Bài tập lớn môn đo lường và cảm biến
Báo cáo đề tài : “ Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò ấp trứng” Nhóm thực hiện đề tài: Nhóm I Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thu Hà Mục Lục: LDat van dé IILGiải quyết vẫn đề 1.Phân tích công nghệ lò ấp trứng 2.Xây dựng mô hình hệ thông 3.Sơ đồ khối hệ thông
4.Lựa chọn cảm biến cần cho hệ thống
5.Chọn bộ điều khiến nhiệt độ 5.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 5.2 Chip ATMEGAI6L 5.3 LCD 2 dong 16 ki tu 5.4 Những linh kiện khác 6.Sơ đồ điều khiển II.Kết luận L Đặt vẫn đề
Ngày này, điều khiến tự động đã trở thành một nhu cau không ˆ thê thiếu được trong hệ thông công nghiệp Một trong các yếu tô được điều khiển nhiều trong hệ thông công nghiệp đó là nhiệt độ Nhiệt độ được đo, điều
khiến theo nhu cầu sử dụng ví dụ như trong các hệ thống nhiệt của nồi hơi,
các lò ap, các lò say, Cac hé thong do va diéu khién nhiét hién nay xuất hiện nhiều trên thị trường với nhiều phương pháp đo và điều khiển khác nhau Mỗi phương pháp, đều có ưu và nhược điểm riêng Đề giải quyết các
vẫn đề đó, với những kiến thức đã học về kĩ thuật điện, điện tử, đo lường và
cảm biến cùng sự tìm hiểu thêm về kĩ thuật vi điều khiển, chúng em đã tính toán và đưa ra giải pháp điều khiên nhiệt độ ứng dụng vi xử lý với mạch thiết kế đơn giản dễ dàng thiết kế và nâng cấp
Mặc dù chúng em đã cô găng để hoàn thành đề tài đúng thời hạn nên không thê tránh khỏi những thiếu sót, chúng em mong quý thây cô thông cảm Chúng em mong được đón nhận ý kiến đóng góp quý báu của thây cô đề đề tài nghiên cứu hoàn thiện hơn và có ý nghĩa thiết thực trong cuộc sống
Chúng em xin chân thành cảm ơn IL Giải quyết van dé
1.Phân tích công nghệ lò ấp trứng
Có rất nhiêu phương pháp để cung cấp và điều khiển nhiệt độ cho lò ấp
Trang 22.2.1 phương pháp thủ công Dùng đèn dâu
- Trứng sau khi được chọn lựa, có thể đem phơi nẵng 1 gid dé trứng nhanh chóng có được nhiệt độ cần thiết Khi phơi phủ bên trên trứng lớp vải màn
và luôn đảo trứng để nhiệt độ của trứng đều tất cả các vị trí Cho trứng vào túi lưới 30 quả/túi, không thắt sát miệng túi để khi đặt các túi trứng trong pho nóng con, trứng dàn thành lớp, đặt nhẹ nhàng trứng đến khi đây pho nóng con
- Đặt các pho nóng con vào trong pho nóng mẹ, cách thành pho mẹ 20cm, các pho nóng con cũng cách nhau 10-15cm Khoảng giữa các pho nóng con được đồ đây trâu để giữ nhiệt Phủ mền chăn bông lên miệng pho nóng me (dé vài 16 thông hơi trong pho)
- Đồng loạt đốt đèn dâu (khoảng 20 ngọn đèn dầu cho một pho nóng mẹ) Khi đèn cháy ốn định không còn khói muội thì đem đặt đưới các pho nóng
con, mỗi pho nóng con đặt 5 ngọn đèn dâu sao cho nhiệt toả đều từ dưới đáy lên miệng pho G1ữ nhiệt độ trong pho 37,5-38 độ C Đảo trứng 4 giờ/lân,
trứng phía dưới đưa lên trên, trong đưa ra ngoài, sao cho trứng trong pho có nhiệt độ đều nhau Sau 2 ngày đầu (mùa đông 4 ngày), nhiệt độ trong pho ôn
định thì vặn nhỏ đèn Đặt một số đĩa bông thâm nước bên cạnh các đèn dầu
