ĐIỀU KHIỂN ĐÈN PHÒNG VÀ THEO DÕI NHIỆT ĐỘ PHÒNG QUA MÁY TÍNH

Đồ Án Tốt Nghiệp Đề Tài: ĐIỀU KHIỂN ĐÈN PHÒNG VÀ THEO DÕI NHIỆT ĐỘ PHÒNG QUA MÁY TÍNH MỤC LỤC GVHD: Thầy Phạm Quang Trí GVHD: Thầy Phạm Quang Trí CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỒ ÁN “ĐIỀU KHIỂN ĐÈN PHÒNG VÀ THEO DÕI NHIỆTĐỘ PHÒNG QUA MÁY TÍNH ” GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích chương  Khái quát mục đích yêu cầu cần thực đề tài  Mô tả đề tài  Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài 1.1.2 Các chủ đề trình bày chương  Mục đích – yêu cầu  Giới thiệu đề tài  Phạm vi nghiên cứu MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU: Thiết kế, lắp ráp phần cứng, viết phần mềm cho hệ thống điều khiển đèn phòng theo dõi nhiệt độ phòng qua máy tính Hệ thống có khả điều khiển đèn sáng tắt đo nhiệt độ môi trường qua giao tiếp cổng COM máy tính điều khiển giao diện chương trình Visual Basic Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển sáng tắt đèn dùng cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ môi trường đưa giá trị lên máy tính Từ điều khiển đèn phòng sáng tắt theo ý muốn người dùng xem giá trị nhiệt độ trực tiếp phòng qua máy tính Thực đề tài vừa hội để tìm hiểu nhiều hơn, rõ ràng hơn, ứng dụng PIC 16F877A cảm biến nhiệt độ DS18B20 linh kiện khác thực tế Bên cạnh đó, cho thấy việc ứng dụng quan trọng GVHD: Thầy Phạm Quang Trí máy tính vào công nghệ sống Đồng thời học hỏi thêm kinh nghiệm việc thiết kế lắp ráp mạch điện tử GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI: Tên đề tài:“ĐIỀU KHIỂN ĐÈN PHÒNG VÀ THEO DÕI NHIỆT ĐỘ PHÒNG QUA MÁY TÍNH” Từ mục đích yêu cầu đề tài, chúng em xây dựng hướng cho đề tài sau: • Sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A làm chip điều khiển trung tâm • Dùng cảm biến nhiệt DS18B20 để đo nhiệt độ môi trường • Sử dụng giao tiếp USART với máy tính để hiển thị nhiệt độ phòng đo điều khiển đèn phòng • Khi nhiệt độ phòng vượt ngưỡng định ngắt điện toàn phòng Về chi tiết, phần sau đề tài trình bày rõ ràng GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI: Trong phạm vi đề tài thiết kế thi công mạch với chức đo nhiệt độ phòng bật tắt đènphòng với hỗ trợ PIC 16F877A cảm biến nhiệt độ DS18B20 Chức đề tài điều khiển đèn phòngvà dùng DS18B20 đonhiệt độ môi trườngthông qua chức xử lý PIC16F877A, việc điều khiển giá trị nhiệt độ hiển thị trực tiếp máy tính GVHD: Thầy Phạm Quang Trí CHƯƠNG II CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích chương • Đưa linh kiện sử dụng đồ án • Chi tiết sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức linh kiện • Ứng dụng linh kiện mạch để làm ? 