đồ án sử dụng cổng kết nối rs232 giao tiếp hai pic16f877a qua lcd hien thị nhiệt độ qua đó điều khiển còi quat tư động bật khi quá ngưỡng 50c Khi nhiệt độ môi trường tác động vào bộ cảm biến, bộ cảm biến sẽ thu nhận rồi gửi tín hiệu đến khối chuyển đổi ADC dưới dạng điện tương tự trong PIC. Ở đây ADC có nhiệm biến đổi tín hiệu tương tự đó thành tín hiệu số và gửi cho khối vi điều khiển. Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ 55℃150℃ ứng với các mức điện áp ra khác nhau.Ví dụ:Với nhiệt độ 0℃ thì ở ngõ out của LM35 sẽ có điện áp là 0mVVới nhiệt đô 50℃ thì ngõ out của LM35 sẽ có điện áp là 500mVKhối vi điều khiển xử lý tín hiệu rồi đưa ra ngoài thông qua khối hiển thị màn hình LCD hiển thị nhiệt độ của môi trường.Ngoài ra vi điều khiển còn điều khiển phát ra tín hiệu để loa báo động cho người dùng biết qua đó đóng mở quạt khi có quá ngưỡng nhằm giảm nhiệt độ xuống cho thích hợp với người dùng.Như sơ đồ khối trên được thiết kế khi nhiệt độ hiển thị từ 0℃49℃ thì led xanh báo hiệu nhiệt độ đang hoạt động trong vùng cho phép. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên quá 49℃ thì còi bắt đầu hú phát ra âm thanh báo hiệu nhiệt độ quá ngưỡng và led đỏ sáng.Nhằm giảm nhiệt độ môi trường, thì lúc này quạt được điều chỉnh tự động bật khi nhiệt độ quá 49℃. Người dùng có thể điều chỉnh quạt ở chế độ ONOFF bằng tay thì thực hiện qua nút bấm. Khi người dùng muốn reset lại hệ thống thì có thể nhấn nút reset nhằm khởi tạo lại toàn bộ quá trình làm việc.Thao tác thu nhận tín hiệu, xử lý tín hiệu cũng như điều khiển hệ thống được thực hiện bởi sự giao tiếp của hai vi điều khiển PIC 16F877A thông qua kết nối RS 485.
Trang 1
ĐỀ TÀI NHÓM
“ĐO VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ DÙNG LED 7 ĐOẠN ĐIỀU KHIỂN
QUẠT LÀM MÁT QUÁ NHIỆT”
MỤC LỤC Chương I: Nguyên lí hoạt động của hệ thống vi điều khiển
Chương II: Tính chọn linh kiện sử dụng trong hệ thống
Chương III: Mô phỏng hệ thống
Chương IV: Chế tạo mạch thực tế
Chương V: Kết luận.
GIỚI THIỆU CHUNG
Với sự phát triển chóng mặt của khoa học công nghê trong những thậpniên gần đây đã làm thay đổi nhiều mặt trong cuộc sống chúng ta đặc biệt làngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa các thiết bị điện ngày càng đa dạng
và phong phú trong hoạt động đời sống và sản xuất Trong lĩnh vực điều khiển,
từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹthuật điều khiển hiên đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các điềukhiển lắp ráp bằng linh kiên rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ tin cậy cao,công suất tiêu thụ nhỏ
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rải trongcác thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày cao của conngười như các máy tự động, đồng hồ báo thức, các loại đèn quang báo,… đãgiúp cho đời sống của chúng ta ngày càng cải thiên và hiện đại, tiện nghi hơntrước
Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phổ biến, nó đáp ứng được nhu cầucủa nhiều ngành, lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa,…
Với tính chất ưu việt trên đề tài này nhóm em sử dụng vi điều khiển để
đo và hiển thị nhiệt độ điều khiển quạt làm mát quá nhiệt
Mặc dù đã rất cố gắng thiết kế và làm mạch nhưng do thời gian ngắn vànăng lượng có hạn nên vẫn còn sai sót Em mong thầy và các bạn góp ý để bổsung kiến thức còn thiếu
Trang 2
CHƯƠNG I NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG
