Điều khiển quạt theo nhiệt độ
BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN QUẠT THEO NHIỆT ĐỘ GVHD: PHẠM QUANG TRÍ Tp Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2012 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN (CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN) NHẬN XÉT (GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN) LỜI NĨI ĐẦU Kỹ thuật vi điểu khiển phát triển, ứng dụng vào nhiều lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp, tự động hóa, đời sống nhiều lĩnh vực khác so với kỹ thuật số kỹ thuận vi điều khiển nhỏ gọn nhiều tích hợp lại có khả lập trình để điều khiển Nên tiện dụng động Với tình ưu việt vi điều khiển phạm vi đồ án nhỏ này, em dùng vdk để đo nhiệt độ mơi trường thơng qua khiều khiển quạt đồng thời hiển thị LCD Mục đích đề tài hướng đến: tạo bước đầu cho sinh viên thử nghiệm ứng dụng vdk thực tiễn để từ tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác đời sống hàng ngày cần đến Việc thực xong đồ án mơn học kiến thức học, số sách tham khảo số nguồn tài liệu khác nhâu nên khơng tránh khỏi thiết sót Vì nhóm mong góp ý thầy bạn LỜI CẢM ƠN Trong q trình thực đồ án, nhờ giúp đỡ, bảo thầy khoa giáo viên hướng dẫn,nhóm hồn thành phần đồ án Những khúc mắc q trình làm đồ án, chúng em thầy phân tích hướng dẫn giải đáp cụ thể Chúng em chân thành cảm hướng dẫn tận tình thầy khoa Tuy nhiên, khơng tránh khỏi thiếu sót, mong thầy cố đóng góp bổ sung cho đồ án chúng em hồn chỉnh Nhóm xin chân thành cảm ơn PHỤ LỤC LỜI MỞ ĐẦU TRANG CHƯƠNG 1: TỔNG QT THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUN LÝ .2 CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN .3 3.1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 3.2 CODE LẬP TRÌNH CHƯƠNG 4: CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 11 4.1 QUẠT ĐIỆN .11 4.1.1 Cấu Tạo 11 4.1.2 Ngun Lý Hoạt Động 11 4.2 CẢM BIẾN NHIỆT 11 4.2.1 Ngun Lý Hoạt Động Chng Của Ic Nhiệt Độ .12 4.2.2 Đặc Tính Của Lm35 12 4.3 KHỐI LCD 13 4.4 KHỐI NGUỒN 15 4.5 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 15 4.5.1 Sơ Đồ Khối Pic16F877a 15 4.5.2 Các Thơng Số Chung Của Pic16f877a 17 4.5.3 ADC 18 4.6 NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA SƠ ĐỒ KHỐI .22 TÀI LIÊU THAM KHẢO 23 CHƯƠNG 1: TỔNG QT THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO ĐỒ ÁN CẢM BIẾN QUẠT NGUỒN 220V KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM LCD PIC16F877A KHỐI NGUỒN CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUN LÝ Các vi mach linh kiện chi tiết sử dụng đồ àn này: • • • • • • Trong khối cản biển có LM35 Trong khối lcd,sử dụng lcd LM16 02x16 Trong khối động ac sử sụng quạt diện Trong khối sử xý trung tâm : PIC16F877A Khối nguồn sử dụng máy biens áp loại nhỏ 220V Ngồi linh kiện chi tiết thường dùng điện trở 1k,4 điện trở 10k,;3 transistor C1815;3 led;3 realay loại chân(12V);4 nút nhấn;và tụ điện SƠ ĐỒ MẠCH IN 10 CHƯƠNG 4: CẤU TẠO VÀ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TỪNG VI MẠCH 4.1.QUẠT ĐIỆN 4.1.1 C ấ u t o -Stato: Phần cố định cấu tạo sắt từ mỏng ghép lại với tạo thànhmạch từ có rãnh thẳng Trên Stato có cuộn chạy cuộn đề đặc lệch mộtgóc điện 900, tức cuộn dây cuộn đề đặt hai cuộn dây kế cận cuộn chạyvà cuộn đề mắc nối tiếp với tụ điện -Roto: phần quay 4.1.2.Ngun lý hoạt động Khi cho dòng điện vào quạt từ trường tạo hai cuộn chạy cuộn đề hợp thànhtừ trường quay nhờ lệch pha gữa hai dòng điện hai cuộn Từ trường quay nàytác động lên roto làm phát sinh dòng điện ứng chạy roto.Dòng điện ứng tác dụng từ trường quay tao moment quay làm quay rototheo chiều từ trường quay.Tốc độ quay quạt xác định: n=60f/p Trong đó:f: tần số dòng điện nguồn điện P: Số cặp cực từ Tốc độ quạt tang dần nhờ cuộn số với số vòng khác Số vòng tăng tốc độ quạt mạnh Thơng thường có cuộn số điều khiển tốc độ quạt cuộn số 1,2,3 Với số vòng dây tăng dần.cuộn số cho động quạt quay chế độ thấp nhất,cuộn số cho quạt quay tốc độ cao Nguồn cung cấp cho quạt hoạt động nguốn xoay chiều 220v Trong ứng dung để máy quạt hoạt động ta dùng relay(loại chân) mắc tương ứng cho số tương ứng quạt relay nhân tín hiệu tự chân ngõ từ pic 16F877A relay tương ứng lấy nguồn từ khối nguồn 220v cung cấp cho quạt hoạt động với tốc độ tương ứng dựa cuộn số 19 4.2.CẢM BIẾN NHIỆT LM35 4.2.1.Ngun lý hoạt động chung IC nhiệt độ IC đo nhiệt độ mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính nhạy bán dẫn với nhiệt độ, tạo điện áp dòng điện tỷ lệ cần đo Sự tác động nhiệt độ tạo điện tích tự lỗ trống chất bán dẫn phá vỡ phân tử, bứt electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo xuất lỗ trống làm cho tỷ lệ điện tử tự lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ 4.2.2 Đặc tính LM35(xem hình minh họa bên dưới) • • • • • • • Đơn vị đo trực tiếp celcius(centigrade) Hệ số tỉ lệ tuyến tính 10.0 mV/°C Sự bảo đảm xác 0.5°C(tại +25°C) Dãy hoạt động từ −55° tới +150°C Thích hợp cho ứng dụng điều khiển Hoạt động 4v tới 30v Dòng cấp vào < 60 μA Hình hình Trong hình ta thấy chân só chân nguồn,chân chân mass, chân chân đưa tín hiệu cung câp cho chân RA3(AN3) PIC 16F877A Vai trò LM35 ứng dụng đo nhiệt độ bên ngồi mơi trường gửi cho cổng AN3 vi điều khiển 20 Để LM35 hoạt động ta kết nối chân tương ứng hình Với chân 1(Vs) nối với nguồn 5v chân 2(GND) nối mức 0v cuối chân nối với pin RA3(AN3) 4.3.KHỐI LCD Chức chân modul LCD(16x2) 21 Đặc tính chung: Nguồn cung cấp 5v(hoặc 3v) Chu kì bổn phân 1/16 22 B/L điều khiển pin1, pin2, hay pin 15, pin16 hay A.K(LED) Dựa vào bảng datasheet ta có kiểu kết nối cho LCD sau: Chân 1, chân 16 nối mass Chân 2, chân 15 nối nguồn 5v Chân nối biến trở 10k dùng để tùy chỉnh độ ánh sàng hình Chân 4(RS) lựa chọn ghi lệnh hay ghi liệu, chân 5(R/W) ghi vào LCD module hay đọc từ lcd module , chân 6(E) tín hiệu cho phép LCD hoạt động Cả chân nối với pin port D(RD1-RD3) Các chân 11-chân 14 chân đường liệu nối với pin port D RD4RD7 với vai trò truyền nhận liệu khối LCD khối xử lý trung tâm 4.4 KHỐI NGUỒN Máy biến áp: Chuyển đổi từ nguốn điện áp xoay chiều 220 ban đầu thành nguồn áp dòng điện thấp phân pháp cho vi mạch nhỏ ứng dụng này,với mức điện áp chuyển đổi 7v,9v,110v… 4.5 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM(PIC16F877A) 4.5.1 Sơ đồ khốipic 16F877A 23 24 4.5.2 Các Thơng Số Chung Của Pic 16f877a Đây vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh thực thi chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép 20 MHz với chu kì lệnh 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, nhớ liệu 368x8 byte RAM nhớ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O với 33 pin I/O Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức sau: Timer0: đếm bit với chia tần số bit Timer1: đếm 16 bit với chia tần số, thực chức đếm dựa vào xung clock ngoại vi vi điều khiển hoạt động chế độ sleep Timer2: đếm bit với chia tần số, postcaler Hai Capture/so sánh/điều chế độ rông xung Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI I2C 25 Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với bit đòa Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với chân điều khiển RD, WR, CS bên Các đặc tính Analog: kênh chuyển đổi ADC 10 bit Hai so sánh Bên cạnh vài đặc tính khác vi điều khiển như: Bộ nhớ flash với khả ghi xóa 100.000 lần Bộ nhớ EEPROM với khả ghi xóa 1.000.000 lần Dữ liệu nhớ EEPROM lưu trữ 40 năm