2.1.2 Các chủ đề trình bày 2.2 • Cảm biến nhiệt độ DS18B20 • PIC 16F877A • Giao diện điều khiển, theo dõi qua máy tính Cảm biến nhiệt độDS18B20 2.2.1 Khái quát cảm biến nhiệt độ DS18B20 DS18B20 sản phẩm công ty Dallas (Mĩ), công ty đóng góp nhiều vào việc cho đời bus dây cảm biến dây Hình dạng bên cảm biến DS18B20 mô tả hình vẽ sau: GVHD: Thầy Phạm Quang Trí DS18B20 có chân chính: chân cấp nguồn chân out tín hiệu digital Hình dạng bên cảm biến dây DS18B20 mô tả hình vẽ, dạng vỏ TO-92 với chân dạng thường gặp dùng nhiều ứng dụng, dạng vỏ SOIC với chân dùng để đo nhiệt độ bề mặt, kể da người Những thông số DS18B20: • DS18B20 nhiệt kế số có độ phân giải 9-12 bit giao tiếp với vi điều khiển trung tâm thông qua dây (1 wire communication: dây thông tin liên lạc) • DS18B20 hoạt động với điện áp từ 3V-5.5V • Nó đo nhiệt độ tầm -55 0C - 1250C(-670F – 2570F) với độ xác +-0.50C • Mỗi DS18B20 có Serial code 64bits nhất, điều cho phép kết nối nhiều IC đường bus Chuẩn wire có đặc điểm sau: - Chỉ có master hệ thống - Giá thành thấp - Tốc độ đạt dược tối đa 16kbps - Khoảng cách truyền xa 300m - Lượng thông tin trao đổi nhỏ 2.2.2 Sơ đồ khối cảm biến DS18B20: GVHD: Thầy Phạm Quang Trí 2.2.3 Thanh ghi liệu Mỗi IC DS18B20 có mã 64bit riêng biệt bao gồm: bit Family code, 48 bit serial code bit CRC code lưu Rom Các giá trị giúp phân biệt IC với bus Giá trị Family code DS18B20 28h giá trị CRC kết trình kiểm tra 56 bits trước Tổ chức nhớ Scratchpad: Bộ nhớ DS18B20 bao gồm ghi 8bits Byte lưu giá trị nhiệt độ chuyển đổi Byte lưu giá trị ngưỡng nhiệt độ (giá trị lưu điện) Byte ghi cấu hình cho hoạt động DS18B20 Byte 5,6 không sử dụng Byte ghi đọc lưu giá trị CRC từ byte đến byte Dữ liệu byte 2,3,4 ghi thông qua lệnh Write Scratchpad [4Eh] liệu truyền đến DS18B20 với bit LSB byte 2, sau ghi liệu có GVHD: Thầy Phạm Quang Trí thểđược đọc lại thông qua lệnh Read Scratchpad [BEh] đọc Scratchpad bit LSB byte gửi trước tất byte đọc, ghi byte 2,3 Để chuyển giá trị TH TL từ nhờ vào EEPROM cần gửi lệnh Copy Scratchpad [48h] đến DS1820 Và liệu từ EPROM chuyển vào ghi TH,TL thông qua lệnh Recall E2 [B8h] 2.2.4 Trao đổi liệu vi điều khiển DS18B20 thông qua ba bước sau: Bước 1: Khởi tạo Quá trình khởi tạo bao gồm xung reset vi điều khiển master gửi đến slave DS1820, sau xung presence từ DS18B20 gửi đến vi điều khiển, để diện vi điều khiển vàDS18B20 trình hoạt động trao đổi liệu bắt đầu Bước2: Lệnh điều khiển ROM Các lệnh làm việc với 64bits serial code ROM, lệnh phát sau trình khởi tạo Lệnh cho phép vi điều khiển biết có thiết bị thiết bị loại bus Bước3: Lệnh điều khiển DS1820 Sau vi điều khiển định địa thiết bị cần giao tiếp thông qua lệnh ROM, vi điều khiển gửi lệnh điều khiển hoạt động DS1820 Những lệnh cho phép vi điều khiển ghi đọc liệu từ nhờ Scratchpad DS1820, bắt đầu trình chuyển đổi nhiệt độvà xác định chế độ cấp nguồn Có lệnh điều khiển ROM:  SEARCH ROM [F0h]: Khi hệ thống bắt đầu hoạt động, vi điều khiển sử dụng lệnh để kiểm tra code ROM tất thiết bị có bus cho phép vi điều khiển biết số thiết bị