Thiết kế, chế tạo mạch đo nhiệt độ hiển thị trên LCD 16x2

MỤC LỤC: Table of Contents MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 6 1.1 Khái niệm về nhiệt độ: 6 1.1.1 Khái niệm: 6 1.1.2 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ: 6 1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc 7 1.2.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở: 7 1.2.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu: 7 1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ 8 1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc 8 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 2.1Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ LM35. 9 2.2Vi điều khiển PIC 16F877A. 11 2.2.1PIC là gì? 11 2.2.2Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC. 11 2.2.3Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC. 12 2.2.4Tổ chức bộ nhớ. 17 2.2.5Stack. 21 2.2.6Các cổng xuất, nhập của PIC 16F877A. 21 2.2.7Các Timer. 24 2.2.8Chuyển đổi ADC. 28 2.2.9Bộ so sánh. 29 2.2.10 Bộ tạo điện áp so sánh. 30 2.2.11CCP. 32 2.2.12Ngôn ngữ lập trình cho PIC. 32 3.3Màn hình LCD. 35 3.3.1Hình dáng và cấu tạo. 35 3.3.2Chức năng các chân. 36 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 38 3.1. SƠ ĐỒ KHỐI 38 3.1.1. Phân tích chức năng các khối. 39 3.1.2. Sơ đồ nguyên lý. 43 3.1.3. Phân tích nguyên lý hoạt động của cả mạch điện. 44 3.2. Thiết kế sơ đồ board mạch. 45 3.3. Xây dựng phần mềm. 46 3.4. Chương trình. 46  Lưu đồ thuật toán 46 3.5. Ứng dụng thực tiễn của mạch 49 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51   MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Ngày nay khoa học công nghệ hiện đại đã có những bước tiến nhanh và xa đi theo nó là những thành tựu ứng dụng trong các lĩnh vực đời sống, công nghiệp. Kỹ thuật điều khiển trong tiến trình hoàn thiện lý thuyết cũng đã tạo cho mình nhiều phát triển có ý nghĩa. Bây giờ khi nhắc tới điều khiển con người dường như hình dung tới độ chính xác, tốc độ xử lý và thuật toán thông minh đồng nghĩa là lượng chất xám cao hơn. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM,.... Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, chúng em đã chọn vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: Họ vi điều khiển nàycó thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam. • Có đầy đủ tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập. • Là sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051. Giá thành không đắt. • Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình từ dơn giản tới phức tạp... • Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC và các tính năng này không ngừng được phát triển. • Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC trên thế giới cũng như Việt Nam khá nhiều.Đã tạo thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìm được hỗ trợ khi gặp khó khăn. Vì vậy, sau một thời gian học tập và tìm hiểu tài liệu với sự giảng dạy của các thầy cô giáo. Cùng với sự dẫn dắt nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn thầy Nguyễn Viết Ngư. Chúng em đã chọn đề tài: “thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ hiển thị trên LCD 16x2” làm đồ án tích hợp 1 của mình.  Đối tượng nghiên cứu Với đề tài này chúng em tập trung vào: • Tìm hiểu về vi điều khiển PIC 16F877A. • Nghiên cứu và chế tạo thiết bị đo nhiệt độ phòng.  Mục đích nghiên cứu Khi nghiên cứu đồ án này chúng em đã: • Hiểu được cách thức và chế độ hoạt động của VĐK PIC 16F877A. • Hiểu được cách thức hoạt động của cảm biến nhiệt độ LM 35. • Thiết kế, chế tạo được mạch đo nhiệt độ phòng dùng PIC 16F877A.  Phương pháp nghiên cứu Do đây là một đồ án sản phẩm, nên chúng em đã áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp trên sản phẩm thật, chạy thử và hoàn thiện chương trình.  