Tên Đề Tài Thiết Kế Ohmmeter Hiện Thị Số

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MỤC LỤC GIỚI THIỆU CHUNG .5 1.1.Đặt vấn đề 1.2Mục đích, yêu cầu đề tài 3.2.Mô tả hoạt động 50 Đại lượng cần đo đưa vào mạch biến đổi cầu phân áp, biến đại lượng đo thành tín hiệu điện áp tương ứng, tín hiệu điện áp đưa đến chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, sau đưa vào vi xử lý lập trình để tính toán mức lượng tử mà xử lý tương tự - số đọc Kết tính toán xuất hình LCD 16x2 .50 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .57 4.1.Kết luận 57 PHỤ LỤC 58 Sản phẩm thực tế 58 2.Code chương trình 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 LỜI NÓI ĐẦU Ngày phát triển mạnh mẽ mang tính vượt bậc khoa học kỹ thuật làm tảng vững thúc đẩy ngành kinh tế, xã hội người tiến lên tầm cao Gắn liền với phát triển ngành khoa học kỹ thuật ngành kỹ thuật điện tử điện tử công nghiệp có bước phát triển Kỹ thuật vi xử lí phát triển mạnh dựa tiến ngành vật liệu điện tử máy tính điện tử Từ thời gian đầu phát triển kỹ thuật vi xử lí cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu đóng góp phần không nhỏ đáp ứng nhu cầu ước muốn người Trong trình học tập trường ĐHSPKT Hưng Yên kiến thức chung chuyên ngành Thầy khoa Điện - Điện tử nhiệt tình giảng dạy Được hướng dẫn thầy giáo PHẠM NGỌC THẮNG chúng em thiết kế đề tài: “Thiết kế Ohmmeter thị số ”Trong trình nghiên cứu thực đề tài với nhiệt tình giúp đỡ thầy giáo GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHẠM NGỌC THẮNG thầy, cô khoa, nhóm em hoàn thành đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hưng yên ngày … tháng … năm 2011 Nhóm sv: Nguyễn Phúc Huy Nguyễn Trọng Lượng Đoàn Thị Minh Lượng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Hưng Yên, Ngày… tháng năm Giáo viên hướng dẫn: Phạm Ngọc Thắng NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………… ……………………… Hưng Yên, Ngày… tháng năm Giáo viên phản biện: ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tên đề tài : “Thiết kế Ohmmeter thị số ” Nội dung cần hoàn thành: THUYẾT MINH Giới Thiệu Chung Chương I: Các phương pháp đo điện trở R Chương II: Xử lý thông tin đo Chương IV: Thiết kế mạch Ohmmet GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Chương V: Kết luận MÔ HÌNH MẠCH THIẾT KẾ GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Đặt vấn đề Với yêu cầu sản xuất công nghiệp đời sống sinh hoạt hàng ngày việc tính toán cân đo, đếm loại sản phẩm, mặt hàng hay đo lường giá trị, thông số thiết bị hay đo giá trị linh kiện rời lẻ với độ xác đòi hỏi cao, dải trị số đo phải lớn để đáp ứng nhu cầu, tính chất công việc sống sinh hoạt thường ngày Với yêu cầu trên, lĩnh vực Điện tử số ngày đóng vai trò quan trọng ngành công nghiệp lĩnh vực đời sống xã hội Qua thời gian làm việc thực tế công ty với tìm hiểu thực tế chúng em nhận thấy nhu cầu Điện tử số, ứng dụng vi điều khiển,tự động hóa ngày đóng vai trò quan trọng cần thiết Theo với ứng dụng kỹ thuật đo lường vào thiết bị kỹ thuật cao ngày đòi hỏi song song với thiết bị tự động Kỹ thuật đo lường đóng vai trò quan GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC trọng ngành nghề kỹ thuật cao đòi hỏi độ xác công nghệ vi điện tử, số phận viễn thông Ở phạm vi chương trình môn học khả nghiên cứu, với giúp đỡ thầy giáo PHẠM NGỌC THẮNG chúng em tiến hành nghiên cứu thực đề tài: “Thiết kế Ohmmeter thị số ” với mong muốn hiểu sâu kỹ thuật đo lường sử dụng vi điều khiển, từ chúng em trang bị thêm sở tảng cho hướng phát triển nghiên cứu 1.2Mục đích, yêu cầu đề tài Đề tài chúng em thực việc thiết kế, chế tạo mô hình Ohmmeter hiển thị số LCD Dải đo từ đến 10KΩ Trong đồ án chúng em lựa chọn mạch đo điên trở dựa phương pháp biến đổi thẳng