loại thiết bị bus Nếu bus có thiết bị sử dụng lệnh Read_ROM thay cho lệnh Search_ROM Sau trình Search_ROM cần phải quay lại trình khởi tạo để reset hệ thống  READ ROM [33h]: Lệnh sử dụng có thiết bị bus Lệnh cho phép vi điều khiển đọc 64bit ROM code thiết bị Nếu GVHD: Thầy Phạm Quang Trí bus có nhiều thiết bị lệnh gây xung đột bus liệu thiết bị  MATCH ROM [55h]: Lệnh theo sau 64 bit ROM code cho phép vi điều khiển định địa thiết bị cần giao tiếp Chỉ thiết bị có ROM code phù hợp trả lời, thiết bị lại đợi xung reset  SKIP ROM [CCh]: Lệnh cho phép vi điều khiển gửi đồng thời đến tất thiết bị bus mà không cần thông tin ROM Code Ví dụ, muốn gửi lệnh Convert_T đến tất thiết bị bus, ta gửi lệnh Skip_ROM sau gửi lệnh Convert_T Tương tự vậy, theo sau lệnh Skip_ROM lệnh Read_Scratchpad liệu DS1820 đọc về, lưu ý lệnh thực bus có thiết bị, bus có nhiều thiết bị gây xung đột bus  ALARM SEARCH [ECh]: Lệnh gần giống với lệnh Search_ROM, lệnh tác động đến thiết bị mà cờ alarm bật lên trả lời Lệnh cho phép xác định thiết bị mà nhiệt độ đo vượt qua ngưỡng nhiệt độ, sau lệnh thực thi vi điều khiển phải lập lại trình khởi tạo 2.2.5 Cách Đọc Giá Trị Nhiệt Độ - Bên DS18B20 có chuyển đổi giá trị nhiệt độ sang giá trị số lưu thi nhớ scratchpad Độ phân giải nhiệt độ đo cấu hình chế độ bits, 10bits, 11bits, 12bits Ở chế độ mặc định DS18B20 hoạt động độ phân giải 12bits - Để bắt đầu trình đọc nhiệt độ, chuyển đổi từ giá trị tương tự sang giá trị số vi điều khiển gửi lênh Convert T [44h], sau chuyển đổi xong giá trị nhiệt độ lưu ghi nhiệt độ nhớ scratchpad IC trở trạng thái nghỉ GVHD: Thầy Phạm Quang Trí điều khiển hoạt động chế độ sleep Ngoài chế độ Slave mode không quan tâm tới bit SREN Khi bit CREN (cho phép nhận chuỗi liệu) set trước lệnh sleep thực thi, word liệu tiếp tục nhận, sau nhận xong bit ghi RSR chuyển liệu vào ghi RCREG bit RCIF set Nếu bit RCIE (cho phép ngắt nhận) set trước đó, ngắt thực thi vi điều khiển “đánh thức, đếm chương trình đến địa 0004h chương trình ngắt thực thi Các bước cần tiến hành nhận liệu giao diện USART đồng Slave mode: Cho phép cổng giao tiếp USART bất đồng (set bit SYNC, SPEN clear bit CSRC) Nếu cần sử dụng ngắt nhận liệu, set bit RCIE Nếu liệu truyền nhận có định dạng bit, set bit RX9 Set bit CREN phép trình nhận liệu bắt đầu Sau liệu nhận, bit RCIF set ngắt kích hoạt (nếu bit RCIE set) Đọc giá trị ghi RCSTA để đọc bit liệu thứ kiểm tra xem trình nhận liệu có bị lỗi không Đọc bit liệu từ ghi RCREG Nếu trình truyền nhận có lỗi xảy ra, xóa lỗi cách xóa bit CREN Nếu sử dụng ngắt nhận cần set bit GIE PEIE (thanh ghi INTCON) Các ghi liên quan đến trình nhận liệu giao diện USART đồng Slave mode: Thanh ghi INTCON (địa 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): chứa bit cho phép toàn ngắt (bit GIER PEIE) Thanh ghi PIR1 (địa 0Ch): chứa cờ hiệu RCIE Thanh ghi PIE1 (địa 8Ch): chứa bit cho phép ngắt RCIE Thanh ghi RCSTA (địa 18h): xác định trang thái trình nhận liệu GVHD: Thầy Phạm Quang Trí Thanh ghi RCREG (địa 1Ah): chứa liệu nhận Thanh ghi TXSTA (địa 98h): chứa bit điều khiển SYNC BRGH Thanh ghi SPBRG (địa 99h): điều khiển tốc độ baud CHƯƠNG III SƠ ĐỒ KHỐI – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 3.1 3.