Thiết Kế Chế Tạo Mạch Đo Nhiệt Độ Và Độ Ẩm Trong Lò Nhiệt Hiển Thị Trên LCD

Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lậptrình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuậtđiện tử.. Giới thiệu về LCD 16TC2

MỤC LỤC

L I NÓI U Ờ ĐẦ 3

CH ƯƠ NG 1: C S LÝ THUY T Ơ Ở Ế 4

1.1 Gi i thi u v LCD 16TC2A ơ ê ê 4

1.1.1: Sơ đồ chân của LCD 16TC2A: 4

1.1.2.Chức năng và nhiệm vụ của các chân 5

1.1.3 Giá trị điện áp 6

1.2.Gi í thi u v PIC 16F877 ơ ê ê 7

1.2.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lí của PIC16F877A 7

1.2.2 Nhận xét 9

1.2.3 Khái quát về chức năng của các port trong vi điều khiển PIC16F877A 9

1.3 Gi i thi u v c m bi n nhi t LM 35 ơ ê ê a ê ê đô 12

1.4 Gi i thi u v c m bi n m DHT11 ơ ê ê a ê đô ẩ 13

1.5 Gi í thi u v ph n t bán d n Triac ơ ê ê ầ ử ẫ 17

1.5.1 Cấu tạo và ký hiệu 17

1.5.2 Đặc tuyến V-A 19

1.6 Các linh ki n i n t th ng ê đ ê ử ụ đô 19

1.6.1 Điện trở 19

1.6.2 Biến trở 20

1.6.3 Tụ điện 21

1.6.4 Diode 23

1.7 Linh ki n i n t tích c c ê đ ê ử ự 25

1.7.1 Giới thiệu về vi mạch TCA 785 25

CH ƯƠ NG 2: T NH CH N LINH KI N Í Ọ Ệ 35

2.1 M ch o m v nhi t ạ đ đô ẩ à ê đô 35

2.1.1 Đo nhiệt đô 35

2.2.1.Chọn Triac và Cầu chì bảo vệ .36

CH ƯƠ NG 3: THI T K M CH Ế Ế Ạ 37

Hinh 8: S kh i c a m ch ơ đô ô u ạ 38

3.1.2 Khối nguồn nuôi 38

3.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch đo đô ẩm và nhiệt đô 39

3.2.1 S kh i ơ đô ô 42

3.2.3 S m ch i u khi n ơ đô ạ đ ê ể 43

43

3.4 Ch ng trinh i u khi n k t n i PIC16F877A v i LM35 v DHT11 ươ đ ê ể ê ô ơ à 50

CH ƯƠ NG 4: K T LU N Ế Â 59

u i m: Ư đ ể 59

T i Li u Tham Kh o à ê a 60

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh

mẽ và nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất lớn củangành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý Với sự phát triển như vũ bão như hiệnnay thì kỹ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý đang xâm nhập vào tất cả các ngànhkhoa học – kỹ thuật khác và đã đáp ứng được hầu hết nhu cầu của người dân

Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả năng lậptrình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuậtđiện tử

Việc ứng dụng các kỹ thuật này vào thực tế sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi

người Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã thực hiện đề tài “Thiết

kế chế tạo mạch đo nhiệt độ và độ ẩm trong lò nhiệt hiển thị trên LCD ”.

Thông qua đề tài này chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tíchlũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên conđường đã chọn trong tương lai

Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ởtrường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình củacác thầy cô giáo,các bạn và đặc biệt là với sự hướng dẫn tận tình của thầy

Nguyễn Viết Ngư chúng em đã hoàn thành được đồ án môn học lần này.