để giữ độ âm cho pho ấp luôn đạt 65-70% là thích hợp
- Trứng ấp được 12 ngày thì đưa ra pho lạnh, đặt nghiêng trứng 45o, đầu to lên trên Trên cùng phủ kín bằng mên chăn Nhiệt độ trong pho lạnh luôn duy trì 36,5-37 độ C Đảo trứng 6 lần mỗi ngày đề trứng được thơng thống và được làm mát Chú ý giữ đủ âm cho trứng, vào những ngày cuỗi sắp nở, có thể phun nước âm 37 độ C cho trứng để gà nở nhanh, không bị sát vỏ Sau khi ấp 21 ngày thì gà nở Ấp trứng theo phương pháp dùng đèn dầu, tỷ lệ ga no dat 75-80%
Dùng nhiệt kế thủy nhân
Trang 3ngắt điện, nguội thì ngược lại, tuy nhiên do sai số nhiệt độ lớn và có xảy ra
sự cô là: Khi nhiệt độ lò ap dao động xung quanh nhiệt độ đặt thì tiếp điểm
thuỷ ngân làm rơ le đóng mở liên tục gây cháy má ví role, nếu không đóng
mở liên tục thì nhiệt độ dao động quá lớn (trên 0,Sđộ C) Tỉ lệ trứng nở
khoảng 80%
+ Ưu điểm: công nghệ thủ công nên dễ chế tạo và sử dụng
+ Nhược điểm:sai số về nhiệt lớn nên tỉ lệ trứng nở còn thấp
2.2.2 phương pháp hiện đại dung cảm biến nhiệt độ kết hợp với vi xử lý :
+Dùng dây meso hoặc bóng đèn cung cấp nhiệt Điều khiển và ôn định nhiệt độ bằng vi xử lý
+Nguyên lý làm việc: cảm biến đo nhiệt độ ở các ngăn ấp rôi truyền tín hiệu đến vi xử lý điều khiến nhiệt độ thông qua việc lập trình cho hệ thống
+Uu diém: do va diéu khién nhiệt độ chính xác,các máy ấp công nghiệp chủ yếu sử dụng phương pháp này
+Nhược điềm: cần kiến thức sâu và rộng về điên tử, đo lường cảm biến, cũng như vi xử lý và lập trình
Tóm lại: - Trong các lò ấp trứng gia cầm, yêu cầu cần phải cung cấp lượng nhiệt đây đủ và liên tục v cao thì năng và độ chính xác cao uất của lò moi cao Nếu trong quá trình â ấp trứng mà mat nhiét thi trimg dé hong yéu cầu của ấp trứng gia câm là sai lệch nhiệt độ â ấp (tuỳ từng thời kỳ) không quá 0,1 - 0,2 độ C (Tất nhiên còn nhiều yêu cầu khác nữa như độ âm, độ thông thống, độ vơ trùng ) Mục tiêu là nâng cao tý lệ nở và tỷ lệ chính phẩm Do vậy cần phải có hệ thống kiểm soát, quản lý xem lò có được cung cấp nhiệt đầy đủ hay không, và có thé biết dễ dàng ngăn trứng nào không được cung cấp nhiệt để sửa chữa Vì vậy về nguyên tắc mạch dùng vi điều khiển là hay nhất có thể đáp ứng được các yêu câu Hiện nay tất cả các máy ap công nghiệp đều dùng theo cách này.Chính vì vậy chúng em đã quyết định thiết kế hệ thongs đo và điều khiên nhiệt độ sử dụng cảm biến kết hợp với vi xử lý
2.Xây dựng mô hình hệ thống, các thiết bị chức năng
Đề tạo ra một máy ap trứng phải đáp ứng các yêu câu co ban sau:
- Bao dam nhiét d6 thich hop (37-38°C) va tuong d6i 6n dinh theo timg giai đoạn của mỗi đợt ap;
- Bao dam do 4 am thich hop (50-80%) va tuong đối 6n định theo từng giai đoạn của mỗi đợt ấp;
- Báo đảm thơng gió thống khí nơi tủ ấp;
- Bao dam dao trứng thường xuyên (1-3 h Ilân)
Câu tạo của lò ap trứng gom các bộ phận chính như sau:
Trang 4muốn cho lò ấp it bị dao động nhiệt thi việc làm vỏ lò là quan trọng.lớp cách nhiệt cang dày thi càng ôn định it tốn điện it đóng ngắt liên tuc.ngoài ra trong lớp cach nhiệt đó còn co cả than hoạt tinh để khử độc và con có cả lễ