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích chương • Xây dựng sơ đồ khối với chức cụ thể • Thiết kế sơ phần cứng thực chức mạch 3.1.2 Các chủ đề trình bày chương • Sơ đồ khối tổng quát • Sơ đồ nguyên lý hoạt động • Giải thích nguyên lý hoạt động SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT : GVHD: Thầy Phạm Quang Trí GVHD: Thầy Phạm Quang Trí 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : 3.3GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : 3.3.1 Khối điều khiển bóng đèn : Sơ đồ nguyên lý : GVHD: Thầy Phạm Quang Trí Nguyên lý hoạt động : Lúc đầu TB1 TB2 mức transistor Q1 Q2 ngưng dẫn, dòng qua cuộn cảm rờ-le RL1 RL2 nên rờ -le không hoạt động Khi TB1 TB2 mức transistor Q1 Q2 dẫn Lúc có dòng điện vào cuộn cảm rờ-le RL1 RL2 nên rờ-le hoạt động 3.3.2 Khối vi xử lý PIC16F877A: Sơ đồ nguyên lý: GVHD: Thầy Phạm Quang Trí Giải thích kết nối:  Chân PIC nối với ngõ DS18B20 để nhận liệu nhiệt độ thay đổi  Chân 25, 26 kết nối với khối giao tiếp máy tính để xuất tín hiệu lên hình máy vi tính  Chân 33, 34 nối với khối điều khiển bóng đèn Giải thuật sử lý liệu PIC 16F877A :  Xử lý liệu sau nhận từ DS18B20  Dữ liệu xử lý vi điều khiển PIC  Sau liệu đưa vào khối giao tiếp máy tính  Kết cuối hiển thị máy tính từ điều khiển việc sáng tắt bóng đèn phòng theo dõi giá trị nhiệt độ phòng 3.3.3 Khối cảm biến DS18B20: Sơ đồ nguyên lý: Giải thích kết nối : GVHD: Thầy Phạm Quang Trí Cắm bus vào DS18B20 có đường dây: dây tín hiệu , dây nguồn dây mass 3.3.4 Khối giao tiếp với máy tính: Sơ đồ nguyên lý : Nguyên lý hoạt động:  Max 232 nhận liệu từ PIC thông qua chân 11, 12  Sau liệu truyền qua cổng COM chân 13, 14 CHƯƠNG IV CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH LẮP RÁP PHẦN MẠCH 4.1 PHẦN CỨNG : 4.1.1: Dụng cụ sử dụng:  Phần mềm ocard  Đồng hồ VOM  Mỏ hàn, chì , kiềm…  Mạch in, linh kiện GVHD: Thầy Phạm Quang Trí 4.1.2 Thi công lắp ráp mạch: 4.1.2.1 Phân tích sơ đồ nguyên lý: Mạch nguyên lý mạch in vẽ phần mềm Proteus, mạch in thiết kế lớp để dây đơn giản, kích thước mạch nhỏ gọn 4.1.2.2 Gia công mạch: Sau phân tích sơ đồ nguyên lý vẽ mạch in, ta đem ngâm mạch tiến hành khoan lỗ đặt chân linh kiện Sau ráp linh kiện vào vị trí theo sơ đồ nguyên lý Tiến hành hàn chân linh kiện vào mạch in Quá trình cần xác, cẩn thận để tránh làm hỏng linh kiện làm mạch in đẹp 4.1.2.3 Chạy thử cân chỉnh mạch: Cấp nguồn cho mạch,dùng nguồn nhiệt để gần cảm biến xem thử có thay đổi nhiệt độ DS18B20 từ kết luận