Khả tự nạp chương trình với điều khiển phần mềm Nạp chương trình mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua chân Watchdog Timer với dao động Chức bảo mật mã chương trình Chế độ Sleep Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác 4.5.3 ADC ADC (Analog to Digital Converter) chuyển đổi tín hiệu hai dạng tương tự số PIC16F877A có ngõ vào analog (RA4:RA0 RE2:RE0) Hiệu điện chuẩn VREF lựa chọn VDD, VSS hay hiệu điện thể chuẩn xác lập hai chân RA2 RA3 Kết chuyển đổi từ tín tiệu tương tự sang tín hiệu số 10 bit số tương ứng lưu hai ghi ADRESH:ADRESL Khi không sử dụng chuyển đổi ADC, ghi sử dụng ghi thông thường khác Khi trình chuyển đổi hoàn tất, kết lưu vào hai ghi ADRESH:ADRESL, bit (ADCON0) xóa cờ ngắt ADIF set Qui trình chuyển đổi từ tương tự sang số bao gồm bước sau: Thiết lập thông số cho chuyển đổi ADC: Chọn ngõ vào analog, chọn điện áp mẫu (dựa thông số ghi 26 ADCON1) Chọnh kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0) Chọnh xung clock cho kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0) Cho phép chuyển đổi AD hoạt động (thanh ghi ADCON0) Thiết lập cờ ngắt cho AD Clear bit ADIF Set bit ADIE Set bit PEIE Set bit GIE Đợi trình lấy mẫu hoàn tất Bắt đầu trình chuyển đổi (set bit ) Đợi trình chuyển đổi hoàn tất cách: Kiểm tra bit Nếu =0, trình chuyển đổi hoàn tất Kiểm tra cờ ngắt Đọc kết chuyển đổi xóa cờ ngắt, set bit (nếu cần tiếp tục chuyển đổi) Tiếp tục thực bước cho trình chuyển đổi Hình 27 Hình Sơ đồ khối chuyển đổi ADC Cần ý có hai cách lưu kết chuyển đổi AD, việc lựa chọn cách lưu điều khiển bit ADFM minh họa cụ thể hình sau: 28 Hình Các cách lưu kết chuyển đổi AD Các ghi liên quan đến chuyển đổi ADC bao gồm: INTCON (đòa 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép ngắt (các bit GIE, PEIE) PIR1 (đòa 0Ch): chứa cờ ngắt AD (bit ADIF) PIE1 (đòa 8Ch): chứa bit điều khiển AD (ADIE) ADRESH (đòa 1Eh) ADRESL (đòa 9Eh): ghi chứa kết chuyển đổi AD ADCON0 (đòa 1Fh) ADCON1 (đòa 9Fh): xác lập thông số cho chuyển đổi AD PORTA (đòa 05h) TRISA (đòa 85h): liên quan đến ngõ vào analog PORTA PORTE (đòa 09h) TRISE (đòa 89h): liên quan đến ngõ vào analog PORTE 4.6 NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA SƠ ĐỒ KHỐI Để cấp tín hiệu cho động quạt hoạt động ta dùng transistor C1815(thơng dụng) mắc theo kiểu CE(khuếch đại dòng áp nhung cho tin hiệu ngược pha) nhằm tăng dòng áp từ tin hiệu nhận pin PORTC lên nhiều lần để đủ cung cấp cho relay hoạt động ổn định.do dòng cac pin PORT tương đối thấp khoảng 20-25mA.lên phải dùng mạch khuếch đại kiểu CE 29 Trong mạch khuếch đai kiểu CE ta mắc thêm diode cục C C1815 nhằm cho tín hiệu chiều lớn 5v qua từ cấp tín hiệu cho relay hoạt động bên cạnh mắc relay cực C ta mắc thêm song song điện trở 1k nối tiếp với LED để nhận biết tín hiệu mức cao xuật relay 30 Ngồi vi mạch ta mắc thêm nút nhấn tương ứng với pin PORTB nhằm điều khiển quạt chế độ tay Các nút nhấn này, đầu mắc xuống mass, đầu mắc với điện trở kéo lên nguồn 5v đồng thời kết nối với pin PORTB tương ứng RB0-RB3.khi nút nhấn nhẫn tương ứng tốc độ quạt thay đổi tương ứng 31 KẾT LUẬN Trong q trình làm đồ án chúng em mắc nhiều thiếu sót, chưa tính tốn giá trị xác linh kiện đồ án, chưa tính tốn xác kích thước bảng mạch cần dùng mà hầu hết ước chừng đốn ngồi chúng em chưa hiểu rõ nhiều sơ đồ khối cấu tạo vi điều khiển 16F877A ngun lý hoạt động quạt điện, bù lại sau làm xong đồ án chúng em rút học kinh nghiệm q báu, bổ ích để làm tốt cho đồ án lần sau 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO Các thực hành Thí nghiệm VI XỬ LÝ(PHẠM QUANG TRÍ) DATASHEET LM35 DATASHEET LCD-016M002B PIC16F87XA.DATA SHEET PICmicro™.Mid-Range MCU FamilyReference Manual 33 [...]