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhưng với kinh nghiệm và khả năng cònhạn chế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậychúng em rất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến quýbáu để đồ án môn học của chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu về LCD 16TC2A

• LCD (Liquid Crytal Direct) TC16C2 là màn hình hiển thị thể lỏng gồm có: + LCD

+Bộ Driver (Mạch điều khiển )

Màn hình LCD và bộ Driver đã được thiết kế tích hợp sẵn với nhau bởi nhà sản xuất, khi sử dụng chỉ cần giao tiếp với bộ Driver qua các chân LCD TC16C2 Là loại màn hình hiển thị được 16 kí tự x2 dòng, bao gồm tất cả các kí tự chuẩn và một số kí tự đặc biệt nhưng không có kí tự có dấu tiếng Việt

1.1.1: Sơ đồ chân của LCD 16TC2A:

Hình 1: Sơ đồ chân của LCD 16TC2A

1.1.2.Chức năng và nhiệm vụ của các chân

chân này với GND của mạch điều khiển

nối chân này với VCC=5V của mạch điều khiển

chân RS với logic “0” (GND) hoặc logic “1” (VCC)

để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh

IR của LCD (ở 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 R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc

được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ởchân E và được 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 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

Điềukiện

Bảng giá trị điện áp của màn hình LCD

1.2.Giơí thiệu về PIC 16F877

1.2.1 Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lí của PIC16F877A

Sơ đồ chân:

Hình 2: Sơ đồ chân của PIC

Sơ đồ nguyên lý:

PORTA gồm có 6 chân Các chân của PortA, ta lập trình để có thể thực hiệnđược chức năng “hai chiều”: xuất dữ liệu từ vi điều khiển ra ngoại vi và nhập dữliệu từ ngoại vi vào vi điều khiển.

Việc xuất nhập dữ liệu ở PIC16F877A khác với họ 8051 Ở tất cả các PORTcủa PIC16F877A, ở mỗi thời điểm chỉ thực hiện được một chức năng :xuất hoặcnhập Để chuyển từ chức năng này nhập qua chức năng xuất hay ngược lại, ta phải

xử lý bằng phần mềm, không như 8051 tự hiểu lúc nào là chức năng nhập, lúc nào

là chức năng xuất

Trong kiến trúc phần cứng của PIC16F877A, người ta sử dụng thanh ghiTRISA ở địa chỉ 85H để điều khiển chức năng I/O trên Muốn xác lập các chân nàocủa PORTA là nhập (input) thì ta set bit tương ứng chân đó trong thanh ghiTRISA Ngược lại, muốn chân nào là output thì ta clear bit tương ứng chân đótrong thanh ghi TRISA Điều này hoàn toàn tương tự đối với các PORT còn lạiNgoài ra, PORTA còn có các chức năng quan trọng sau :

- Ngõ vào Analog của bộ ADC : thực hiện chức năng chuyển từ Analog sangDigital

Thanh ghi TRISB còn được tích hợp bộ điện trở kéo lên có thể điều khiển đượcbằng chương trình.

PORTC

PORTC có 8 chân và cũng thực hiện được 2 chức năng input và output dưới sựđiều khiển của thanh ghi TRISC tương tự như hai thanh ghi trên

Ngoài ra PORTC còn có các chức năng quan trọng sau :

- Ngõ vào xung clock cho Timer1 trong kiến trúc phần cứng

- Bộ PWM thực hiện chức năng điều xung lập trình được tần số, duty cycle:

sử dụng trong điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ v.v…

- Tích hợp các bộ giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART

PORTD

PORTD có 8 chân Thanh ghi TRISD điều khiển 2 chức năng input và outputcủa PORTD tương tự như trên PORTD cũng là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giaotiếp song song PSP (Parallel Slave Port)

PORTE

PORTE có 3 chân Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng là TRISE Cácchân của PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điềukhiển của chuẩn giao tiếp PSP

1.3 Giới thiệu về cảm biến nhiệt độ LM 35

Hình 3: sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM 35 LM35 là cảm biến nhiệt độ analog ,nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM 35

• Đơn vị nhiệt độ : 0C

• Có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo 0C ( 10 mV/0C)

• Có hiệu năng cao,công suất tiêu thụ là 60 uA

• Sản phẩm không cần phải căn chỉnh nhiệt đội khi sử dụng

• Độ chính xác thực tế : 1/4 0C ở nhiệt độ phòng và ¾ 0C ở ngoài khoảng -55

• Chân GND là chân nối mass: Chân này này tránh hỏng cảm biến cũng như làm giảm sai số quá trình đo.

1.4 Giới thiệu về cảm biến độ ẩm DHT11

Giới thiệu:

- DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Nó ra đời sau và được sử dụngthay thế cho dòng SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt

độ và độ ẩm

Hình 4 : Sơ đồ chân Cảm biến DHT11

- DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây

o Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại.

o Khi đã giao tiếp được với DHT11, Cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được

- Bước 1: gửi tín hiệu Start

o MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong khoảng thời gian >18ms Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt

độ và độ ẩm

o MCU đưa chân DATA lên 1, sau đó thiết lập lại là chân đầu vào

o Sau khoảng 20-40us, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40us

mà chân DATA ko được kéo xuống thấp nghĩa là ko giao tiếp được với DHT11

o Chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us Bằng việc giám sát chân DATA, MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 không Nếu tín hiệu đo được DHT11 lên cao, khi đó hoàn thiện quá trình giao tiếp của MCU với DHT

- Bước 2: đọc giá trị trên DHT11

o DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm về dưới dạng 5 byte Trong đó:

§ Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

§ Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

§ Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)

§ Byte 4 : giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)

§ Byte 5 : kiểm tra tổng

ð Nếu Byte 5 = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) thì giá trị độ ẩm và nhiệt độ là chính xác, nếu sai thì kết quả đo không có nghĩa

o Đọc dữ liệu:

Sau khi giao tiếp được với DHT11, DHT11 sẽ gửi liên tiếp 40 bit 0 hoặc 1

về MCU, tương ứng chia thành 5 byte kết quả của Nhiệt độ và độ ẩm

§ Bit 0:

Bit 1:

Sau khi tín hiệu được đưa về 0, ta đợi chân DATA của MCU được DHT11 kéo lên 1 Nếu chân DATA là 1 trong khoảng 26-28 us thì là 0, còn nếu tồn tại 70us là 1 Do đó trong lập trình ta bắt sườn lên của chân DATA, sau đó delay 50us Nếu giá trị đo được là 0 thì ta đọc được bit 0, nếu giá trị đo được

là 1 thì giá trị đo được là 1 Cứ như thế ta đọc các bit tiếp theo

1.5 Giơí thiệu về phần tử bán dẫn Triac

1.5.1 Cấu tạo và ký hiệu

Hình 5: Cấu tạo và ký hiệu của triac

Triac là linh kiện bán dẫn tương tự như hai Thyristor mắc song song ngược,nhưng chỉ có một cực điều khiển Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp Có thẻ

điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫnxung dòng âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển

âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là mở Triac sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn

so với dòng điểu khiển dương Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng củadòng điện qua Triac thì sử dụng dòng điều khiển âm là tốt hơn cả

đủ lớn để bẻ gãy các liên kết của các nguyên tử Sillic trong vùng Kết quả là mộtphản ứng dây chuyền thì T’ mở cho dòng chảy qua

a Khái niệm: Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm vật cản trở dòng

điện theo mong muốn của người sử dụng, đôi khi người ta dùng điện trở để tạo ra

sự phân cấp điện áp ở mỗi vị trí bên trong mạch điện Đối với điệ trở thì nó có khả năng làm việc với cả tín hiệu một chiều (DC) và xoay chiều (AC) và có nghĩa là nókhông phụ thuộc vào tần số của tín hiệu tác động nên nó

Trường hợp đối với một dây dẫn thì trị số điện trở lớn hay nhỏ sẽ phụ thuộcvào vật liệu làm dây dẫn (điện trở suất) và nó tỉ lệ thuận với chiều dài dây, tỷ lệnghịch với tiết diện dây dẫn

1 0 5 W 6 , 8 1 0 W

Điện trở thường Điện trở Công Suất Điện trở Công

b.Phân loại.

- Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ0,125W đến 0,5W

- Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trởnày có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

- Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên than lớp cáchđiện thường bằng sứ, có trị số điện áp thấp nhưng công suất làm việc lớn từ 1Wđến 25W

- Điện trở màng kim loại: Chế tạo theo cách kết lắng màng Ni-Cr

Trở thường

1.6.2 Biến trở.

- Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể dược sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạchđiện

- Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dâydẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt đọ thay đổi bằngcach sthay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác độngkhác như nhiệt độ thay đổi, ánh sang hoặc bức xạ điện từ,…

Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

1.6.3 Tụ điện

a Khái niệm

- Khái niệm: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong

các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạchtruyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

- Hình ảnh tụ điện:

- Tụ phân cực: Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ một lớp chất điệ phânmỏng làm điệjn môi Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao Loại

tụ này có sự phân cực được ghi trên than của tụ, vì thế nếu nối nhầm cực tính thìlớp đijện môi sẽ bị phá hủy làm hư hỏng tụ

- Trong thực tế chúng ta thường gặp các loại tụ như sau:

+ Tụ gốm: Điện môi bằng gốm thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạng đĩa

có tráng kim loại lên bề mặt, trị số từ 1pF - 1μF và có điện áp làm việc tương đốicao

+ Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF – 10nF và thường làm việc ở tần số cao, sai số nhỏ, đắt tiền.