thông hơi để cung cấp oxy.Trong lò còn có quạt đề lưu thông không khí cho
lò ap có nhiệt độ đồng đều mọi nơi
vỏ máy được làm bằng hop kim nhôm nhựa , không thấm nước , chịu nhiệt độ , chống cong vênh,, biến dạng Giữa được lót lớp xốp cách nhiệt dày 5 cm ,frong cùng là lớp tôn kếm dùn để tạo nhiệt đều , tránh nóng cục bộ,
tranh bui ban bề mặt , giám thiểu vi khuẩn gây bệnh - Khung máy được làm bằng sắt hộp hoắc sắt V
- Cửa máy có kính 2 lớp để theo dõi hoạt động và thông số kỹ thuật khi kiếm tra mà không cần mở máy
2.2.2 Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt
- Là hé thong cam biến nhiệt và các linh kiện được cài đặt 2 chiều thêo ý muốn trong 1 thời gian ấn định
- Bộ vi điều khiến là hệ thông cảm biến kết hợp với bán dẫn đề giám sát , nhận và xử lý các thông số kỹ thuật khi bộ cảm biến báo về
2.2.3 Bộ tạo âm và bộ điều âm
Vung nước qua cánh quạt trong máy, nước từ bình chứa đặt cao hay từ mạng ông cung câp chung của trại, qua van nước, ống dẫn vào bâu, đề rồi theo ỗng dẫn hàn dọc các cánh quạt gió mà vung ra xung quanh, xuyên qua
các lỗ nhỏ của vành lưới thép bao xung quanh, sẽ tạo thành lớp sương mù
gây âm trong máy
- Bộ điều âm thường gồm một bộ cảm biến âm đặt trong máy đề tác động vào bộ phận ngắt van nước để đóng ngất dòng chảy vào máy, khi độ âm thấp hay cao quá mức qui định
2.2.4 hệ thông thông gió và bộ điều gió
Bộ thô thông gió ở các máy ấp trứng đều là quạt hướng trục, lắp Ở giữa thành sau bên trong máy Cửa hút gió được bố tri gần trục quạt có nắp điều gió, điều chỉnh độ mở bằng tay Cửa thoát gió thường bồ trí trên nóc máy
hay ở thành trước máy, có nắp điều gió
5 hệ thông đảo trứng
- Động cơ điện quay: dùng cho mọi kiểu giàn trứng, thường gdm dong cơ điện, bộ giảm tốc, bộ truyền động và cụm tiếp điểm cuối
6ó Bộ điều khiển và báo hiệu
Trang 57 Bộ phận phụ trợ
-Máy âp trứng còn có những bộ phận phụ trợ như: giàn chuyến trứng, bộ bánh xe chuyển giàn trứng, bàn chuyên trứng, thang, dụng cụ soi trứng 3.Sơ đồ khối hệ thông Mạch Điều Khiên Nhiệt Độ Khối Xử Lý Trung Tâm Biên Nhiệt Cảm LCD hiền thị nhiệt độ 4.Lua chọn cảm biến cần cho hệ thống
Trên thị trường hiện nay có khá nhiều các loại cảm biến đo nhiệt độ như
cảm biến dòng LM( LM35, LM335, ) hay cảm biến thông minh dòng DS1820
Dùng cảm biến nhiệt độ LM35 kết hợp với AT§9S52 và IC biến đơi A/D và hiển thị bằng LED 7 thanh đo được nhiệt độ từ -55°C đến +150°C, dùng LM34C và 16F88 thuộc vi điều khiển PIC dùng ngôn ngữ lập trình BASIC hiển thị nhiệt độ bằng LCD, chỉ đo được nhiệt độ từ -55°C đến
+125°C Nói chung những loại cảm biến họ LM so với họ DS thì độ chính xác không cao và tốc độ truyền tín hiệu chậm 2°C đến 150°C với tần số từ 20-1500Hz nhưng giá thành chế tạo rẻ còn ở loại cảm biến họ DS độ chính
xác rất cao do tín hiệu được truyền có độ phân giải lên đến 12Bit trong