nhờ mạch phân áp, tín hiệu điện áp đưa vào chuyển đổi vi điều khiển xử lý thông tin đo Từ suy mục đích, yêu cầu đề tài: * Mục đích: - Nắm phương pháp đo điện trở - Biết ứng dụng Vi Điều Khiển để thiết kế mạch thực tế * Yêu cầu: - Giá trị đo phải xác, có độ sai số nhỏ - Bộ phận hiển thị phải rõ ràng - Mạch điện không phức tạp, hoạt động ổn định GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG I: CƠ SỞ VỀ ĐO ĐIỆN TRỞ Nguyên lý đo điện trở Trong thiết bị điện tử dùng nhiều điện trở loại, cỡ với dải trị số rộng Từ cuộn dây có trị số vài Ôm đến điện trở cách điện hay điện trở rò phiến tụ điện lên tới hàng trăm Mêga Ôm Còn điện trở lẻ có trị số từ vài Ôm đến vài chục Mêga Ôm Có nhiều phương pháp đo điện trở, phương pháp phù hợp với cỡ trị số điện trở cho sai số khác Các phương pháp là: - Phương pháp Vôn mét - Phương pháp Vôn – Ampe mét - Phương pháp Ôm mét - Phương pháp biến đổi thẳng - Phương pháp so sánh Trước hết xem xét tác động thử liền mạch Bất kỳ mạch phải đảm bảo liên tục cho dòng điện chạy qua Vì thử mạch điện GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC xem có liên tục không, để biết có bình thường hay không Người ta dùng nhiều kiểu thử liền mạch để thử mạch điện Kiểu đơn giản mô tả sơ đồ: Nếu chấm hai que đo vào hai đầu mạch mà đèn sáng chứng tỏ liền mạch Kiểu kiểm tra cuộn cảm, điểm tiếp xúc v.v Nếu thay đèn báo điện kế khung quay tốt Khi mạch đo nối tắt chập hai que đo với kim lên hết thang đo Tùy theo điện trở hai que đo lớn hay nhỏ mà dòng điện chạy qua khung đồng hồ nhỏ hay lớn kim thị lên hay nhiều Đó nguyên lý mạch đo điện trở đồng hồ vạn Các phương pháp đo điện trở  Các phương pháp gián tiếp:  Đo điện trở vônmét ampemét  Đo điện trở vônmét điện trở mẫu R0  Đo điện trở Rx ampemét điện trở mẫu (R0)  Các phương pháp trực tiếp: sử dụng Ôm kế (Ohmmeter)  Ôm kế nối tiếp  Ôm kế song song  Phương pháp so sánh  Dùng cầu Wheatstone cân  Dùng cầu Wheatstone không cân 2.1 Đo điện trở vônmét ampemét Dựa vào số ampemét vônmét xác định giá trị điện trở R'x Giá trị thực Rx điện trở cần đo sai số GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Hình (a) ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hình (b) Ở hình (a) Ở hình (b) 2.2.Đo điện trở vônmét điện trở mẫu R0  Điện trở Rx cần đo mắc nối tiếp với điện trở mẫu R0 (có độ xác cao) nối vào nguồn U  Dùng vônmét đo điện áp rơi Rx Ux điện áp rơi điện trở mẫu U0  Dựa giá trị điện áp đo tính giá trị điện trở cần đo Rx GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC  Sai số phép đo điện trở tổng sai số điện trở mẫu R0 sai số vônmét  Sơ đồ mạch đo 2.3 Đo điện trở ampemét điện trở mẫu R0  Điện trở Rx cần đo nối song song với điện trở mẫu R0 mắc vào nguồn cung cấp U  Dùng ampemét đo dòng điện qua Rx Ix dòng qua R0 I0  Dựa giá trị dòng điện đo tính giá trị điện trở cần đo Rx  Sai số phép đo tổng sai số điện trở mẫu R0 sai số ampemét Sơ đồ mạch đo GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 10 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC PIR2.Các bit cho phép ngắt tương ứng chứa hai ghi PIE PIE Khi ngắt đáp ứng, bit GIE xóa cấm tất ngắt khác.Cờ ngắt phải xóa phần mềm trước cho phép lại ngắt.Thông thường, trước thực chương trình phục vụ ngắt, nội dung ghi w status nên lưu lại để bảo đảm an toàn phục hồi trước trở lại chương trình Khuôn mẫu đoạn chương trình thực yêu cầu sau : Movwf _w ; đưa nội dung ghi w vào biến tạm _w Movf status , w Movwf _status ; đưa nội dung ghi status vào biến tạm _status ( thông qua ghi w ) ISR ( chương trình phục vụ ngắt ) Movf _status , w Movwf status Swapf _w Swapf _w , w ; phục hồi ghi trước quay trở lại chương trình 2.2 Bộ chuyển đổi tương tự sang số A/D 16F877A Bộ chuyển đổi tương tự - số có năm ngõ vào thiết bị 28 chân tám thiết bị khác Ngõ vào tương tự lấy mẫu, ngõ mẫu đặt vào biến đổi Bộ biến đổi phát giá trị nhị phân tương ứng với ngõ vào tương tự.Giá trị tương tự biến đổi cho kết số tương ứng với 10 bit nhị phân.Bộ biến đổi ngưỡng cao thấp đặt vào mà phần mềm lựa chọn chân RA2 ,RA3 Bộ biến đổi A/D có đặt điểm hoạt động hoạt động thiết bị chế độ nghỉ Bộ biến đổi A/D có ghi , chúng : - Thanh ghi kết cao ( ADRESH ) - Thanh ghi kết thấp ( ADRESL ) - Thanh ghi điều khiển ( ADCON0) - Thanh ghi điều khiển ( ADCON1 ) GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 46 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thanh ghi ADCON0 hình 11-1 điều khiển hoạt động biến đổi.Thanh ghi ADCON1 cấu hình chức cho chân port.Chân port cấu tín hiệu tương tự vào tín hiệu số vào Cặp ghi ADRESH:ADRESL chứa kết nhị phân 10 bit biến đổi Khi biến đổi thực việc biến đổi xong, kết nạp lên cặp ghi này, bit GO/DONE xóa cờ ngắt ADIF bật Sau bước yêu cầu trước làm việc với biến đổi A/D: Cấu hình cho biến đổi: • Cấu hình cho ghi ADCON • Chọn kênh tương tự đặt vào biến đổi • Chọn clock cho biến đổi • Khởi động biến đổi Cấu hình ngắt : • Xóa cờ ngắt ADIF • Đặt cờ cho phép ngắt biến đổi • Đặt cờ cho phép ngắt ngoại vi • Đặt cờ cho phép ngắt toàn cục GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 47 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GVHD: Phạm Ngọc Thắng ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang : 48 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Sơ đồ cấu trúc thiết bị Đại Lượng cần đo Biến Đổi thành tín hiệu điện áp Chuyển đổi A / D Vi xử lý + chương trình xử lý Hiển thị LCD 16x2 Hình 3.1.Sơ đồ cấu trúc 3.2.Mô tả hoạt động Đại lượng cần đo đưa vào mạch biến đổi cầu phân áp, biến đại lượng đo thành tín hiệu điện áp tương ứng, tín hiệu điện áp đưa đến chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, sau đưa vào vi xử lý lập trình để tính toán mức lượng tử mà xử lý tương tự - số đọc Kết tính toán xuất hình LCD 16x2 3.3.Cấu trúc hoạt động khối - Mạch biến đổi đại lượng đo thành tín hiệu điện áp: cầu phân áp gồm điện trở mẫu R0 có độ sai số nhỏ đóng vai trò phần tử so sánh mẫu ban đầu với đại lượng cần đo Điện trở tạo điện áp mẫu chưa có điện trở cần đo RX mắc vào mạch đồng thời giá trị điện trở mẫu R giới hạn mạch đo Cấu tạo khối biến đổi: - Khối biến đổi tương tự - số A/D: biến đổi tín dòng điện điện áp tương tự ( với mạch tín hiệu điện áp) thành tín hiệu dạng số Khối biến đổi A/D sử dụng chuyển đổi A/D 10 bit tích hợp sẵn vi điều khiển PIC 16F877A với đặc điểm trình bày phần GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 49 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tín hiệu chuyển đổi sang tín hiệu số vi điều khiển xử lý thông qua chương trình lập trình Với A/D 10 bit, điện áp lấy mẫu 5V mức lượng tử 5V/1024 = 4,883 mV Ứng với điện áp 5V đầu vào ADC tương ứng với giá trị điện trở mà Vi Điều Khiển nhận biết 10KΩ, với 1V giá trị điện trở tương ứng R X = 10.000/ 5V = 2000Ω Như giá trị điện trở tương ứng với mức lượng tử (hay bước nhảy) là: 0,004883*2000 = 9,766 Nhưng bước nhảy chia làm hai mức dược làm tròn nên ta sai số ảnh hưởng phải chịu bước nhảy 9,766/2 = 4,883 Ω Cấu tạo khối A/D khối xử lý: - Khối hiển thị: hình LCD 16x2 kết nối với vi xử lý, kết chương trình vi xử lý tính toán, vi xử lý xuất kết hình hiển thị GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 50 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC * Đặc điểm LCD 16x2: Ta định nghĩa kí tự, kí tự lưu CG RAM (Character Generated RAM) CGRAM 64 bytes Mỗi kí tự bytes > ta định nghĩa tối đa kí tự Việc đọc/viết kí tự lên LCD tốn khoảng 40 us đến 120us Trong khoảng thời gian LCD "bận" , Vi Điều Khiển