cảm biến có hoạt động không Nếu giá trị nhiệt độ hiển thị máy tính đèn phòng sáng mạch hoạt động Cảm biến nhiệt bố trí bên bảng mạch để đặt nơi nhạy cảm với nhiệt Trong trường hợp cần nối dài cảm biến, dây tín hiệu dùng loại bọc kim tránh nhiễu 4.2 PHẦN MỀM: Dùng chương trình CCS để viết code cho PIC 16F877A 4.3 CODE PHẦN MỀM CHO MẠCH //DO NHIET DO PHONG VA GIAO TIEP QUA MAY TINH /* ============================================== - Sinh vien: TRAN NHAT QUANG - DO MANH TIEN - VI DIEU KHIEN PIC 16F877A */ #include //truy xuat vao file dinh nghia PIC 16F877A #FUSES NOWDT,HS,PUT,NOPROTECT,NODEBUG, BROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT //cau hinh cho pic #use delay(clock=4M) //tan so thach anh xu dung 4M GVHD: Thầy Phạm Quang Trí #include //fila dinh kem #use rs232(baud=9600, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7, stream=MYPC) // khai bao giao tiep noi tiep rs232 #define TB1 PIN_B0 // THIET BI #define TB2 PIN_B1 // THIET BI #define CB1 254 // ma truyen gia tri nhiet cua cam bien #define CB2 253 // ma truyen gia tri nhiet cua cam bien #define MTB 252 // ma truyen trang thai cua cac thiet bi byte ROM1[8]={0x28,0xC0,0x2F,0xC9,0x03,0x00,0x00,0x58}; // rom cam bien byte ROM2[8]={0x28,0x7A,0x3D,0xC9,0x03,0x00,0x00,0x6F}; // rom cam bien byte tam1,tam2; int8 tmp, TB=0; int16 nguyen,T1,T2; //======================================== #INT_RDA // ngat noi tiep void Receive_isr() //ctc phuc vu ngat noi tiep { TB=getc(); // TB co gia tri du lieu nhan duoc } //======================================== void truyen() // chuong trinh truyen du lieu len may tinh { putc (MTB); putc (TB); // truyen trang thai thiet bi putc (CB1); putc (T1); // truyen nhiet putc (CB2); putc (T2); // truyen nhiet } GVHD: Thầy Phạm Quang Trí //======================================== void main() { enable_interrupts (INT_RDA); // cho phep ngat noi tiep enable_interrupts (GLOBAL); // cho phep ngat while(TRUE) { onewire_reset(); // lenh reset one write onewire_write(0xCC); // lenh Skip Rom onewire_write(0x44); // lenh chuyen doi nhiet delay_ms(750); // tao thoi gian tre cho chuyen doi xong onewire_reset(); // lenh reset one write onewire_write(0x55); // lenh Match ROM write_matchROM(ROM1); // ghi 64 bit rom onewire_write(0xBE); // lenh doc bo nho nhap tam1= onewire_read(); // doc byte dau tien chua gia tri nhiet tam2= onewire_read(); T1 = make16(tam2, tam1); // ghep byte thap cao 16 bit // if (bit_test(T1, 15)) // kiem tra duong am T1 = ~T1 + 1; // neu la so am thi dao nguoc gia tri va cong them tmp = T1&0xF; nguyen = T1 >> ; if (tmp == 0xFF) nguyen = nguyen + 1; T1=nguyen; // onewire_reset(); // lenh reset one write onewire_write(0x55); write_matchROM(ROM2); GVHD: Thầy Phạm Quang Trí onewire_write(0xBE); // lenh doc bo nho nhap tam1= onewire_read(); // doc byte dau tien chua gia tri