750ms Ở loại cảm biến nay co tich hop ROM 64Bit, bd nhé Logic, mach ồn định tín hiệu đầu ra Chính vì vậy mà nó khắc phục những nhược điểm của
cảm biến họ LM So với những loại nhiệt kế dùng họ vi điều khiến 8051 và PIC thì nhiệt kế dùng vi điều khiển ATMEGA16L thuộc họ vi điều khiến AVR có nhiều ưu điểm hơn, so với vi điều khiến PIC lập trình bằng ngôn ngữ lập trình BASIC thì dùng AVR lập trình bang ngôn ngữ lập trình C do đó phần mềm sẽ ngăn gọn hơn, còn so với 8051 thì tốc độ xử lý tín hiệu nhanh hơn không cần lắp thêm bộ biến đổi A/D do ATMEGAI6L đã tích hợp sẵn bộ biến đối A/D và việc lập trình sẽ đơn giản hơn
Khi bắt đầu thực hiện đề tài, chúng em đã chọn cảm biến nhiệt độ
LM335 Cảm biến này có dái nhiệt độ -55°C tới +120°C, độ nhạy
Trang 6thiết kế 1 hệ thông đo và điều khiến nhiệt độ dễ dàng đơn giản khi kết hợp voi LM741 dé khuếch đại cho mạch và dùng LED 7 dé hién thị Tuy nhiên sai số của mạch tới 1C Chúng ta cũng có thể kết hợp LM335 với vi xu ly ATMEGA8535 thuộc dòng vi xử lý AVR có điện áp từ 4,5V-5,5V tân số
hoạt động từ 0-16MHz và hiển thi bằng màn hình LCD Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu và thiết kế chúng em nhận thấy việc sử dụng cảm biến LM335 đơn giản nhưng có nhược điểm là sai số về nhiệt độ lớn (0,5-1"C) ma yéu
cầu của một lò ấp trứng thì sai số đó càng thấp càng tốt Vì thế, chúng em đã chuyên sang dùng cảm biến DS18B20 với nhiều ưu điểm, đáp ứng được yêu cầu của hệ thông
Sản phẩm này có thể phát triển được một số ứng dụng vào đời sống có thế lắp đặt nhiều cảm biến DS18B20 vào Bus-1wire với độ dài lên tới 300m và
đều kiểm soát được giá trị nhiệt độ của từng cảm biến Một ứng dụng đơn
giản là tự động điều khiến nhiệt độ lò ấp trứng có thê kết hợp nhiều cảm biến trên mạch làm mạch đơn giản hơn rất nhiều
4.Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Cảm biến nhiệt độ DS18B20 còn được gọi là cảm biến một dây
Do những tiến bộ của công nghệ, các cảm biến không chỉ được nâng cao
về mặt chất lượng mà nhiều loại cảm biến mới đã lần lượt ra đời; cảm biến
một dây là một thí dụ Trước hết xin nói về tên gọi: cảm biến một dây không có nghĩa là cảm biến nay chi co mot day ra ma thuat ngtr mot day (1 wire) được dùng chỉ để nhân mạnh một đặc điểm của loại cảm biến này là đường dẫn tín hiệu lỗi ra và đường dẫn điện áp nguồn nuôi có thể dùng chung trên một dây dẫn và không chỉ chung cho một cảm biến mà nhiều cảm biến có
thể sử dụng chung một đường dẫn
Do sử dụng chung đường dẫn số liệu đo lường với đường cấp điện áp nguồn nên các cảm biến một dây đặc biệt thích hợp với các ứng dụng đo lường đa điểm, khi mà số lượng các đường dẫn số liệu đo lường và đường
cấp điện ấp nguồn trở thành một con số rất lớn Chẳng hạn, với một kho bảo
quản có 40 phòng, trong mỗi phòng cần đo nhiệt độ tại 3 điểm (3 cảm biến
nhiệt độ) và độ âm tại một điểm (1 cảm biến độ âm); nếu tính trung bình mỗi
Trang 7
