Thiết kế mạch điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU LỜI MỞ ĐẦU Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp đời sống nay, thiết bị điện tử đóng vai trò quan trọng việc phát triển ,ở đâu bắt gặp thiết bị điện tử Vì mà thiết bị điện tử ngày phát triển đời nhiều hơn, việc tản nhiệt cho thiết bị điện tử vấn đề cần quan tâm Tản nhiệt giúp làm mát cho thiết bị điện tử hoạt động Nhận thức tầm quan trọng vấn đề nên em tiến hành nghiên cứu “thiết kế mạch điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử”, với mong muốn giải yêu cầu lấy làm đồ án tốt nghiệp cho Những kiến thức lực đạt trình học tập trường đánh giá qua đợt bảo vệ đồ án cuối khóa Vì em cố gắng tận dụng tất kiến thức học trường với tìm tòi nghiên cứu, để hoàn thành tốt đồ án Mặc dù em cố gắng để hoàn thành đồ án thời hạn Nhưng không tránh khỏi thiếu sót mong quí thầy cô thông cảm, em mong đón nhận ý kiến đóng góp Cuối em xin chân thành cảm ơn quí thầy cô bạn sinh viên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Cùng với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị điện tử đã, tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu hầu hết lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống xã hội Việc gia công, xử lý tín hiệu điện tử đại dựa sở nguyên lý số Vì thiết bị làm việc dựa sở nguyên lý số có ưu điểm hẳn so với thiết bị làm việc dưạ sở nguyên lý tương tự, đặc biệt kỹ thuật tính toán Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ điện tử cho đời nhiều vi mạch số cỡ lớn với giá thành rẻ khả lập trình cao mang lại thay đổi lớn ngành điện tử Mạch số mức độ khác thâm nhập lĩnh vực điện tử thông dụng chuyên nghiệp cách nhanh chóng Các trường kỹ thuật nơi mạch số thâm nhập mạnh mẽ học sinh, sinh viên ưa chuộng lợi ích tính khả thi Vì hiểu biết sâu sắc kỹ thuật số thiếu sinh viên ngành điện tử Nhu cầu hiểu biết kỹ thuật số không riêng người theo chuyên ngành điện tử mà cán kỹ thuật khác có sử dụng thiết bị điện tử 1.2 Khảo sát vấn đề Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp đời sống nay, thiết bị điện tử đóng vai trò quan trọng việc phát triển, đâu bắt gặp thiết bị điện tử Vì mà thiết bị điện tử ngày phát triển đời nhiều hơn, việc tản nhiệt cho thiết bị điện tử vấn đề cần quan tâm Tản nhiệt giúp làm mát cho thiết bị điện tử hoạt động Nhận thức tầm quan trọng vấn đề nên em tiến hành nghiên cứu “thiết kế mạch điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử”, với mong muốn giải yêu cầu lấy làm đồ án tốt nghiệp cho 1.3 Các vấn đề cần giải toán Bài toán thiết kế mạch hiển thị nhiệt độ điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử đặt yêu cầu sau: - Cảm biến nhiệt độ thiết bị điện tử - Lập trình hiển thị xác nhiệt độ thiết bị - Điều khiển tốc độ quạt tản nhiệt làm mát cho thiết bị