VI ĐIỀU KHIỂN
I Giới thiệu về vi điều khiển
1.Gi i thi u chung v vi đi u ới thiệu chung về vi điều ệu chung về vi điều ề vi điều ề vi điều khi n và ng d ng ển và ứng dụng ứng dụng ụng
1.1.1Giới thiệu chung về vi điều khiển
Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller là mạch tích hợp trên mộtchip có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống Theocác tập lệnh của người lập trình, bộ vi điêu khiển tiến hành đọc, lưu trữ thôngtin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó vv.1.1.2 ng ứng d ngụng c a các h th ng vi đi u khi nủa các hệ thống vi điều khiển ệ thống vi điều khiển ống vi điều khiển ều khiển ển
Nhìn chung vi đi u khi n có th dùng trong thi t k các lo i máyều khiển ển ển ết kế các loại máy ết kế các loại máy ại máytính nhúng Máy tính nhúng có trong h u h t các thi t b t đ ng, thongầu hết các thiết bị tự động, thong ết kế các loại máy ết kế các loại máy ị tự động, thong ự động, thong ộng, thongminh ngày nay Chúng ta có th dùng vi đi u khi n đ thi t k b đi uển ều khiển ển ển ết kế các loại máy ết kế các loại máy ộng, thong ều khiểnkhi n cho s n ph m nh :ển ản phẩm như: ẩm như: ư:
Trong các sản phẩm dân dụng
-Nhà thông minh: Cửa tự động, khóa số, tự động điều tiết ánhsáng thông minh, điều khiển các thiết bị từ xa, điều tiết hơi ẩmvànhiệt độ, không khí, gió,hệ thống nhà thông minh…
-Trong quảng cáo:Các loại quảng cáo nháy chữ, quảng cáo matrận led, điều khiển máy cuốn bạt quảng cáo…
Trang 3-Máy chụp chiếu
Các sản phẩm công nghiệp
-Điều khiển động cơ-Điều khiển số-Đo lường
- Cân bằng tải, cân toa xe…
-Máy cán thép: điều khiển động cơ máy cán, điều khiển máyquấn thép
- Làm bộ điều khiển trung tâm cho Robot…
2 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐÔNG CỦA HỆ THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN PIC ĐO VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ
2.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Trang 4
Hình 1.3 Sơ đồ khối của hệ thống
ĐÈN BÁO
HI UỆU
NÚTRESET
HI NỂNTHỊNHI TỆUĐỘ
VI
ĐI U ỀU KHI NỂN
C MẢM
BI NẾNNHI TỆUĐỘ
DOMINO
CÒINÚT
B MẤM
5V DCNGU N ỒN
Trang 5
2.2 Chi ti t t ng kh i trong s đ nh sau: ết từng khối trong sơ đồ như sau: ừng khối trong sơ đồ như sau: ối trong sơ đồ như sau: ơ đồ như sau: ồ như sau: ư sau:
2.2.1 Kh i c m bi n nhi t đống vi điều khiển ản phẩm như: ết kế các loại máy ệ thống vi điều khiển ộng, thong
Khối cảm biến có chức năng thu nhận tín hiệu tương tự( nhiệt độ môi trường) rồi gửi đến khối chuyển đổi ADC dưới dạng điên
2.2.2 Kh i x lýống vi điều khiển ử lý
Khối xử lý có chức năng tiếp nhận tín hiệu ADc dưới dạng điên gửi đến sau đó xử lý để đưa ra khối hiển thị và điều khiển các hoạt động đóng cắt của các thiết bị như: còi, đèn báo hiệu, quạt
2.2.3 Kh i hi n thống vi điều khiển ển ị tự động, thong
Khối hiển thị có chức năng hiển thị kết quả đo Có thể hiện qua màn hìnhLCD, LED7 đoạn hoặc LED đơn…
2.2.4Qu t làm mátại máy , đèn báo hi u còiệ thống vi điều khiển
Đèn báo hi u, còi có ch c năng báo đ ng âm thanh và ánh sáng cho ệ thống vi điều khiển ứng ộng, thong
bi t nhiêt đ tăng ho c gi m quá ngết kế các loại máy ộng, thong ặc giảm quá ngưỡng cho phép cho người dùng biết ản phẩm như: ư:ỡng cho phép cho người dùng biếtng cho phép cho ngư:ời dùng biếti dùng bi tết kế các loại máy Quạt được điều khiển bởi vi điều khiển có chức năng đóng cắt quạt để làmmát nhiêt độ đối tượng cần đo