+ Tụ giấy polyste: Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyester có dạng hình trụ,

có trị số từ 1nF - 1μF

+ Tụ hóa (tụ điện phân): Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại đặt trong vỏ nhôm, loại này có điện áp làm việc thấp, kích thước và sai số lớn, trị số điện dung khoảng 0,1 μF – 4700 μF

+ Tụ tan tang: Loại tụ này được chế tạo ở hai dạng hình trụ có đầu ra dọc theo trục

và dạng hình tan tan

Tụ này có kích thước nhỏ nhưng trị số điện dung cũng lớn khoảng 0,1 μF - 100 μF.+ Tụ biến đổi: Là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh

1.6.4 Diode

a Khái niệm: Diode là linh kiện điện tử thụ động, cho phép dòng điện đi qua nó

theo một chiều , sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

• Cấu tạo: Diode bán dẫn được cấu tạo dựa trên chuyển tiếp P – N của hai chấtbán dẫn khác loại Điện cực nối với bán dẫn P gọi là Anot còn điện cực nối với bándẫn N gọi là Katot Trong kỹ thuật điện thường được kí hiệu như sau:

• Nguyên lý hoạt động: Diode sẽ dẫn điện theo hai chiều không giống nhau Nếuphân cực thuận thì diode sẽ dẫn điện gần như bão hòa Nếu phân cực nghịch thìdiode dẫn điện rất yếu, thực chất chỉ có dòng điện rò Nói một cách gần đúng thìxem như diode chỉ dẫn điện một chiều từ Anot sang Katot, và đây chính là đặc tínhchỉnh lưu của Diode bán dẫn.

c Phân loại

- Theo công dụng thì ta có: Diode ổn áp, Diode phát quang, Diode thu quang,

Diode biến dung, Diode xung, Diode tác song, Diode tách sóng

+ Diode phát quang được sử dụng ở điều khiển tivi, đèn led ở biển quảng cáo, nóphát ra ánh sang

+ Diode chỉnh lưu được ứng dụng trong bộ đổi nguồn

+ Diode biến dung được dùng nhiều trong các bộ thu phát sóng điện thoại, sóng cao tần, siêu cao tần

+ Diode tách sóng là loại diode nhỏ, vỏ bằng thủy tinh và còn được gọi là diodetiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránh điện

dung kí sinh, Diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để táchsong tín hiệu.

+ Diode nắn điện: Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu

nguồn AC 50 Hz Diode này thường có 3 loại là: 1A, 2A và 5A

- Diode Zenner có cấu tạo tương tự như diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn

P-N ghép với nhau Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược Khiphân cực thuận Diode zenner như diode thường nhưng khi phân cực ngược DiodeZenner sẽ ghim lại một mức điện áp cố đingj bằng giá trị ghi trên Diode

Diode Zenner

1.7 Linh kiện điện tử tích cực.

1.7.1 Giới thiệu về vi mạch TCA 785.

Giới thiệu chung: Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện 4 chức năng

của một mạch điều khiển: Tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa, so sánh và tạoxung ra TCA 785 do hang Simen chế tạo được sử dụng để điều khiển các thiết bịchỉnh lưu, thiêt bị điều chỉnh dòng xoay chiều

- Có thể hoạt động 3 pha (3 IC).

Sơ đồ cấu tạo

Hình 8 : Sơ đồ cấu tạo bên trong của TCA 785

Dạng sóng dòng điện:

Các thông số của TCA 785:

Thông số Giá trị

Dòng nạp tụ

Biên độ răng cưa

Điện trở mạch nạp

Thời gian sườn ngăn của

xung răng cưa

μAVKΩMs

Tín hiệu cấm vào, chân 6