DS18B20 là một sản phâm của công ty Dallas(Mỹ), đây cũng là công ty đóng góp nhiều vào việc cho ra đời Bus-lwire và các cảm biến 1 dây Hình dạng bên ngoài của cảm biến một day DS18B20 được mô tả đưới hình vẽ, trong đó dang vỏ TO-92 với 3 chân là dạng thường gặp và được dùng trong nhiều ứng dụng, còn dạng vỏ SOIC với § chân được dùng để đo nhiệt độ bê
Trang 8- _ Sử dụng giao diện một dây lên chỉ cần có 1 chan ra dé truyén thong - - Độ phân giải khi đo nhiệt độ là 9-12Bit
- _ Dái đo nhiệt độ -55°C đến +125°C, từng bậc 0,5°C có thể đạt độ chính xác đến 0,1°C bằng việc hiệu chỉnh qua phần mềm Rất thích hợp với các ứng dụng đo lường 3 điểm vì nhiều đầu có thể được nối trên 1 Bus, Bus này được gọi là Bus 1 dây (1-wirebus) giống hình dưới đây DALLAS DALLAS DS18520 2518520 1 2 133 113 Hình vẽ trên là phương pháp đẫu nỗi của DS18S20, tuy nhiên cũng có thể áp dụng cho DS18B20
Không cần thêm linh kiện thêm bên ngoài, điện áp nguồn nudi co thé thay đối trong khoang rong, tu 3,0V-5,5V mot chiều và có thê được cấp thông qua đường câp dữ liệu Dòng điện tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ Thời gian lay mẫu và biến đôi thành số tương đối nhanh, không quá 200 ms Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip (on chip), gia trị nhị phân được khắc bằng tia laze
Đầu đo nhiệt độ số DS18B20 đưa ra số liệu đề biểu thị nhiệt độ đo được dưới dạng mã nhị phân 9 bít Các thông tin được gửi đến và nhận về từ DS18B20 trên giao diện 1-wire, do đó chỉ cân hai đường dẫn gồm một đường cho tín hiệu và một đường làm dây đất là đủ đề kết nối vi điều khiển đến điểm đo Nguôn nuôi cho các thao tác ghi/đọc/chuyên đối có thê được trích từ đường tín hiệu, không cần có thêm đường dây riêng đề cấp điện áp nguồn Mỗi vi mạch đo nhiệt độ DS18B20 có một mã số định danh duy nhất, được khắc bằng laser trong quá trình chế tạo vi mạch nên nhiều vi mạch DS1820 có thê cùng kết nối vào một bus 1-wire mà không có sự nhằm
Trang 9tôi đa chophép của bus là 300 m Số lượng các cảm biến nối vào bus không hạn chế Đề nâng cao độ phân giải lên trên 12 bit ta phải tính toán thêm bằng phân mềm dựa trên các số liệu lưu trữ trên các thanh ghi nhiệt độ,
COUNTREMAIN va COUNT PER C trong nhóm các thanh ghi nháp (scratchpad)
4 vi xử ly
Trong công nghệ điện tử, vi xử lý là một thành phân quan trọng không thể thiếu, nó mang nhiều tính ưu việt: có thé thay thế một mạch điện phức tạp bằng một vi mạch nhỏ gọn với chỉ phí thấp hơn, nhưng ứng dụng lại đa dạng và linh hoạt hơn Khả năng điều khiến thông minh hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, ứng dụng nhiều trong hệ thông Trên cơ sở đó chúng em đã áp dụng những kiến thức trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài để ché tao san pham NHIET KE DIEN TU DIEU KHIEN TU DONG dung vi điều khiên AVR của ATMEL, có khả năng đo và tự động điều khiến nhiệt độ Áp dụng vi xu ly trong lĩnh vực này đã được nghiên cứu và phát triển
nhiều với những loại vi điều khiến kết hợp với cảm biến và ngôn ngữ lập trình
Tổng quan họ vi điều khiến AVR
Vi điều khiển AVR (Atmel Norway design) thuộc họ vi điều khiển Atmel,nó là họ vi điều khiến mới trên thị trường cũng như đối với người sử