2.2.5 Kh i ngu nống vi điều khiển ồn
Ngu n 12v đồn ư:ợc nhận từ acquy qua bộ chuyển đổi IC 7805 thành c nh n t acquy qua b chuy n đ i IC 7805 thành ận từ acquy qua bộ chuyển đổi IC 7805 thành ừ acquy qua bộ chuyển đổi IC 7805 thành ộng, thong ển ổi IC 7805 thành ngu n 5vồn
Ngu n 12v cung c p cho qu t làm mátồn ấp cho quạt làm mát ại máy
Ngu n 5v đồn ư:ợc nhận từ acquy qua bộ chuyển đổi IC 7805 thành c cung c p cho vi đi u khi n, led, …ấp cho quạt làm mát ều khiển ển
2.3 Nguyên lý hoạt động của sơ đồ:
Trang 6
Khi nhiệt độ môi trường tác động vào bộ cảm biến, bộ cảm biến sẽ thu nhận rồi gửi đến khối chuyển ADC dưới dạng điện tương tự Ở đây ADC có nhiệm biến đổi tín đổi tín hiệu tương tư đó thành tín hiệu số và gửi cho khối vi điều khiển VD: với nhiệt độ 0°C thì ở ngõ out của LM35 sẽ có điện áp là 0mV với nhiệt đô 50°C thì ngõ out của LM35 sẽ có điện áp là 50mV
Khối vi điều khiển xử lý tín hiệu rồi đưa ra ngoài thong qua khối hiển thị led 7 đoạn
Trang 7
CHƯƠNG II : TÍNH CHỌN LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG
1 Giới Thiệu Các Linh Kiện Trong Hệ Thống
1.1 PIC16F877A
Hình 2 1 Pic 16F877A
.Hình 2.2 Sơ đồ nối chân Pic 16F877A
- Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có
độ dài 14 bít.Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock.Tốc độhoạt động tối đa cho phép là 20MHz với một chu kỳ lệnh là 200ns.Bộ nhớ
Trang 8
chương trình 8Kx14 bít, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệuEEPROM với dung lượng 256x8 byte.Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O
- Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:
+ Timer0: bộ đếm 8 bít với bộ chia tần số 8 bít
+ Timer1: bộ đếm 16 bít với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựavào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep
+ Timer2: bộ đếm 8 bít với bộ chia tần số, bộ postcaler
+ Hai bộ Capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung
+ Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP, SPI và I2C
+ Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bít địa chỉ
+ Cổng giao tiếp song song PSP với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bênngoài
- Các kênh Analog:
+ 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bít.Hai bộ so sánh
- Bên cạnh đó là một 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
+ 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
2 chọn tụ cho xung dao động thạch anh
Dùng thạch anh 20MH vì tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn là các mạch dao động RC Để tăng độ ổn định tần số , người ta dung thêm 2 tụ nhỏ cỡ 33pH, tụ bù nhiệt ổn tần
3 nguồn cung cấp cho vi điều khiển
ngu n cung c p sẽ là ngu n 5V, vi đi u khi nồn ấp cho quạt làm mát ồn ều khiển ển PIC16F877A có đ n hai ết kế các loại máychân c pấp cho quạt làm mát ngu n VCC và hai chân GND ồn
ta ph i c p ngu n vào t t c các chân ngu n trên, nh v y thì vi đi u ản phẩm như: ấp cho quạt làm mát ồn ấp cho quạt làm mát ản phẩm như: ồn ư: ận từ acquy qua bộ chuyển đổi IC 7805 thành ều khiểnkhi n m i ho t đ ngển ới hoạt động ại máy ộng, thong đư:ợc nhận từ acquy qua bộ chuyển đổi IC 7805 thành c Và m ch nguyên lí sau khi c p ngu n nh ại máy ấp cho quạt làm mát ồn ư:hình 1.2
4 chon điên tr qua nút resetở qua nút reset
Trang 9