Ý nghĩa nghiên cứu Như đã nói ở trên thì nếu thực hiện thành công đề tài này sẽ mang lại ý nghĩa to lớn về cả thực tiễn và lý luận. • Ý nghĩa lý luận: Toàn bộ chương trình và bản thuyết minh của đề tài sẽ trở thành tài liệu nghiên cứu, tham khảo nhanh, dễ hiểu, thiết thực cho các bạn sinh viên, những người thích tìm hiểu về đề tài này của chúng em. • Ý nghĩa thực tiễn: Với sự thành công của đề tài sẽ góp phần giúp cho các bạn sinh viên mới nói chung và các bạn sinh viên khoa Điện Điện Tử nói riêng thấy rõ được ý nghĩa thực tế và thêm yêu thích chuyên ngành mình đã chọn. Do kiến thức và trình độ năng lực hạn hẹp nên việc thực hiện đề tài này không thể tránh được thiếu sót, kính mong nhận được sự thông cảm và góp ý của thầy giáo, cô giáo và các bạn để đồ án này hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin trân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Thực Thân Thị Thương CHƯƠNG I: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Khái niệm về nhiệt độ: 1.1.1 Khái niệm: Nhiệt độ là đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên tử, phân tử của một hệ vật chất. Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất ( rắn, lỏng, khí) mà chuyển động này có khác nhau. ở trạng thái láng, các phân tử dao động quanh vi trí cân bằng nhưng vi trí cân bằng của nó luôn dịch chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định. Còn ở trạng thái rắn, các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng. Các dạng vận động này của các phân tử, nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt trên tuân theo 2 nguyên lý: Bảo toàn năng lượng. Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất. Ở trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt. Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách vận chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch về tỉ trọng. 1.1.2 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ: Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật phụ thuộc nhiệt độ. Hiện nay chóng ta có nhiều nguyên lí cảm biến khác nhau để chế tạo cảm biến nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt ngẫu, phương pháp quang dùa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt, phương pháp dùa trên sự dãn nở của vật rắn, lỏng, khí hoặc dùa trên tốc độ âm… Có 2 phương pháp đo chính: Ở dải nhiệt độ thấp và trung bình phương pháp đo là phương pháp tiếp xúc, nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ngay trong môi trường đo. Thiết bị đo như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt, bán dẫn. Ở dải nhiệt độ cao phương pháp đo là phương pháp không tiếp xúc ( dông cụ dặt ngoài môi trường đo). Các thiết bị đo nh­: cảm biến quang, hoả quang kế ( hoả quang kế phát xạ, hoả quang kế cường độ sáng, hoả quang kế màu sắc)… 1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc 1.2.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở: Nguyên lý hoạt động: Điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và dùa vào sự thay đổi điện trở đó người ta đo được nhiệt độ cần đo. Nhiệt điện trở dùng trong dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ để nhiệt năng sinh ra do dòng nhiệt điện trở nhỏ hơn so với nhiệt năng nhận được từ môi trường thí nghiệm. Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện trở là có hệ số nhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn… Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kim loại và nhiệt điện trở bán dẫn. 1.2.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu: Nguyên lý làm việc: Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu là 1 mạch từ có 2 hay nhiều thanh dẫn điện gồm 2 dây dẫn A và B. Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn có nhiệt độ t và t0 khác nhau thì trong mạch khép kín có một dòng điện chạy qua. Chiều của dòng điện này phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng của mối hàn nghĩa là t > t0 thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Nếu để hở một đầu thì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt. Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( ví dụ bằng t0 ) thì sức điện động tổng bằng: EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = 0 Từ đó rót ra: eAB = eAB(t0) Khi t¬¬¬0 và t khác nhau thì sức điện động tổng bằng: EAB = eAB(t) – e+AB(t0) Phương trình trên là phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu ( sức điện động phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ của mạch vòng t và t0) Nh­ vậy bằng cách đo sức điện động ta có thể tìm được nhiệt độ của đối tượng. Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp khi cần đo những nơi có nhiệt độ cao. 1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ Có rất nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử đã sản xuất ra các loại IC bán dẫn dùng để đo dải nhiệt độ từ 55150 0C. Trong các mạch tổ hợp IC, cảm biến nhiệt thường là điện áp của líp chuyển tiếp pn trong một loại tranzitor loại bipola. 1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc Nguyên lý hoạt động: Dưạ trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ năng lượng theo mọi hướng với khả năng lón nhất. Bức xạ nhiệt của mọi vật đặc trưng bởi mật độ phổ E nghĩa là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị độ dài của sóng. Quan hệ giữa mật độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và độ dài sóng được biểu diễn bởi công thức: E0 = C1.5(ec2T1)1 Trong đó: C1: Hằng số và C1= 37,03.107 (Jm2s) C2: Hằng số vá C2= 1,432.102 (m.độ) : Độ dài sóng T: Nhiết độ tuyệt đối CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1Tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ LM35. LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog, thuộc họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa trên các chất bán dẫn dễ bị tác động bởi sự thay đổi của nhiệt độ, đầu ra của cảm biến là điện áp (V) tỉ lệ với nhiệt độ mà nó được đặt trong môi trường cần đo. Họ LM35 có rất nhiều loại và nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau: Hình 1.1: Cảm biến nhiệt độ LM35. Đặc điểm nổi bật: Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35. Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V. Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV0C. Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy. Ở nhiệt độ 25(0C) nó có sai số không quá 1%. Với dải đo từ 50 đến 150(0C), tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với những thay đổi của tín hiệu ngõ vào. Thông số kỹ thuật: Tiêu tán công suất thấp. Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA. Dòng ngược 15mA. Dòng thuận 10mA. Độ chính xác cao: khi làm việc ở nhiệt độ 250C là 0,50C. Trở kháng đầu ra thấp 0,1 cho 1mA tải. Đặc tính điện: Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ 550C đến 1500C với các mức điện áp ra khác nhau. Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0(0C) đến 100(0C)ta có sự biến thiên điện áp ngõ ra là: Ở 550C thì điện áp ngõ ra Vout = 550mV Ở 00C thì điện áp ngõ ra Vout = 0V Ở 250C thì điện áp ngõ ra Vout = 250mV Ở 1500C thì điện áp ngõ ra Vout = 1500mV 2.2Vi điều khiển PIC 16F877A. 2.2.1PIC là gì? PIC là viết tắt của “Programmable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là “máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển đầu tiên của họ. Hãng Micrchip tiếp tục phát triển sản phẩm này và cho đến nay hãng đã tạo ra gần 100 loại sản phẩm khác nhau. 2.2.2Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC. • Các kí hiệu của vi điều khiển PIC: PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit C: PIC có bộ nhớ EPROM (chỉ có 16C84 là EEPROM) F: PIC có bộ nhớ flash LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp LV: tương tự như LF, đây là kí hiệu cũ Bên cạnh đó một số vi điệu khiển có kí hiệu xxFxxx là EEPROM, nếu có thêm chữ A ở cuối là flash (ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash). Ngoài ra còn có thêm một dòng vi điều khiển PIC mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất. • Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng. Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân. Cần chọn vi điều khiển PIC có bộ nhớ flash để có thể nạp xóa chương trình được nhiều lần hơn. Tiếp theo cần chú ý đến các khối chức năng được tích hợp sẵn trong vi điều khiển,các chuẩn giao tiếp bên trong. Sau cùng cần chú ý đến bộ nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép. Ngoài ra mọi thông tin về cách lựa chọn vi điều khiển PIC có thể được tìm thấy trong cuốn sách “Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp. Do thời gian làm đồ án có hạn nên chúng em chỉ tập trung tìm hiểu các tính năng của PIC 16F877A có liên quan đến đề tài. 2.2.3Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển PIC. PIC 16F877A là dòng PIC khá phổ biến, khá đầy đủ tính năng phục vụ cho hầu hết tất cả các ứng dụng thực tế. Đây là dòng PIC khá dễ cho người mới làm quen với PIC có thể học tập và tạo nền tảng về họ vi điều khiển PIC của mình. PIC 16F877A thuộc họ vi điều khiển 16Fxxx có các đặc tính ngoại vi sau: Ngôn ngữ lập trình đơn giản với 35 lệnh có độ dài 14 bit. Tất cả các câu lệnh thực hiện trong một chu kì lệnh ngoại trừ một số câu lệnh rẽ nhánh thực hiện trong hai chu kì lệnh. Chu kì lệnh bằng 4 lần chu kì dao động của thạch anh. Bộ nhớ chương trình Flash 8Kx14 words, với khả năng ghi xóa khoảng 100 ngàn lần. Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte. Số PORT IO là 5 với 33pin IO. Khả năng ngắt (lên tới 14 nguồn cả ngắt trong và ngắt ngoài). Ngăn nhớ Stack được chia làm 8 mức. Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. Dải điện thế hoạt động rộng: 2.0V đến 5.5V. Nguồn sử dụng 25mA. Công suất tiêu thụ thấp: t dòng điện chạy theo hướng ngược lại Nếu để hở đầu xuất sức điện động nhiệt Khi mối hàn có nhiệt độ ( ví dụ t ) sức điện động tổng bằng: EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = Từ rót ra: eAB = eAB(t0) Khi t0 t khác sức điện động tổng bằng: EAB = eAB(t) – e+AB(t0) Phương trình phương trình cặp nhiệt ngẫu ( sức điện động phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ mạch vòng t t0) Nh cách đo sức điện động ta tìm nhiệt độ đối tượng Phương pháp sử dụng nhiều công nghiệp cần đo nơi có nhiệt độ cao 1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ Có nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử sản xuất loại IC bán dẫn dùng để đo dải nhiệt độ từ -55150 0C Trong mạch tổ hợp IC, cảm biến nhiệt thường điện áp líp chuyển tiếp p-n loại tranzitor loại bipola 1.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Nguyên lý hoạt động: Dưạ định luật xạ vật đen tuyệt đối, tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khả lón Bức xạ nhiệt vật đặc trưng mật độ phổ E nghĩa số lượng xạ đơn vị độ dài sóng Quan hệ mật độ xạ vật đen tuyệt nhiệt độ độ dài sóng biểu diễn công thức: E0 = C1.-5(ec2/T-1)-1 Trong đó: C1: Hằng số C1= 37,03.10-7 (Jm2/s) C2: Hằng số vá C2= 1,432.10-2 (m.độ) : Độ dài sóng T: Nhiết độ tuyệt đối CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1Tìm hiểu cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 cảm biến nhiệt độ analog, thuộc họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa chất bán dẫn dễ bị tác động thay đổi nhiệt độ, đầu cảm biến điện áp (V) tỉ lệ với nhiệt độ mà đặt môi trường cần đo Họ LM35 có nhiều loại nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau: Hình 1.1: Cảm biến nhiệt độ LM35 Đặc điểm bật: Nhiệt độ xác định cách đo hiệu điện ngõ LM35 - Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Độ phân giải điện áp đầu 10mV/0C Độ xác cao, tính cảm biến nhiệt độ nhạy Ở nhiệt độ 25(0C) có sai số không 1% Với dải đo từ -50 đến 150(0C), tín hiệu ngõ tuyến tính liên tục với thay đổi tín hiệu ngõ vào Thông số kỹ thuật: - Tiêu tán công suất thấp Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA Dòng ngược 15mA Dòng thuận 10mA Độ xác cao: làm việc nhiệt độ 250C 0,50C Trở kháng đầu thấp 0,1 cho 1mA tải Đặc tính điện: Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55 0C đến 1500C với mức điện áp khác Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0( 0C) đến 100(0C)ta có biến thiên điện áp ngõ là: 10 15 16 - Nguồn dương cho đèn GND cho đèn 36 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM KHỐI HIỂN BIẾN THỊ KHỐI XỬ KHỐI CÀI LÝ KHỐI CẤP NHIỆT ĐẶT Hình 2.1: Sơ đồ khối 37 3.1.1 Phân tích chức khối  Khối nguồn: Có chức cung cấp nguồn nuôi cho toàn mạch điện Nguồi nuôi thường trì ổn định mức +5V Do yêu cầu cao hệ thống nguồn nuôi thường chế tạomột cách đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả, tính ổn định cao Thông thường có kiểu nguồn chính: Dùng pin ắc quy cho điện áp tương đối ổn định, thị trường loại pin ắc quy chuẩn 5V dùng phải qua biến đổi điện áp để đưa điện áp dạng chuẩn trình sử dụng, lượng pin, ắc quy hết hệ thống bị gián đoạn Hình 2.2: Sơ đồ đưa điện áp 6V từ pin điện áp chuẩn Trên thực tế để có nguồn điện đáng tin cậy người ta hay dùng phương pháp ổn áp điện áp chiều từ cuộn sơ cấp biến áp sau chỉnh lưu cách sử dụng số IC ổn áp 7805 số loại khác Mạch chỉnh lưu ổn áp: Để tạo điện áp chiều sử dụng cho mạch chạy ổn định thực tế cần phải có chuyển đổi từ nguồn xoay chiều sang nguồn chiều Bộ chuyển đổi bao gồm: - Biến áp nguồn: Hạ từ 220V xuống điện áp thấp - Mạch chỉnh lưu: Chuyển đổi nguồn AC thành DC - Mạch lọc: Lọc gợn xoay chiều sau chỉnh lưu cho nguồn DC phẳng - Mạch ổn áp: Giữ điện áp cố định cung cấp cho tải tiêu thụ Hình 2.3: Sơ đồ mắc mạch chuyển đổi nguồn AC thành DC 38 • Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch ổn áp chiều 5V: Hình 2.4: Mạch ổn áp 5V DC Nguyên lý hoạt động: Nguồn 6V AC từ cuộn thứ cấp biến áp chỉnh lưu thành DC điểm A thông qua mạch chỉnh lưu nửa chu kì gồm diode D1, D2, D3, D4 Sau chỉnh lưu, điện áp chiều gợn sóng nên đưa qua mạch lọc gồm tụ C1 để giảm thiều gợn sóng tiếp tục vào mạch ổn áp 7805 Ổn áp 7805 có đầu vào V IN(chân 1) > 5V nên thực ổn áp thành đầu mức 5V VOUT(chân 3) để cung cấp cho tải LCD 16X2 : điện áp nguồn 5V dòng tiêu thụ max LCD 265mA •  Khối cảm biến: Khối cảm biến có chức đo nhiệt độ môi trường đưa tín hiệu thu đến khối vi xử lí 39 40 Khối vi xử lý: Khối có chức chuyển đổi ADC Đo nhiệt độ môi trường điểm thông qua sensor nhiệt LM35 LM35 sensor đo nhiệt, đo nhiệt độ khoảng từ -50 0C đến 1500C, đầu 10mV/0C Đầu đưa vào chân Analog ADC  Khối hiển thị: Có chức hiển thị giá trị nhiệt độ lên LCD 3.1.2 Sơ đồ nguyên lý 41 X1-1 IC2 7805V AC1 B1 - + AC2 C4 VI VO +5V R2 GND C5 C6 LED1 X1-2 GND DIS1 _XGR_16X2_R2 LCDHDISPLAYH16x2 CONR GND VCC R/W RS D0D1D2D3D4D5D6D7NCNC E +5V 10 1 12 13 14 15 16 +5V R7 IC1 1 C3 S1 GND C1 Q6 D GN C2 10 13 14 15 RC116 RC217 18 19 20 R1 32 1 VDD JP1 MCLR/HV PGD/RB7 PGC/RB6 RB5 RB4 PGM/RB3 RB2 RB1 IN/RB0 RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2 RA3/AN3 RA4/0CKI RA5/AN4 RE0/RD/AN5 RE1/WR/AN6 RE2/CS/AN7 PSP7/RD7 PSP6/RD6 PSP5/RD5 PSP4/RD4 RX/RC7 X/RC6 SDO/RC5 SDI/RC4 RD3/PSP3 RD2/PSP2 OSC1/CLKIN OSC2/CLKO_ RC0/1OSO RC1/1OSI RC2/CCP1 RC3/SCK RD0/PSP0 RD1/PSP1 VSS 31 12 +5V 40 39 38 37 36 35 34 33 GND +5V GND +5V GND GND 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 PIC16F877A X2-1 F1 X2-2 R3 10k GND RC1 OK1 220 R5 X3-2 B138-V X3-1 MOC3010M GND X4-2 RC2 R4 10k OK2 220 X4-1 R6 GND MOC3010M 42 B138-V 3.1.3 Phân tích nguyên lý hoạt động mạch điện - Nút nhấn S1 nút RESET: đầu nối GND, đầu lại nối với trở treo tạo mức lên Vcc nối vào chân MCLR/Vpp vi xử lý Khi chưa tác động chân MCLR/Vpp mức cao,bộ vi xử lý hoạt động bình thường Khi tác động chân MCLR/Vpp đưa xuống mức thấp,bộ xử lý reset nhảy thực câu lệnh ngăn nhớ nhớ - LM35: Chân GND, chân Vout, chân Vcc Dữ liệu chân đưa vào đọc chuyển đổi ADC tích hợp xử lý thông qua kênh AN2 - Tạo dao động: gồm thạch anh 20MHz tụ đất 33pF - Hiển thị LCD, gồm LCD 16x2 LCD truyền liệu bít từ vi điều khiển qua chân D4, D5, D6, D7 Còn lại D0, D1, D2, D3 không sử dụng ta bỏ trống Ta cấp nguồn cho led hình LCD thông qua chân 15 16 LCD Ở mạch ta chỉ xử dụng chức ghi liệu lên LCD nên chân RW ta nối GND Biến trở tinh chỉnh R3 có tác dụng điều chỉnh độ tương phản cho LCD - Khối mạch nạp: Gồm có chân chân Reset, chân chân Vcc, chân chân nối GND, chân chân PGD, chân chân PGC ( chân PGD PGC dùng để truyền liệu từ máy tính thông qua mạch nạp vào IC 43 3.2   Thiết kế sơ đồ board mạch Sơ đồ mạch in: Sơ đồ bố trí linh kiện: 44 Xây dựng phần mềm 3.3 Chúng em sử dụng chương trình CCS (ngôn ngữ C PIC Microchip) để lập trình cho vi điều khiển, ưu điểm nhỏ gọn so với ta viết MASM nhờ hỗ trợ nhiều hàm, ta chèn đoạn chương trình viết ASM thị tiền xử lý #ASM #ENDASM Chương trình 3.4   Lưu đồ thuật toán Lưu đồ thuật toán toàn mạch: 45 END HIỂN THỊ LÊN LCD 46 47 SƠ ĐỒ CÀI ĐẶT NHIỆT ĐỘ 3.5 Ứng dụng thực tiễn mạch Đây mạch sử dụng PIC với tính cảm ứng đem lại nhiều tiện ích sử dụng Trước hết, việc cảm ứng hiển thị thay đổi nhiệt độ môi trường cần thiết đời sống sản xuất, giúp chủ động thao tác liên quan đến nhiệt độ môi trường yếu tố nhiệt độ sinh hoạt (ấp trứng, ươm mầm, báo động…) hay thao tác nghiệp vụ đòi hỏi nhiệt độ ổn định công nghiệp Đây mạch điện tử thân thiện với người sử dụng, nhờ vào khả hiển thị đa dạng hình LCD, việc hiển thị nhiệt độ mạch giúp hiển thị cảnh báo hữu ích cho người Cảm biến nhiệt LM35 thiết bị cảm ứng độ nhạy cao, giá thành thấp giúp cảm 48 ứng tốt nhiệt độ môi trường Do hạn chế kiến thức phần cứng thực thao tác làm mạch, nhóm em chưa thực ý tưởng việc mở rộng ứng dụng mạch việc điều khiển động hay thiết bị báo cháy, thiết bị điều hòa nhiệt độ (quạt, máy lạnh…) mà dừng lại mức độ hiển thị Nhưng nhóm em có tham khảo đến hướng để mở rộng mạch như: - Nâng cao độ xác hiển thị cách dùng ADC có độ phân giải cao - (có thể dùng ADC ngoài) Thêm bàn phím giao tiếp để thay đổi trực tiếp khoảng nhiệt độ theo - dõi Sử dụng EEPROM để lưu giá trị nhiệt độ mà người dùng thiết lập, lần - thay đổi khác Ghép nối máy tính để truyền giá trị nhiệt độ đến máy tính Ghép nối LCD mạch đếm thời gian thực (DS1307) để ứng với thời điểm chương trình tự động chọn khoảng thiết lập nhiệt độ thích hợp theo - mùa, theo thời điểm định trước… Sử dụng PIC mạch thiết kế tự động kết hợp với mạch tăng giảm nhiệt độ để đảm bảo nhiệt độ bám theo giá trị cho trước, hệ ổn định nhiệt (giá trị thay đổi nhỏ) CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Sau thời gian tìm hiểu hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Viết Ngư, chúng em hoàn thành đồ án “Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ” Chúng em cho chạy thử kết thu thỏa mãn nhu cầu đặt Với đề tài chúng em ứng dụng phần nhỏ vi điều khiển PIC Trong thực tế có nhiều ứng dụng thành công sử dụng vi điều khiển PIC Trong thời gian thực đồ án chúng em thu kết sau: - Học hỏi nhiều có thêm nhiều kiến thức - Có khả phân tích, thiết kế thi công sản phẩm hoàn chỉnh Tuy nhiên với thời gian cho phép kiến thức hạn chế đồ án thiếu sót 49 Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Viết Ngư thầy, cô giáo nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức suốt trình học tập thực đồ án Nhóm sinh viên thực Phạm Văn Thực Thân Thị Thương TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Giáo trình đo lường cảm biến 2.Giáo trình kỹ thuật tương tự 3.Giáo trình điện tử tác giả Nguyễn Thành Long- Nguyễn Vũ Thắng 4.Website: www.diendandientu.com www.dientuvietnam.net www.alldatasheet.com www.dientumaytinh.com 50 [...]