Thiết kế chế tạo thiết bị kiểm tra chất lượng nước

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đo độ dẫn nước” công trình nghiên cứu riêng tôi, không chép từ tài liệu nào.Tất liệu, kết luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tác giả Đặng Thành Trung MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU PHẦN MỞ ĐẦU 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 12 1.1 Tìm hiểu nhiệm vụ 12 1.1.1 Vai trò nƣớc sống 12 1.1.2 Nƣớc ? 12 1.1.3 Làm để xác định đâu nƣớc ? 12 1.1.4 Độ dẫn điện nƣớc 15 1.2 Giới thiệu số dòng máy đo điện trở nƣớc có thị trƣờng 18 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ 22 2.1 Yêu cầu thiết kế 22 2.2 Sơ đồ tổng quát 22 2.3 Phân tích sơ đồ khối 23 2.4 KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 24 2.4.1 Khuếch đại thuật toán LM324N 24 2.4.2 IC Ổn áp 7805 30 2.4.3 IC nguồn ICL7660 31 2.4.4 Cảm biến nhiệt độ LM35 32 2.4.5 Vi sử lý ATMEGA 16 33 2.4.6 Màn hình hiển thị LCD QC1602A 45 CHƢƠNG 3: QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 51 3.1 Thiết kế phân tích sơ đồ khối 51 3.1.1 Sơ đồ khối chi tiết 51 3.1.2 Phân tích nguyên lý hoạt động sơ đồ khối chi tiết 51 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch 56 3.2.1 Sơ đồ khối tạo xung 56 3.2.2 Sơ đồ khối nguồn 56 3.2.3 Sơ đồ khối vi điều khiển 57 3.2.4 Sơ đồ khối hiển thị 57 3.2.5 Sơ đồ khối mặt 58 3.2.6 Sơ đồ khối tổng 58 3.2.7 Mạch in 59 3.2.8 Hoàn thiện máy 60 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN CHUNG 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 PHỤ LỤC 63 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Mối quan hệ giữ EC TDS 16 Hình Tương quan TDS độ dẫn điện 17 Hình Model MC315 18 Hình Model CD-4302 19 Hình Model Hi 99301 19 Hình Model MW301 20 Hình Sơ đồ khối máy 22 Hình 2 IC LM324 24 Hình Sơ đồ diagram 25 Hình Sơ đồ chân LM324 25 Hình Mạch tạo xung dùng op-amp 26 Hình Quá trình tạo xung vuông 27 Hình Quá trình tạo xung vuông 30 Hình ICL7660 31 Hình Nguyên lý ICL7660 31 Hình 10 Cảm biến nhiệt độ LM35 32 Hình 11 Sơ đồ khối vi điều khiển ATMEGA 16 33 Hình 12 Sơ đồ chân ATMEGA 16 35 Hình 13 Sơ đồ cấu trúc định thời 37 Hình 14 Đơn vị đếm 38 Hình 15 Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ 39 Hình 16 Sơ đồ biến đổi A/D 40 Hình 17 Thanh ghi ADMUX 41 Hình 18 Thanh ghi điều khiển trạng thái ADC 42 Hình 19 Thanh ghi liệu ADC 43 Hình 20 TEXT LCD QC1602A 45 Hình 21 Cách kết nối LCD với nguồn mạch điều khiển 47 Hình 22 Hoạt động chân RS 48 Hình 23 Trình tự giao tiếp với Text LCD 49 Hình Sơ đồ khối chi tiết 51 Hình Kích thước lý thuyết cảm biến có số tế bào 1.0 54 Hình 3 Sơ đồ khối tạo xung 56 Hình Sơ đồ khối nguồn 56 Hình Sơ đồ khối vi điều khiển 57 Hình Sơ đồ khối hiển thị 57 Hình Sơ đồ khối mặt 58 Hình Sơ đồ nguyên lý tổng 58 Hình Mạch in khối mạch 59 Hình 10 Mạch in khối mặt 59 Hình 11 Mạch hoàn thiện 60 DANH MỤC VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Tên đầy đủ V Volt A Ampe AC Alternating current DC Direct current C Celsius RISC Reduced Instructions Set Computer AVR Advanced Virtual RISC CPU Central Processing Unit 11 ADC Analog digital convert 12 UART Universal asinchonus Receiver Transmitter 13 SPI Serial Peripheral Interface 14 I/O Inpu/output 15 ALU Arithmetic and logic unit 16 RAM Random Access Memory 17 DRAM Dynamic RAM 18 ROM Read-only memory 19 EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory 20 RTD Regional Transportation District 21 JTAG Joint Test Action Group 22 R/W Read/Write 23 RS Register Select 24 EN Enable 25 ms Mili second 26 W Watt 27 PCB Printed circuit board 28 I2C Inter-Intergrated Circuit 29 NTC National Telecommunications Conference 30 LCD Liquid Crystal Display 31 ASCII American Standard Code for Information Interchange 32 LED Light Emitting Diode 33 VCC Voltage Controlled Clock 34 GND Ground 35 PD1 PortD 36 MHZ Megahertz 37 K Kilo 38 IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers 39 INVDK Đầu vào vi điều khiển 40 OUTVDK Đầu vi điều khiển LỜI NÓI ĐẦU Nhƣ biết, Nƣớc tài nguyên vật liệu quan trọng loài ngƣời sinh vật trái đất Con ngƣời ngày cần 250 lít nƣớc cho sinh hoạt, 1.500 lít nƣớc cho hoạt động công nghiệp 2.000 lít cho hoạt động nông nghiệp Nƣớc chiếm 99% trọng lƣợng sinh vật sống môi trƣờng nƣớc 44% trọng lƣợng thể ngƣời Ðể sản xuất giấy cần 250 nƣớc, đạm cần 600 nƣớc chất bột cần 1.000 nƣớc Có bạn tự hỏi nƣớc bạn uống ngày có đảm bảo nƣớc không? Chúng ta phủ nhận đƣợc tầm quan trọng nƣớc sạch, nƣớc cội nguồn sống, nƣớc nguồn nƣớc bị ô nhiễm nặng sống hành tinh bị ảnh hƣởng nặng nề Nhƣng không ngƣời chƣa hiểu hết đƣợc nƣớc quan trọng nhƣ đời sống ngƣời? Nguy ô nhiễm khan nguồn nƣớc vấn đề mà phải đối mặt Trong thực tế, để xác định nƣớc có hay không, ta phải trải qua nhiều xét nghiệm kiểm tra nồng độ chất tan nƣớc Chi phí cho trình tốn có tiền công sức để làm Vậy ta xác định đƣợc nƣớc có hay không ? Tất dung dịch có chứa nƣớc có độ dẫn điện chừng mực đó, hay nói cách khác, ta đo đƣợc điện trở nƣớc biết độ dẫn điện Dựa vào tiêu đánh giá nƣớc ta xác định đƣợc giới hạn điện trở nƣớc Vậy ta xác định đƣợc điện trở nƣớc ta khẳng định cách tƣơng đối nƣớc có hay không Với yêu cầu nhƣ trên, nhiệm vụ đề tài thiết kế chế tạo thiết bị đo đƣợc điện trở nƣớc cách nhanh chóng, xác, tiện lợi, giá thành chấp nhận đƣợc PHẦN MỞ ĐẦU a) Lý chọn đề tài Hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển, kèm theo đó, vấn đề sức khỏe ngày đƣợc trọng quan tâm nhiều Vì thế, thiết bị dùng để kiểm tra độ sạch, chất lƣợng nƣớc, thực phẩm ngày đƣợc thiết kế chế tạo nhiều thị trƣờng Đặc biệt với nƣớc, thứ thiếu sống hàng ngày chúng ta, việc thiết kế, chế tạo thiết bị đo đƣợc thông số nƣớc để xác định chất lƣợng nƣớc lại đƣợc quan tâm Với mong muốn nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy đo độ dẫn nƣớc có tính kỹ thuật tƣơng đƣơng máy nhập khẩu, thứ hai tự chủ đƣợc thiết bị tự chế tạo, giảm chi phí mua máy sửa chữa máy nhƣ không lệ thuộc nhiều vào công ty hãng cung cấp máy cho bệnh viện, mong muốn xa thiết bị nghiên cứu chế tạo đƣợc sử dụng rộng rãi bệnh viện đƣa sản phẩm thị trƣờng với giá chất lƣợng cạnh tranh b) Lịch sử nghiên cứu Hiện thị trƣờng, hầu hết thiết bị đo độ dẫn nƣớc đƣợc nhập từ nƣớc ngoài, với giá thành cao chi phí sửa chữa lớn.Việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo thiết bị đo độ dẫn nƣớc góp phần giảm thiểu đƣợc tối đa giá thành chi phí sửa chữa c) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu [8] http://www.hocavr.com/ PHỤ LỤC Code máy /***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V2.03.4 Standard Automatic Program Generator © Copyright 1998-2008 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l http://www.hpinfotech.com Project : Version : Date : 2/27/2014 Author : Company : Comments: Chip type Program type : ATmega16 : Application Clock frequency : 8.000000 MHz Memory model : Small External RAM size : Data Stack size : 256 *****************************************************/ #include #include #define SETUP PINA.5 #define TANG PINA.4 #define GIAM PINA.3 // Alphanumeric LCD Module functions #asm equ lcd_port=0x15 ;PORTC #endasm #include int tanso=1000,soxung=0,i,j; long int tongadc=0; char adc[500]; float dientro=1000,dientrochuan=1000,nhietdo=25,diendan=0.05,diendanchuan=0.05; float heso=1,hesochuan=1; // External Interrupt service routine interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void) { // Place your code here soxung++; } // Timer overflow interrupt service routine interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void) { // Place your code here tanso=soxung*2; soxung=0; TCNT1=49910; } #include #define ADC_VREF_TYPE 0x40 // Read the AD conversion result unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) { ADMUX=adc_input | (ADC_VREF_TYPE & 0xff); // Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10); // Start the AD conversion ADCSRA|=0x40; // Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & 0x10)==0); ADCSRA|=0x10; return ADCW; } // Declare your global variables here void lcd_puti(int so) { int so1; unsigned char a,b,c,d,e; if(so9999) lcd_putchar(a+48); so=so-10000*a; b=so/1000; if(so1>999) lcd_putchar(b+48); so=so-1000*b; c=so/100; if(so1>99) lcd_putchar(c+48); so=so-100*c; d=so/10; if(so1>9) lcd_putchar(d+48); e=so-10*d; lcd_putchar(e+48); } void lcd_putf(float so) { float so2; int so1; unsigned char a,b,c,d; if(so999) lcd_putchar(a+48); if(so1>99)lcd_putchar(b+48); if(so1>9)lcd_putchar(c+48); lcd_putchar(d+48); lcd_putchar('.'); //so2=so2*100; a=(so2/0.1); // b=(int)so2-10*a; lcd_putchar(a+48); // if(b>0) lcd_putchar(a+48); } void main(void) { // Declare your local variables here // Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00; // Port B initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTB=0x00; DDRB=0x00; // Port C initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=0 PORTC=0x00; DDRC=0xFF; // Port D initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x00; DDRD=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 7.813 kHz // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x05; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 31.250 kHz // Mode: Normal top=FFFFh // OC1A output: Discon // OC1B output: Discon // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer Overflow Interrupt: On // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x04; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 125.000 kHz // Mode: Normal top=FFh // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x04; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization // INT0: On // INT0 Mode: Rising Edge // INT1: Off // INT2: Off GICR|=0x40; MCUCR=0x03; MCUCSR=0x00; GIFR=0x40; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x04; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC Clock frequency: 125.000 kHz // ADC Voltage Reference: AREF pin // ADC Auto Trigger Source: None ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; ADCSRA=0x86; // LCD module initialization lcd_init(16); // Global enable interrupts #asm("sei") while (1) { // Place your code here nhan: tongadc=0; for(i=0;i