Bây giờ là mạch reset cho vi điều khiển sử dụng chế độ reset từ chân MCLR của vi điều khiển (chân số 1) Ta đã biết vi điều khiển sẽ được reset khi chân MCLR chuyển từ mức logic 1 xuống mức logic 0 và ta sử dụng một công tắc cơkhí để thực hiện viêc chuyển đổi đó, như vậy ta mới có thể tác động cho vi điều khiển reset bằng tay Lại một câu hỏi nữa,
phải thiết kế mạch như thế nào để thưc hiện được công việc đó? Dễ thôi, ta có thể thiết kế như hình 1.4 Bình thường công tắc hở, chân MCLR của vi điều khiển mang mức logic 1 (vì
được nối với nguồn qua điện trở hạn dòng R1) Điện trở R1 phải có giá trị nhỏ hơn 40K để bảo đảm điện áp cung cấp cho vi điều khiển Khi ấn công tắc, chân MCLR được nối với GND nên mang mức logic 0, khi đó vi điều khiển sẽ được reset
1.2 Led 7 Đoạn 4 Chữ Số
Hình 2.3 Led 7 đoạn 4 chữ số
- LED 7 đoạn là một công cụ thông dụng được dùng để hiển thị các thông sốdưới dạng các số từ 0 đến 9.Mặc dù công cụ LCD giúp ta thể hiện các thông sốmột cách linh động hơn nhưng LED 7 đoạn vẫn được sử dụng nhiều trong công nghiệp
- Có hai loại LED 7 đoạn, đó là loại Anode chung (cực Anode của các LEDđược nối chung với nhau) và loại Cathode chung (cực Cathode của các LEDđược nối chung với nhau)
- LED 7 đoạn bao gồm 7 đoạn LED được đánh dấu là các kí tự a, b, c, d, e, f, g
và một dấu chấm thập phân kí hiệu là dp.Ta có thể xem LED 7 đoạn là một tổhợp gồm 8 LED.8 LEDnày có một đầu (Anode hoặc Cathode) được nối chung
và được bố trí theo mộtqui tắc nhất định dùng để hiển thị các chữ số thập phân
- Tùy theo từng loại LED mà ta có các phương pháp điều khiển các LED trong
tổ hợp đó sáng tắt một cách thích hợp.Đối với loại Anode chung, một LED sẽ
Trang 10
được bật sang nếu mức logic đưa vào chân điều khiển đoạn LED đó là mứclogic 0.Đối với loại Cathode chung, một LED sẽ được bật sang nếu mức logicđưa vào chân điều khiển đoạn LED đo là mức logic 1
-Led 7 đoạn 4 chữ số gồm 4 led 7 đoạn đơn nối chung
Hình 2.4 Sơ đồ nối chân trong led 7 đoạn 4 chữ số
Hình 2.5 Sơ đồ mô phỏng Led 7 đoạn với Pic 16F877A
1 tính điện trở qua led
Trang 11=200ohm Chọn điện trở tiêu chuẩn 220ohm
2 tính chọn transistor cho led
Trong mạch nguyên lý này người ta chọn transistor pnp hoạt động ở chế độ bão hòa
1.3 Cảm biến LM35
Hình 2.6 Cảm biến nhiệt độ LM35
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt, mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp
đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh
Đặc điểm chính của cảm biến LM35
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
+ Công suất tiêu thụ là 60uA
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khácnhau Xét một số mức điện áp sau :
Trang 12
- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV
- Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ
Với LM35, bạn có thể tự tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ sử dụng LM35
và tự động ngắt điện khi nhiệt độ vượt ngưỡng tối đa, đóng điện khi nhiệt độ thấp hơn ngưỡng tối thiểu thông qua module rơ le
LM 35 có 3 chân Chân 1(Vs) là chân cấp nguồn dương Vcc cỡ (4-2V) chọn nguồn 5V chân 2(GND) là chân nối mass Chân 3(Vout) là chân xuất điện áp sau khi chuyển đổi từ nhiệt độ sang
LM35 thay đổi nhiệt độ nhanh và chính xác
Hình 2.7 Sơ đồ mô phỏng cảm biến LM35 với Pic 16F877A
1.4 Rơ-Le Đóng Cắt
Trang 13
Hình 2.8 Rơ-le đóng cắt
Điện áp điều khiển: 12V
Dòng điện cực đại: 10A
Thời gian tác động: 10ms
Thời gian nhả hãm: 5ms
Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC
Relay 5 chân SRD-12VDC là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản.