Có độ bền cao Hệ thống chạy ổn định giá hợp lý 1.4 Giải pháp Giải pháp đưa để đáp ứng yêu cầu toán: - Sử dụng vi điều khiển AT 89C52 - Sử dụng cảm biến nhiệt LM35 - Sử dụng chip ADC0804 chuyển đổi từ liệu tương tự sang liệu - Xây dựng chương trình phần mềm điều khiển - Lập trình hiển thị nhiệt độ - Xây dựng phần cứng điều khiển tốc độ quạt số 1.5 Mục đích đề tài Sự cần thiết, quan trọng tính khả thi lợi ích mạch số lý để em chọn thực đồ án “Thiết kế mạch điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử” nhằm ứng dụng kiến thức học vào thực tế Sử dụng IC cảm biến nhiệt (LM35) kết hợp với vi xử lý ADC0804 đưa liệu nhị phân vào vi điều khiển 89C52 , 89C52 có nhiệm vụ điều khiển việc chuyển đổi ADC0804 hiển thị liệu lên LED (nhiệt độ thiết bị điện tử) Dùng điện áp đầu LM35 khuếch đại điều khiển transistor IRF540 từ điều khiển tốc độ quạt tản nhiệt Mục đích yêu cầu đề tài sau: ♦ Mạch hiển thị nhiệt độ cách xác ♦ Quạt tản nhiệt quay tốc độ nhanh dần nhiệt độ thiết bị điện tử tăng ♦ Ngắt hệ thống điện vào thiết bị điện tử nhiệt độ thiết bị tăng cao (Để nhiệt độ ngắt 80oC) CHƯƠNG : THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1.Mô tả chức hệ thống Nhiệt độ thiết bị điện tử cảm biến qua IC cảm biến nhiệt LM35, liệu tương tự (điện áp) chia làm phần: Phần 1: Biến đổi qua IC ADC0804 thành liệu dạng số đưa vào 89C52 89C52 nhận liệu chuyển đổi sang dạng mã LED hiển thị nhiệt độ thiết bị điện tử cách xác Phần 2: Được khuếch đại đề điều khiển độ thông transistor IRF540 điều khiển tốc độ quạt tản nhiệt 2.2 Sơ đồ khối 2.2.1 Sơ đồ khối Cảm biến Biến đổi tương tự sang số Điều khiển Hiển thị Khuếch đại Điều khiển quạt Tản nhiệt 2.2.2 Các khối: - Khối cảm biến: Dùng IC LM35 cảm biến nhiệt độ thiết bị điện tử VC C VS+ VO U T L M /T O - Khối biến đổi: IC ADC0804 Dùng để biến đổi liệu từ tương tự (điện áp LM35) U V in V re f VC C V re f C R PO T + IN -IN R V R E F /2 19 R D R W 150p C L K IN C LKR R D W R C S 20 VC C D D D D D D D D B B B B B B B B IN TR 18 17 16 15 14 13 12 11 IN T R V C C /V R E F AD C 0804 - Khối điều khiển: Dùng IC 89C52 điều khiển IC ADC0804, nhận liệu dạng số từ ADC0804, chuyển đổi sang mã led U J3 D D D D D D D 1 V C C 3 3 3 3 2 19 18 C R Y S TA L 31 40 P P P P P P P P 0 0 0 0 P P P P P P P P 1 1 1 1 /A /A /A /A /A /A /A /A D D D D D D D D P P P P P P P P 2 /A /A /A /A /A /A /A /A P /R XD P /T XD P /IN T P 3 /IN T P /T P /T P /W R P /R D X1 X2 A LE P S E N 2 2 2 2 1 1 1 1 K K K K R D R W IN TR 30 29 E A R S T V C C 8051 V C C Khối hiển thị: Sử dụng LED hiển thị nhiệt độ thiết bị 7 10 11 12 A B C D E F G H K K K K 7SEG X D D K1 D D D K2 K3 K4 D 5D - Khối khuếch đại: Sử dụng LM324 khuếch đại điện áp đầu LM35 (Với hệ số khuếch đại K=20) để phân cực cho transistor IRF540 J14 nguon 18v 18V 10 11 12 13 14 V in - Khối