thước nhỏ gọn  Chi phí thấp. 5 2.3 Thiết kế 2.3.1 Sơ đồ khối  Đối tượng cần đo X:  Nhiệt độ  Độ ẩm  Số người trong phòng.  Cơ cấu chấp hành:  Quạt thông gió  Hệ thống đèn. 2.3.2 Các modul cần thực hiện A.Khối Vi xử lí Vi xử lí nhóm em sử dụng ở đây là PIC16F877A của Microchip với các thông số cần quan tâm: Packages: 6  IC dạng 40 pin- PDIP. Memory :  Flash Program Memory : 8K x 14bits  Data Memory : 368 bytes  EEPROM Data Memory : 256 bytes Interrupts :  Số lượng ngắt : 15  External Interrupt : chân RB0 sẽ “cảm nhận ” thay đổi khi ấn nút bấm.  RB4-RB7 Interrupt : Chân RB4 đến RB7 “cảm nhận ” thay đổi khi ấn nút bấm  USART Transmit Interrupt : ngắt truyền nhận dữ liệu với PC. I/O Ports :  Ports A,B,C,D,E Timer :  Timer 0 , Timer 1 , Timer 2. 7 Serial Communications:  Truyền nhận không đồng bộ USART thông qua 2 chân RC6 , RC7. Parallel Communications:  PSP ADC Module :  8 input channels Operating Frequency : 20 MHz Power : 5V-DC Vi xử lí có chức năng:  Giao tiếp với khối cảm biến để lấy dữ liệu từ cảm biến, xử lí và hiển thị kết quả lên LCD.  Truyền giá trị của thông số nhiệt đô, độ ẩm lên PC.  Nhận giá trị mẫu từ PC để điều khiển cơ cấu chấp hành.  Xử lí ngắt để đếm số người trong phòng. 8  Xử lí ngắt ngoài để thiết lập các mẫu nhiệt độ ,độ ẩm từ nút bấm trên mạch  Điều khiển cơ cấu chấp hành. B. Khối cảm biến Cảm biến nhiệt độ ,độ ẩm SHT10 của Sensirion được chế tạo theo công nghệ CMOS. SHT10 có bộ khuếch đại , ADC , bộ nhớ OTP và giao tiếp số. Các thông số của SHT10  Sơ đồ chân SHT10 9  Power Nguồn cung cấp cho SHT10 từ 2,4-5.5V. Nên dùng điện áp 3,3V. Figure 1: Connection between SHT10 & MCU  Sensor SHT10 nhận lệnh và gửi số liệu về cho PIC theo chuẩn ghép nối tương tự I2C : tín hiệu đồng bộ SCK do PIC tạo ra . Chân số 2 là chân data 2 truyền song công . Dữ liệu được Sensor gửi về cho PIC. PIC xử lí dữ liệu và hiển thị lên LCD.  Giao tiếp SHT10 với PIC gồm các quá trình sau  Khởi tạo phiên truyền : DATA ở mức thấp trong khi SCK ở mức cao, và sau một chu kỳ xung nhịp SCK thì DATA ở đang tăng. 10 Figure 2: “Transmission Start” sequence  Mã lệnh : Chuỗi mã lệnh gồm có 3 bit địa chỉ và mặc định là ‘000’ và 5 bit lệnh . Sau khi sensor nhận được mã lệnh đúng từ PIC thì SHT10 sẽ kéo tín hiệu ở chân DATA xuống mức ‘0’ sau xung clock SCK thứ 8. DATA lên mức ‘1’ sau khi sườn xuống của SCK thứ 9. Dưới đây là bảng mã lệnh Figure 3 : SHT1X Command List  Đo nhiệt độ độ ẩm Sau khi gửi mã lệnh (‘00000101’ đo độ ẩm , ‘00000011’ đo nhiệt độ ) , PIC phải đợi cho cho sensor xử lí và gửi trả lại dữ liệu . Điều này diễn ra trong thời gian 20/80/320 ms cho chế độ đo 8/12/14 bit. Khi việc đo đã hoàn thành SHT10 sẽ kéo chân DATA xuống mức ‘0’ và trở về trạng thái ‘Idle’ . PIC phải đợi cho đến khi dữ liệu ra sẵn [...]... 2.3.3 Lưu đồ thuật toán 21 Figure 12: Lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ ,độ ẩm Figure 13: Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống đèn 2 Thực hiện 22 3.1 Các công cụ thực hiện  Phần mềm : Proteus 7.6 dùng để mô phỏng mạch PIC-C dùng để coding mã nguồn cho MCU PIC Orcad 9.0 vẽ sơ đồ nguyên lý và mạch in  Các linh kiện và các dụng cụ để hoàn thành phần cứng  Linh kiện : PIC16F877A LCD1602 SHT10 Max232,... : dữ liệu mà SHT10 đo được lưu trữ cho đến khi đọc ra Hai byte dữ liệu đo được và 1 byte CRC checksum sẽ được truyền tới PIC PIC phải xác nhận với SHT10 rằng đã nhận được dữ liệu bằng cách là sau mỗi byte nhận được PIC kéo chân DATA xuống mức ‘0’ Việc truyền thông sẽ ‘kết thúc’ sau khi bit ACK của CRC data Nếu CRC-8 checksum không được sử dụng thì PIC có thể ‘kết thúc’ việc truyền thông bằng việc giữ... Mạch in Được vẽ bằng phần mềm Orcad 9.0 Dưới đây là kết quả vẽ mạch in 2 lớp  Lớp Top  Lớp Bottom 33  Lớp SST 3.6 