Nó gồm 2 phần chính là cuộn hút và các tiếp điểm Cấu tạo của relay được mô
tả trong hình
Trang 14
Hình 2.9 Sơ đồ nối dây của Rơ-le đóng cắt
Chân 1 và chân 2 được nối vào cuộn hút, khi có điện vào cuộn hút sẽ hút tiếp điểm chuyển từ vị trí 4 xuống tiếp điểm 5
Chân 3: đặt điện áp(nếu là loại Relay 12V thì đặt 12V DC vào đây)
Chân 4, chân 5: tiếp điểm
Các led này sang khi được cấp áp cỡ 2V, dòng 10-20mA
Trang 15
Hình 2.10 Led đơn báo hiệu
Ưu điểm: Có hiệu suất phát sáng cao hơn bóng sợi đốt
Mầu sắc: LED có thể phát ra màu sắc như ý muốn mà không cần bộ lọc màu theo phương pháp truyền thống
Kích thước: Kích thước của bóng LED rất nhỏ (có thể nhỏ hơn 2 mm2) vì vậy
Trang 16
Hình 2.12 Còi báo hiệu DC 5V
Hình 2.13 Sơ đồ cấu tạo còi DC-5VCác thông số của còi DC-5V:
Trang 17
Hình 2.14 Sơ đồ mô phỏng còi báo DC với Pic 16F877A
1.7 Quạt
Hình 2.15 Quạt làm mát DC 12V
Trang 18đánh giá hiện tại: 0,24& Plusmn; 10% amp
đánh giá tốc độ: 2000& Plusmn; 10% rpm
Lưu lượng không khí: 42,3 cfm
Hình 2.16 Sơ đồ mô phỏng quạt làm mát DC 12V với Pic 16F877A
Trang 19
1.8 Ổn áp 7805
Hình 2.17 Ổn áp 7805Các thông số của ổn áp 7805:
- LA7805 IC ổn áp 5V
- Dòng cực đại có thể duy trì 1A
- Dòng đỉnh 2.2A
- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dung tản nhiệt: 2W
- Công suất tiêu tán nếu dung tản nhiệt đủ lớn: 15W
Trang 20
Hình 2.18 Sơ đồ mô phỏng đo nhiệt độ dùng LM35 hiển thị trên Led 7 đoạn
Trang 21
2 chọn tụ cho xung dao động thạch anh
Dùng thạch anh 20MH vì tần số của thạch anh tạo ra rất ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ hơn là các mạch dao động RC Để tang độ ổn định tần số , người ta dung thêm 2 tụ nhỏ cỡ 33pH, tụ bù nhiệt ổn tần
3 cách tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35
Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách LM35 ADC Vi điều khiển PIC
Hay X = Read_adc()/2,048(đơn vị oC)
4 chọn giá trị điện trở của nút nhấn:
Chọn R = 10k Ω
5 tính điện trở dòng qua loa
Như hình vẽ
6