điều khiển quạt: Sử dụng IRF540 để cung cấp điện áp vào quạt tản nhiệt Điện áp cung cấp vào quạt phụ thuộc vào điện áp phân cực V I R F N / T O cực G IRF540 - Khối tản nhiệt: Gồm nhôm tản nhiệt quạt 2.3 Sơ đồ nguyên lý U1 J3 U4 V in V re f VCC R5 RD RW 150p R4 POT 19 20 VCC V R E F /2 C L K IN C LKR RD WR CS DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 IN T R 18 17 16 15 14 13 12 11 VCC IN T R 39 38 37 36 35 34 33 32 19 18 C R Y S TA L V C C /V R E F AD C 0804 31 40 P 0 /A D P /A D P /A D P /A D P /A D P /A D P /A D P /A D P /A P /A P 2 /A P /A 1 P /A P /A P /A P /A P P 1 P P P P P P P /R X D P /TX D P /IN T P 3 /IN T P /T0 P /T1 P /W R P /R D X1 X2 ALE PSEN 21 22 23 24 25 26 27 28 10 11 12 13 14 15 16 17 RD RW IN T R 30 29 EA RST VCC 8051 VCC J14 nguon 18v 18V VS+ VO U T L M /T O V in VC C 18V 10 11 12 13 14 V re f C5 + IN -IN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 IR F N /TO m o to r K1 K2 K3 K4 10 11 12 A B C D E F G H K K K K 7SEG X J13 C O N 5 D VC C D K1 D D D D 5D U VO U T V IN 18V XX/T O 2.3.1 Nguyên lý hoạt động Nhiệt độ thiết bị nhận biết qua IC LM35 Đầu IC LM35 thay đổi 10mV tương ứng với thay đổi 1oC thiết bị Điện áp đầu LM35 đưa qua chân đầu vào LM324 để thực khuếch đại mức điện áp riêng biệt 2.3.1.1 Phần ADC Điện áp đầu LM35 đưa vào chân số LM324 khuếch đại lên lần để đưa vào chân số ADC0804 Lý phải nhân điện áp mạch, ADC0804 điều chỉnh cho thay đổi đầu vào 20mV đầu thay đổi bit ADC0804 thực chhuyển đổi từ tín hiệu điện tương tự sang tín hiệu số bit để đưa vào cổng P1 VĐK 89C52 VĐK thực lấy liệu từ cổng P1: Đầu tiên 89C52 tạo xung chân P3.6 vào chân WR(3) để điều khiển ADC thực chuyển đổi từ liệu tương tự số Sau ADC chuyển đổi xong, chân INTR(5) ADC mức đưa chân P3.7 báo hiệu chuyển đổi thành công Khi 89C52 nhận tín hiệu báo chuyển đổi từ tương tự sang số thành công, VĐK đưa mức chân P3.5 vào chân RD(2) ADC thông báo việc nhận liệu, sau đưa bit liệu từ cổng P1 vào ghi A Sau VĐK thực việc chuyển đổi từ liệu hexa bit sang mã BCD chuyển đổi từ BCD sang mã LED Cuối cùng, VĐK thực chương trình hiển thị LED đoạn, hiển thị nhiệt độ thiết bị 2.3.1.2 Phần điều khiển quạt 10 K2 K3 K4 Mosfet Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) Transistor đặc biệt có cấu tạo hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta biết Mosfet thường có công suất lớn nhiều so với BJT Đối với tín hiệu chiều coi khóa đóng mở Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa hiệu ứng từ trường để tạo dòng điện, linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại nguồn tín hiệu yếu 2.4.8 Biến trở 2.4.9 LM35 51 Được chế tạo từ vật liệu bán dẫn, đo nhiệt độ nằm dải từ -55 đến +150 độ C Bản chất diode ổn áp Đã tích hợp nhiều thứ bên trong: Mạch ổn áp, mạch định dòng cho Diode, mạch bù ZERO LM35 