nhiet tam2= onewire_read(); T2 = make16(tam2, tam1); // ghep byte thap cao 16 bit // if (bit_test(T2, 15)) T2 = ~T2 + 1; tmp = T2&0xF; nguyen = T2 >> ; if (tmp == 0xFF) nguyen = nguyen + 1; // hieu chinh lai phan nguyen nhiet am T2 = nguyen; // if (T1 > 60) // { TB=3; output_high (TB1); // dua chan len muc cao } if (T2 > 60) { TB=4; output_high (TB2); // dua chan len muc cao } if (T1 > 60 && T2 > 60) { TB=0; } if ( TB==0 ) { output_high (TB1); // dua chan len muc cao output_high (TB2); // dua chan len muc cao GVHD: Thầy Phạm Quang Trí } else if ( TB==1 ) output_low (TB1); // dua chan xuong muc thap else if ( TB==2 ) output_low (TB2); // dua chan xuong muc thap else if ( TB==3 ) output_high (TB1); // dua chan len muc cao else if ( TB==4 ) output_high (TB2); // dua chan len muc cao truyen(); }// while (TRUE) }//main Chương trình con: OneWire 1.c #define DQ PIN_A0 //======================================== //======================================== void onewire_reset() { output_low(DQ); delay_us( 500 ); // keo 1-wire xuong thap de reset output_float(DQ); // tha 1-wire len muc cao delay_us( 250 ); // cho 1-wire san sang } GVHD: Thầy Phạm Quang Trí //======================================== int8 onewire_read(void) { int i, value; // khai bao bien dem va bien du lieu for (i=0; i[...]... được đưa vào khối giao tiếp trên máy tính  Kết quả cuối cùng sẽ được hiển thị trên máy tính từ đó điều khiển việc sáng tắt bóng đèn ở các phòng và theo dõi được giá trị nhiệt độ của phòng 3.3.3 Khối cảm biến DS18B20: Sơ đồ nguyên lý: Giải thích kết nối : GVHD: Thầy Phạm Quang Trí Cắm bus 3 vào DS18B20 có 3 đường dây: 1 dây tín hiệu , 1 dây nguồn và 1 dây mass 3.3.4 Khối giao tiếp với máy tính: Sơ...- Nhiệt độ được lưu bên trong DS18B20 được tính ở nhiệt độ Celcius nếu tính ở nhiệt độ Fahrenheit cần phải xây dựng thêm bảng chuyển đổi nhiệt độ Giá trị nhiệt độ lưu trong bộ nhớ gồm 2bytes-16bits: số âm sẽ được lưu dưới dạng bù 2 - Bit cao nhất là bit dấu (S) nếu S=0 thì giá trị nhiệt độ dương và S=1 thì giá trị nhiệt độ âm - Nếu cấu hình độ phân giải là 12bits thì tất... THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : 3.3.1 Khối điều khiển bóng đèn : Sơ đồ nguyên lý : GVHD: Thầy Phạm Quang Trí Nguyên lý hoạt động : Lúc đầu TB1 và TB2 ở mức 1 thì transistor Q1 và Q2 ngưng dẫn, không có dòng qua cuộn cảm rờ-le RL1 và RL2 nên rờ -le không hoạt động Khi TB1 và TB2 mức 0 thì transistor Q1 và Q2 sẽ dẫn Lúc này sẽ có dòng điện vào cuộn cảm của rờ-le RL1 hoặc RL2 nên rờ-le sẽ hoạt động 3.3.2 Khối... hai dạng đồng bộ và bất đồng bộ và được điều khiển bởi thanh ghi PSBRG Ở dạng bất đồng bộ, BRG còn được điều khiển bởi bit BRGH (TXSTA) Ở dạng đồng bộ tác động của bit BRGH được bỏ qua Tốc độ baud do BRG tạo ra được tính theo công thức sau: Trong đó X là giá trị của thanh ghi RSBRG ( X là số nguyên và 0