Giao diện trên PC  Yêu cầu :  Hiển thị các thông số đo được từ PIC : nhiệt độ, độ ẩm 34  Thiết lập thông số nhiệt độ từ PC cho PIC  Các bước thực hiện :  Công cụ thực hiện : Visual Studio 2008(VB.NET)  Code cho giao diện Imports System 35 Imports System.IO.Ports Public Class Form1... khi đối với RS232 thì mức tương ứng với điện áp thấp ( -1 2V ) Như vậy cần có một ‘convetor’ kết nối giữa 2 chuẩn này Để thực hiện việc đó ta dùng MAX232 là một trong các IC chuyển UART-RS232 F Quạt thông gió Chức năng : Khi nhiệt độ hoặc độ ẩm trong phòng lớn hơn nhiệt độ mẫu thì quạt sẽ tự động được bật G.Khối nguồn 20 Figure 11: Supply Power  IC LM7805  Input :12V  Output : 5V  IO = 500mA  LM1117... Calculation  Độ chính xác 12 Figure 8: Accuracy of Relative Humidity and Temperature Relative Humidity : sai số nhỏ nhất là :  4,5% khi đo độ ẩm trong khoảng 2 0-8 0% Temperature : sai số nhỏ nhất là :  0,5% khi đo tại nhiệt độ 2 0-2 5 0 C C Khối thu phát hồng ngoại Sử dụng led thu phát hồng ngoại Ưu điểm dễ sử dụng ,giá rẻ 13 Figure 9: Counting People by using Led & Phototransistor  Trên hình chân 1 và 2 sẽ... Khối Vi xử lí PIC16F877A  Khối Cảm biến SHT10  Khối hiển thị LCD1602  Khối đếm số người vào ra  Khối điều khiển quạt và đèn 3.4 Coding  Phần mềm PIC-C của CCS  Code được chia thành các module thực hiện các chức năng Dưới đây là một đo n code chính trong chương trình /*======================================================== ===== Project name : Ventilation Fan and Light Control Automatic in the room... được nối vào 2 chân của PIC 2 chân của PIC có nhiệm vụ ‘cảm nhận’ thay đổi mức điện áp đầu vào Ta xét cặp Led thứ nhất LEDT1 : led phát , LEDR1 : led thu Ban đầu khi chưa có vật chắn giữa 2 led thì LEDR1 được ‘chiếu sáng’ và LEDR1 thông hay chân 1 của PIC nối đất Nếu có vật chắn giữa 2 đèn led thì LEDR1 không thông, khi đó chân 1 của PIC sẽ nhảy lên mức ‘1’ Sử dụng ngắt trên các trên 1 và 2 để “cảm... thông bằng việc giữ ACK mức cao SHT10 sẽ tự động trở về trạng thái Sleep Mode sau khi việc truyền thông kết thúc  Reset phiên truyền Nếu truyền thông với SHT10 bị mất dữ liệu thì sẽ reset lại phiên truyền Figure 4 : Connection Reset Sequence  Ví dụ về đo độ ẩm Figure 5: Example RH measurement sequence for value “0000 0100 0001” = 1073 = 35 5%RH  Công thức tính RH và T 11 Figure 6: Formulation for... LM1117  Các công cụ khác : Mạch nạp Pickit 2 , đồng hồ vạn năng , mỏ hàn ,… 3.2 Sơ đồ nguyên lý 3.2.1 Mạch nguồn 23 3.2.2 Vi xử lí 3.2.3 Sensor SHT10 3.2.4 RS232 24 3.2.5 Khối điều khiển đèn và quạt 3.2.6 Khối nút bấm 25 3.2.7 Khối hiển thị 26 3.3 Mô phỏng 27  Công cụ mô phỏng Proteus 7.6 Công cụ này cho phép mô phỏng hầu hết các linh kiện Đặc biệt có thư viện IC lập trình được Mô phỏng giúp ta biết... năng ghi/ đọc RW=1 : chọn chức năng đọc dữ liệu từ LCD vào VĐK 5 RW Read/Write RW=0 : chọn chức năng ghi dữ liệu từ VĐK vào LCD để hiển thị Khi E chuyển từ 10 thì tín hiệu ở các chân 6 E Read Write enable D0-D7 mới được đưa vào LCD 7 D0 8 D1 9 D2 10 D3 Data bus 0-7 8 chân này được dùng cho việc truyền dữ liệu 11 D4 12 D5 13 D6 14 D7 Từ những đặc điểm và chức năng đã được đề cập ở trên ta có thể đi tới . là: đo lường tự động và điều khiển. Đo lường tự động là một hệ thống đo lường thực hiện việc tự động đo và cập nhật khi đối tượng đo thay đổi. Và sau đó , so sánh giá trị của đối tượng đo được. về hệ thống đo lường tự động điều khiển, các kiến thức tổng hợp của chuyên nghành điện, điện tử, cơ khí. Sau đây em xin trình bày kiến thức cơ bản của môn Đo lường tự động điều khiển. Nội. 1 Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Viện Điện Tử - Viễn Thông Báo cáo đồ án môn học đo lường tự động điều khiển Đề tài : Hệ thống đo nhiệt độ, độ ẩm, thông gió cho phòng làm việc.