có mạch bù nên độ C điện áp 0V.Cứ 1độ áp tăng lên 10mv 2.4.10 Led 2.4.11 Công tắc reset 52 2.4.12 Quạt 2.4.13 LM324 53 Sơ đồ chân: Nếu cho vào cổng (+) (cổng 3, 5, 10, 12) điện áp lớn điện áp cổng (-) (cổng 2, 6, 9, 13) cổng (cổng 1, 7, 8, 14) mức dương, ngược lại mức Nhớ cấp nguồn cho Opamp cổng 11 Begin Khởi tạo giá trị ban đầu Goi chương trình điều khiển ADC (CDOI) CHƯƠNG : XÂY PHẦN MỀMđổiVÀ HOÀN THIỆN Goi DỰNG chương trình chuyển số HEX sang BCD(HEX_BCD) HỆ THỐNG 3.1 Lưu đồ chương trình Gọi chương trình chuyển đổi số BCD sang led đoạn (BCD_7DOAN) Gọi chương trình hiển thị (HIENTHI) 54 End 55 3.2 Lưu đồ chương trình 3.2.1.Chương trình chuyển đối ADC Begin Tạo sườn xuống chân P3.6 báo chuyển đổi ADC S Chuyển Đ đổi xong ? (chân P3.7 =0)? Đ chốt liệu lưu liệu chuyển đổi ADC vào ghi A END 56 3.2.2 Chương trình chuyển đổi số HEX sang BCD Begin Tách số hàng chục hàng đơn vị ghi A Lưu giá trị hàng chục, hàng đơn vị vừa tách vào ô nhớ 10h 11h End 57 3.2.3 Chương trình chuyển đổi BCD sang mã led đoạn Begin Lấy địa lưu mã led vào ghi DPTR Lấy số hàng chục địa 11h cộng với địa mã led mã led hàng chuc lưu vào ô nhớ 23h Lấy số hàng đơn vị địa 10h cộng với địa mã led mã led hàng chuc lưu vào ô nhớ 22h Lưu mã led ký hiệu độ C vào ô nhớ 20h 21h End 3.2.4 Chương trình hiển thị Begin Lấy mã led hàng chục hàng đơn vị, mã led ký hiệu độ C quét hiển thị lên led tương ứng End 58 3.3 Mô máy tính Đây mạch mô chạy phần mềm proteus 3.4 Triển khai thực tế 3.4.1 Sơ đồ mạch in 59 3.4.2 Mạch thực tế Đây sản phẩm sau hoàn thành đồ án 3.4.3 Mạch in 60 3.4.4 Dịch nạp chương trình cho vi điều khiển Chương trình viết ngôn ngữ Assembly, sau dùng phần mềm Keil C để dịch file Hex Dùng mạch nạp SP180S để nạp file hex vào vi điều khiển 8051 3.4.5 Kiểm tra gỡ rối Ban đầu độ ổn định ADC 0804 không cao, nhiệt độ hiển thị bị dao động nhanh xung quanh nhiệt độ cần đo, bị chênh lệch 1ºC 2ºC Sau chỉnh lại code tăng thời gian hiển thị lên Led thanh, sau 1s hiển thị lần dẫn đến tránh nhấp nháy Led 61 KẾT LUẬN Qua đồ án giúp em có kiến thức thực tế không đơn giản lý thuyết Qua đây, em hi vọng rằng, em tất bạn khác phát huy khả thực tế thân qua lý thuyết lớp Cảm ơn thầy Nguyễn Thành Trung giúp đỡ em, để em hoàn thành tốt đồ án Tuy cố gắng để hoàn thành đồ án cách tốt tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận quan tâm, góp ý giúp đỡ thầy cô bạn để đồ án hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn chúc tất bạn thành công… 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Vi Điều Khiển _ Tác giả Th.Phạm Hùng Kim Khánh [2] Tài liệu hướng dẫn Thực Tập Vi Điều Khiển _ Biên soạn Th.Trần Nhật Khải Hoàn, KS.Trần Hữu Danh [3] Giáo trình MẠCH XUNG _ Biên soạn Th.Lương Văn Sơn, KS.Nguyễn Khắc Nguyên [4] Giáo trình MẠCH SỐ _ Tác giả Th.Nguyễn Trung Lập [5] Giáo trình MẠCH TƯƠNG TỰ _ Tác giả KS Trương Văn Tám [6] http://alldatasheet.com/ [7] http://www.dientuvienthong.net/diendan/index.php [8] http://www.dientuvietnam.net/forums/ PHỤ LỤC 63 - Mã nguồn chương trình: ORG 0000H CLR C TD: LCALL CDOI LCALL HEX_BCD LCALL BCD_7DOAN LCALL HIENTHI SJMP TD CDOI: CLR P3.6 SETB P3.6 HERE: JNB P3.7,HERE CLR P3.5 MOV A,P1 RET HEX_BCD: MOV B,#10 DIV AB MOV 10H,B MOV 11H,A RET BCD_7DOAN: MOV DPTR,#900H MOV A,10H MOVC A,@A + DPTR MOV 22H,A MOV A,11H MOVC A,@A + DPTR MOV 23H,A MOV 21H,#09CH MOV 20H,#0C6H RET HIENTHI: MOV R0,#23H MOV A,#0FEH MOV R7,#04 64 HT: MOV P0,@R0 MOV P2,A LCALL DELAY MOV P2,#0FFH DEC R0 RL A DJNZ R7,HT RET DELAY: MOV 7FH,#255 DJNZ 7FH,$ RET ORG 900H DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END -Nội dung đĩa CD kèm theo: • Bản word báo cáo đồ án • Chương trình nguồn • Các vẽ sơ đồ 65 [...]... tăng tốc độ quay Ngược lại khi nhiệt độ thiết bị giảm thì quạt sẽ quay chậm Và nếu thiết bị có nhiệt độ dưới 30oC thì quạt sẽ ngừng quay do điện áp cực G của IRF540 quá nhỏ khiến điện áp UDS nhỏ, không đủ điện áp để quạt quay 2.4 Các linh kiện sử dụng trong mạch 2.4.1 Vi điều khiển 8051 AT89S52 11 AT89C51 2.4.1.1 Giới thiệu chung: MCS-51 là họ vi điều khiển của hãng Intel Vi mạch tổng quát của họ MCS-51.. .Điện áp của LM35 được đưa vào chân số 5 của LM324 khuếch đại 20 lần dùng để phân cực cho transistor IRF540 Vậy ứng với sự thay đổi nhiệt độ của thiết bị 1oC thì VG thay đổi 200mV Cực D của IRF540 được mắc trực tiếp lên nguồn 18V, cực S được mắc vào quạt tản nhiệt Khi nhiệt độ tăng, điện áp phân cực tại cực G tăng, dẫn đến độ dẫn của transistor tăng, điện áp đi vào quạt tăng khiến quạt tăng... đã cho ra phiên bản Flash ROM và UVRAM - Bộ vi điều khiển AT8951 của Atmel Corporation: AT8951 là phiên bản 8051 có ROM trên chip là bộ nhớ Flash Phiên bản này rất thích hợp cho các ứng dụng nhanh vì bộ nhớ Flash có thể được xóa trong vài giây Dĩ nhiên là để dùng AT8951 cần phải có thiết bị lập trình PROM hỗ trợ bộ nhớ Flash nhưng không cần đến thiết bị xóa ROM vì bộ nhớ Flash được xóa bằng thiết bị. .. Như bảng thông số trên ta thấy 8051 là một trường hợp riêng của 8052 Mọi chương trình viết cho 8051 đều có thể chạy được trên 8052 nhưng điều nguợc lại có thể là không đúng - Bộ vi điều khiển 8751: Chip 8751 chỉ có 4KB bộ nhớ UV-EPROM trên chip Để sử dụng chip này cần phải có thiết bị lập trình PROM và thiết bị xoá UV-EPROM Do ROM trên chip của 8751 là UV-EPROM, nên cần phải mất khoảng 20 phút để xoá... xuất/nhập điều khiển việc xuất nhập dữ liệu duới dạng song song giữa trong và ngoài chip thông qua các port P0, P1, P2, P3 - Serial port: Port nối tiếp điều khiển việc xuất nhập dữ liệu duới dạng nối tiếp giữa trong và ngoài chip thông qua các chân TxD, RxD - Timer 0, Timer 1: Bộ định