... “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở 4 RS chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” 5 R/W để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu... các chân giao tiếp cần thiết Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình: Hình 1.12: Sơ đồ chân của LCD 34 3.3.2Chức năng các chân Chân Ký Mô tả hiệu 1 Vss 2 VDD 3 VEE Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND của mạch điều khiển Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển Điều chỉnh độ tương phản của LCD Chân chọn thanh ghi... Timer1 và Timer2 đều có 2 chế độ hoạt động là timer và counter Xung clock có tần số bằng ¼ tần số của oscillator 27 Xung tác động lên Timer0 được hỗ trợ bởi prescaler và có thể được thiết lập ở nhiều chế độ khác nhau(tần số dao động, cạnh tác động) trong khi các tham số của xung tác động lên Timer1 là cố định Timer2 được hỗ trợ bởi 2 bộ chia tần số độc lập, tuy nhiên cạnh tác động vẫn được cố định là... 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép ngắt hoạt động(GIE và PEIE) - OPTION_REG (địa chỉ 81h, 181h):điều khiển prescaler Timer 1 Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị của Timer1 sẽ được lưu trong 2 thanh ghi (TMR1H:TMR1L) Cờ ngắt của Timer1 là bit TMR1IF Bit điều khiển của Timer1 sẽ là TMR1IE Tương tự như Timer0, Timer1 cũng có 2 chế độ hoạt động: chế độ định thời và chế độ đếm 25 Hình 1.7: Sơ đồ khối của Timer1... điều khiển PIC mới là dsPIC Ở Việt Nam phổ biến nhất là các họ vi điều khiển PIC do hãng Microchip sản xuất Cách lựa chọn một vi điều khiển PIC phù hợp: Trước hết cần chú ý đến số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng Có • - nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển 28, 40, 44, … chân Cần chọn vi điều khiển... B : chứa giá trị các pin trong PORTA : điều khiển xuất nhập : thanh ghi điều khiển bộ so sánh : thanh ghi điều khiển bộ so sánh điện áp : thanh ghi điều khiển bộ ADC PORTB (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISB Bên cạnh đó một số chân của PORTB còn được sử dụng trong quá trình nạp chương trình cho vi điều khiển với các chế độ nạp khác nhau PORTB còn 22 liên quan đến ngắt... so với các dạng hiển thị khác: nó có khả năng hiển thi kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số, kí tự đồ họa) dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau Hình 1.11: Hình dáng của loại LCD thông dụng Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên... động ở chế độ Timer ta clear bit TOSC, khi đó giá trị thanh ghi TMR0 sẽ tăng theo từng chu kỳ xung đồng hồ(tần số vào Timer0 bằng ¼ tần số oscillator) Khi giá trị thanh ghi TMR0 từ FFh trở về 00h, ngắt Timer0 sẽ xuất hiện Thanh ghi TMR0 cho phép ghi và xóa được giúp ta ấn định thời điểm ngắt Timer0 xuất hiện một cách linh động Muốn Timer0 hoạt động ở chế độ counter ta set bit TOSC Khi đó xung tác động... năng ghi xóa được 1.000.000 lần Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial - Programming) thông qua 2 chân Watchdog Timer với bộ dao động trong Chức năng bảo mật mã chương trình Chế độ Sleep Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau 13 Hình 1.2: Hình ảnh thực... LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 DB0 7 - 14 DB7 chế độ sử dụng 8 đường bus này : + Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7 + Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7 35 15 16 - Nguồn dương cho đèn nền GND cho đèn nền 36 ... qua sensor nhiệt LM35 LM35 sensor đo nhiệt, đo nhiệt độ khoảng từ -50 0C đến 1500C, đầu 10mV/0C Đầu đưa vào chân Analog ADC  Khối hiển thị: Có chức hiển thị giá trị nhiệt độ lên LCD 3.1.2 Sơ... nhiệt độ ổn định công nghiệp Đây mạch điện tử thân thiện với người sử dụng, nhờ vào khả hiển thị đa dạng hình LCD, việc hiển thị nhiệt độ mạch giúp hiển thị cảnh báo hữu ích cho người Cảm biến nhiệt. .. điều khiển động hay thiết bị báo cháy, thiết bị điều hòa nhiệt độ (quạt, máy lạnh…) mà dừng lại mức độ hiển thị Nhưng nhóm em có tham khảo đến hướng để mở rộng mạch như: - Nâng cao độ xác hiển thị