không nhận biết Do chương trình ta cần thực delay để LCD thực công việc Khởi tạo làm việc với LCD theo chế độ bit Đợi 15ms sau cấp nguồn Viết 0x03 vào LCD đợi 5ms để hoàn thành việc viết lệnh Viết 0x03 vào LCD đợi 160us Viết 0x03 vào LCD đợi 160us Viết 0x02 vào LCD để chọn chế độ bit Viết set interface length Viết 0x010 để tắt hiển thị Viết 0x001 để xóa hình Đặt chế độ làm việc cho trỏ(tùy bạn) Để viết kí tự lên LCD bạn cần có driver cho LCD Ghi file lcd_lib.c - Một số hàm dùng thường dùng với LCD: + lcd_init(): Khởi tạo LCD, gọi lần hàm main + lcd_gotoxy(int8 x, int8 y) : Hiển thị vị trí cột x , hàng y + lcd_send_byte(int8 address, int8 n): Gửi byte n đến lcd, address=0: thao tác lệnh, address=1: thao tác liệu + int8 lcd_read_byte(void) : đọc byte + lcd_putc(char c) : Gửi ký tự lên lcd + char lcd_getc(int8 x, int8 y) : Đọc ký tự cột x, hàng y Bảng mô tả chân LCD GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 51 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GVHD: Phạm Ngọc Thắng ĐỒ ÁN MÔN HỌC Trang : 52 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3.4.Mạch điện nguyên lý GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 53 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3.5.Lưu đồ thuật toán điều khiển GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 54 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Begin Khởi tạo cấu hình cho PIC Khởi tạo ADC, khởi tạo LCD Hiển thị tên sản phẩm Đọc điện áp từ cầu phân áp đưa vào ADC URX = sụt áp RX* 5V/1023 UR0 = 10V - URX I = UR0 / 10K RX = URX / I Hiển thị LCD & gọi trễ GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 55 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 4.1.Kết luận Như vậy, đề tài chúng em hoàn thành số mảng sau: - Xây dựng sơ đồ cấu trúc sơ đồ nguyên lý mạch đo - Xây dựng thuật toán chương trình điều khiển - Xử lý thông tin cần đo - Làm sản phẩm thực tế hoạt động tương đối ổn định Tuy nhiên, đề tài chúng em làm vướng mắc nhiều hạn chế: - Sử dụng phương pháp đo chưa tối ưu hạn chế khả điều kiện thực đề tài - Dải đo chưa cao - Độ sai số nhiều, tính xác chưa cao 4.2.Hướng phát triển đề tài Để có dải đo lớn độ xác cao cần lựa chọn phương pháp đo tối ưu ví dụ chọn phương pháp đo kiểu so sánh có sơ đồ cấu trúc sau: Mở rộng thang đo cách chia thang đo thành nhiều mức Như mạch phức tạp hơn, độ khó cao hơn, cần nhiều thời gian hơn, chi phí tăng GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 56 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC PHỤ LỤC Sản phẩm thực tế 2.Code chương trình #include #device *=16 adc=10 #FUSES NOWDT, HS, NOPUT, NOPROTECT, NOBROWNOUT, NOLVP,NOWRT #use delay(clock=20000000) #include #include float i,r,v1,v2; //*************************************** void init(); //*************************************** void main(){ init(); lcd_gotoxy(1,1); GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 57 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC lcd_putc("\fdong ho omh"); lcd_gotoxy(8,2); lcd_putc("omh"); while(true) { v2=read_adc(); v2=v2*5000/1023; v1=10000-v2; i=v1/10000; r=v2/i; lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc,"%6.0f",r); delay_ms(500); } } // cac chuong trinh _ void init(){ trisa=1; lcd_init(); setup_adc(adc_clock_internal); setup_adc_ports(an0); set_adc_channel(0); delay_ms(10); } // GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 58 TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÀI LIỆU THAM KHẢO  Kỹ thuật đo – Nguyễn Ngọc Tân, Ngô văn Ky – NXB ĐHQG TP.Hồ Chí Minh 2005  Giáo trình đo lường điện tử - Vũ Xuân Giáp – NXB Hà Nội Một số trang web hữu ích như:  Tailieu.vn  Dientuvietnam.net  Ebook.edu.com.vn GVHD: Phạm Ngọc Thắng Trang : 59