thời 0, 1 dùng để định thời gian hoặc đếm sự kiện (đếm xung) thông qua các chân T0, T1 - Bus control: Điều khiển bus điều khiển. .. nối với thạch anh hoặc mạch dao động tạo xung clock bên ngoài, cung cấp tín hiệu xung clock cho chip hoạt động • • XTAL1 ngõ vào mạch tạo xung clock trong chip XTAL2 ngõ ra mạch tạo xung clock trong chip Lưu ý: fTYP=12MHz fTYP (MHz): tần số danh định ♦ Chân RST: - RST (Reset): thiết lập lại, chân số 9 - Chức năng: •Là tín hiệu cho phép thiết lặp (đặt) lại trạng thái ban đầu cho hệ thống •Là tín hiệu... xuất nhập (I/O port) 8 bit •2 bộ định thời 16 bit Mạch giao tiếp nối tiếp •Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng lẻ) •210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit •Nhân / Chia trong 4 µs Ngoài ra, trong họ MCS-51 còn có một số chip vi điều khiển khác có cấu trúc tương đương như 12 2.4.1.2 Các phiên bản của chip vi điều khiển 8051: - Bộ vi điều khiển 8031: 8031 là một phiên bản khác của họ 8051... trình cần thiết cho 8031 8051 có chương trình được chứa ở ROM trên chip bị giới hạn đến 4KB, còn ROM ngoài của 8031 thì có thể lên đến 64KB Tuy nhiên, để có thể truy cập hết bộ nhớ ROM ngoài thì cần dùng thêm hai cổng (Port 0 và Port 2) , do vậy chỉ còn lại có hai cổng (Port 1 và Port 3) để sử dụng Nhằm khắc phục vấn đề này, chúng ta có thể bổ sung thêm cổng vào/ra cho 8031 - Bộ vi điều khiển 8052:... (vấn đề này được trình bày ở phần kế tiếp) - Khi lập trình cho ROM trong chip thì Port 2 đóng vai trò là ngõ vào của địa chỉ byte cao (A8 – A11) và các tín hiệu điều khiển ♦ Port 3: - Port 3 (P3.0 – P3.7) có số chân từ 10 – 17 - Port 3 có hai chức năng: •Port xuất nhập dữ liệu (P3.0 – P3.7) không sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc các chức năng đặc biệt •Các tín hiệu điều khiển có sử dụng bộ nhớ ngoài hoặc... Ngõ vào ngắt ngoài 0 Ngõ vào ngắt ngoài 1 Ngõ vào của bộ định thời/đếm B5H 0 Ngõ vào của bộ định thời/đếm B6H B7H 1 điều khiển ghi vào RAM ngoài điều khiển đọc từ RAM ngoài ♦ Chân PSEN\: - PSEN (Program Store Enable): cho phép bộ nhớ chương trình, chân số 29 - Chức năng: •Là tín hiệu cho phép truy xuất (đọc) bộ nhớ chương trình (ROM) ngoài •Là tín hiệu xuất, tích cực mức thấp PSEN\ = 0 trong thời gian ... cần quan tâm Tản nhiệt giúp làm mát cho thiết bị điện tử hoạt động Nhận thức tầm quan trọng vấn đề nên em tiến hành nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử”, với... cần quan tâm Tản nhiệt giúp làm mát cho thiết bị điện tử hoạt động Nhận thức tầm quan trọng vấn đề nên em tiến hành nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử”, với... án tốt nghiệp cho 1.3 Các vấn đề cần giải toán Bài toán thiết kế mạch hiển thị nhiệt độ điều khiển quạt tản nhiệt cho thiết bị điện tử đặt yêu cầu sau: - Cảm biến nhiệt độ thiết bị điện tử - Lập