... 220v cung cấp cho quạt hoạt động với tốc độ tương ứng dựa trên cuộn số 19 4.2.CẢM BIẾN NHIỆT LM35 4.2.1.Ngun lý hoạt động chung của IC nhiệt độ IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ cần đo Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích... thì có 3 cuộn số trong bộ điều khiển tốc độ quạt là cuộn số 1,2,3 Với số vòng dây lần lượt tăng dần.cuộn số 1 cho động cơ quạt quay ở chế độ thấp nhất,cuộn số 3 cho quạt quay ở tốc độ cao nhất Nguồn cung cấp cho quạt hoạt động được là nguốn xoay chiều 220v Trong ứng dung này để máy quạt hoạt động được thì ta dùng 3 relay(loại 5 chân) mắc tương ứng cho 3 cuốn số tương ứng của quạt khi một trong 3 con... trường quay nàytác động lên roto làm phát sinh dòng điện ứng chạy trong roto.Dòng điện ứng dưới tác dụng của từ trường quay tao ra moment quay làm quay rototheo chiều từ trường quay.Tốc độ quay của quạt được xác định: n=60f/p Trong đó:f: tần số dòng điện của nguồn điện P: Số cặp cực từ Tốc độ quạt được tang dần nhờ 3 cuộn số với số vòng lần lượt khác nhau Số vòng càng tăng thì tốc độ quạt càng mạnh Thơng... dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler Hai bộ Capture/so sánh /điều chế độ rông xung Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C 25 Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit đòa chỉ Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài Các đặc... dụng này là đo nhiệt độ bên ngồi mơi trường rồi gửi cho cổng AN3 của vi điều khiển 20 Để LM35 hoạt động được thì ta kết nối các chân tương ứng như hình 2 Với chân 1(Vs) nối với nguồn 5v chân 2(GND) nối mức 0v và cuối cùng là chân 3 nối với pin RA3(AN3) 4.3.KHỐI LCD Chức năng các chân của modul LCD(16x2) 21 Đặc tính chung: Nguồn cung cấp 5v(hoặc 3v) Chu kì bổn phân 1/16 22 B/L được điều khiển bởi pin1,... trống làm cho tỷ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ 4.2.2 Đặc tính của LM35(xem hình minh họa bên dưới) • • • • • • • Đơn vị đo trực tiếp là celcius(centigrade) Hệ số tỉ lệ tuyến tính là 10.0 mV/°C Sự bảo đảm chính xác là 0.5°C(tại +25°C) Dãy hoạt động từ −55° tới +150°C Thích hợp cho các ứng dụng điều khiển Hoạt động được 4v tới 30v Dòng cấp vào < 60 μA Hình 1 hình... tốc độ của quạt cũng thay đổi tương ứng 31 KẾT LUẬN Trong q trình làm đồ án chúng em vẫn còn mắc nhiều thiếu sót, đó là chưa tính tốn giá trị chính xác của các linh kiện trong đồ án, chưa tính tốn được chính xác kích thước của bảng mạch cần dùng mà hầu hết chỉ ước chừng và phỏng đốn ngồi ra chúng em cũng chưa hiểu rõ nhiều về sơ đồ khối và cấu tạo của vi điều khiển 16F877A và ngun lý hoạt động của quạt. .. vài đặc tính khác của vi điều khiển như: Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần Bộ nhớ EEPROM với khả 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... ngõ vào analog ở PORTE 4.6 NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA SƠ ĐỒ KHỐI Để cấp tín hiệu cho động cơ quạt hoạt động thì ta dùng 3 transistor C1815(thơng dụng) mắc theo kiểu CE(khuếch đại dòng và áp nhung cho tin hiệu ra ngược pha) nhằm tăng dòng và áp từ tin hiệu nhận được của các pin của PORTC lên nhiều lần để đủ cung cấp cho relay hoạt động ổn định.do dòng của cac pin của các PORT là tương đối thấp khoảng 20-25mA.lên... một chiều và lớn hơn 5v đi qua rồi từ đó cấp tín hiệu cho relay hoạt động bên cạnh mắc relay ở cực C thì ta còn mắc thêm song song một điện trở 1k nối tiếp với LED để nhận biết tín hiệu mức cao xuật hiện ở mỗi con relay 30 Ngồi ra trong vi mạch này ta mắc thêm các nút nhấn tương ứng với các pin của PORTB nhằm điều khiển quạt ở chế độ bằng tay Các nút nhấn này, một đầu được mắc xuống mass, một đầu được