dung Day là ho vi diéu khién duoc ché tao theo kién tric RSIC (Reduced
Intruction Set Computer) có cấu trúc khá phức tạp Ngoài các tính năng như
các họ vi điều khiển khác, nó còn tích hợp nhiều tính năng mới rất tiện lợi
cho người thiết kế cũng như lập trình cho vi điều khiến, chúng ta thường dung những ngôn ngữ bậc cao HLL(Hight Level Language) đề lập trình ngay cả với loại chỉ xử lý § bịt trong đó ngơn ngữ C là ngôn ngữ phổ biến nhất Tuy nhiên khi biên dịch thì kích thước đoạn mã sẽ tăng nhiều so VỚI dùng ngôn ngữ Asemby Hãng Atmel nhận thấy rang can phai phat trién một câu trúc đặc biệt cho ngôn ngữ C đề giảm thiểu sự chênh lệch kích
thước mã đã nói trên Và kết quả là họ vi điều khiển AVR ra đời với việc làm giảm kích thước đoạn mã khi biên dịch và them vào đó là thực hiện lệnh
đúng đơn chu kỳ máy với 32 thanh ghi tích lúy và đạt tốc độ nhanh hơn các họ vi điều khiến khác từ 4 đến 12 lần
PHAN LOAI AVR
+AT900S8535: Khong co lénh nhan hoac chia trén thanh ghi
+ATMEGA 8,16,32 (AVG loai 8 bit,16 bit,32 bit): La loai AVR téc d6 cao tich hop san ADC 10 bit
Trang 10+AVR tích hợp sẵn SC ( Power stage controller):AT90PWM thường dung trong các ứng dụng điều khiến động cơ hay chiếu sáng nên còn được gọi là lighting AVR
+Attiny 11, 12, 15: AVR loai nho CAC DAC DIEM CHINH
1-Kiến trúc RSIC ( Có nghĩa là máy tính dung lệnh rút gọn, bộ vi sử lý kiểu này thực hiện ít lệnh hơn những bộ vi xử lý khác) với hâu hết các lệnh có chiều dài cô định, truy nhận bộ nhớ nạp -lưu trữ và 32 thanh ghi đa năng 2-Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Công vào/ra số, bộ biến đôi ADC,
bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rong xung (PWM),
3- Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp
4- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, có thê lên đến 20 MHz tuỳ thuộc tung loai chip cu
thé
5- Bộ nhớ chương trình vụ bộ nhớ đữ liệu được tích hợp ngay trên chỊp
6- Khả năng lập trình được trong hệ thống, có thê lập trình được ngay khi
đang được cấp
nguôn trên bản mạch không cần phải nhắc chip ra khỏi bản mạch 7- Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao — ngôn ngữ C
Cốt lõi của AVR là sự kết hợp tập lệnh đây đủ với các thanh ghi đa năng 32 bít Tất cả các thanh ghi 32 bit này liên kết trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU) cho phớp 2 thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnh đơn trong | chu ky đồng hỗ Kết quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần các bộ vi điều khiển CISC(Complex Instruction Set Computer : máy tính với tập lệnh phức
tạp Một loại kiến trúc của bộ xử lí được đặc trưng bởi tính chất là các lệnh
có độ dài khác nhau (không cỗ định) , thường là một số nhỏ các chế độ đa địa chỉ và thanh ghi) Với các tính năng đã nêu, chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nỗi tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyền đôi A/D, SRAM, bộ đếm, bộ định thời, công SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động Chế độ Power-down lưu giữ nội dung của các thanh ghi
nhưng làm đông lạnh bộ tạo dao động, thoát khỏi các chức năng của chip
cho đến khi có ngắt ngoài hoặc là reset phần cứng Chế độ Power-save đồng hỗ đồng bộ tiếp tục chạy cho phép chương trình sử dụng giữ được đồng bộ thời gian nhưng các thiết bị còn lại là ngủ Chế độADC Noise Reduction dừng CPU và tất ca các thiết bị còn lại ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và ADC, tôi thiêu hoá switching noise trong khi ADC đang hoạt động Trong chế độ standby, bộ tạo dao động (thuỷ tinh thê/bộ cộng hưởng) chạy trong
khi các thiết bị còn lại ngủ Các điều này cho phép bộ vi điều khiến khởi
Trang 11động rất nhanh trong chế độ tiêu thụ công suất thấp Thiết bị được sản xuất sử dụng công nghệ bộ nhớ cô định mật độ cao của Atmel B6 nhé On-chip
ISP Flash cho phép lập trình lại vào hệ thống qua giao diện SPI bởi bộ lập trình bộ nhớ cô đinh truyền thống hoặc bởi chương trình On-chip Boot chạy trên lõi AVR Chương trình boot có thể sử dụng bất cứ giao điện nào dé download chương trình ứng dụng trong bộ nhớ Flash ứng dụng Phần mém trong vùng Boot Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng Application Flash
được cập nhật, cung cấp thao tác Read-While-Write thực sự
Các đặc tính của vi điều khiến ATMEGA16L - Hiệu năng cao, tiêu thụ năng lượng it
- Kiến trúc RISC - Reduce Instruction Set Computer (Có nghĩa là máy tính dung tập lệnh rút gọn, bộ vi xử lý này thực hiện ít lệnh hơn bộ vi xử lý khác)
- 131 lệnh mạnh, hầu hết các lênh thực hiện trong một chu kỳ
- 32 Thanh ghi §-bIt đa năng
- Tốc độc thực hiện lên tới 16 triệu lệnh trong 1 giây với tần số I6MHz - Có 2 bộ nhân, mỗi bộ thực hiện trong thời gian 2 chu kỳ
- Các bộ nhớ chương trình và đữ liệu cố định
- 16 Kb bộ nhớ flash có khá năng tự lập trình trong hệ thống
- Có thê thực hiện được 10.000 lần ghi/xoa
- Vùng mã Boot tuy chọn với những bĩt khoá độc lập
- Lập trình trên trong hệ thông bởi chương trình on-chip Boot - Thao tac đọc trong khi nghi thực sự
- 512 bytes EEFROM
Có thê thực hiện 100.000 lần ghi /xoá - 1Kb SRAM bén trong
- Lap trinh Khoa an ninh phan mém
+ Giao diện nỗi tiếp đồng bộ ( chuẩn IEEE std 1 149.1) kh
- 2 bộ định thời/ bộ đếm § bit với các chế độ tỷ lệ định trước và chế độ so sánh
- 1 bộ định thời/ bộ đếm 16 bit với các chế độ tỷ lệ định trước riêng biệt,
chế độ so sánh và thực hiện trao đôi với các thiết bị tương thích thì khung
di liu 8 bit giữa 2 thiết bị được truyền động bộ (cùng xung nhịp với đồng
hồ)
- Ít xảy ra lỗi
- Lập trình bộ nhớ Flash, EEPROM, ngắt, khóa, Bít thông qua giao diện
JTAG
+ Ghép nỗi ngoại vi:
- _2 bộ định thời/bộ đếm 8 bit với các chế độ tỉ lệ định trước và chế độ so sánh
Trang 12- 1 bộ định thời/bộ đếm 16 bít với các chế độ tỉ lệ định trước riêng biệt,chế độ so sánh và chế độ bắt giữ - Bộ thời gian thực với bộ tạo dao động riêng biệt - 4 kênh PWM - 8 kénh, ADC 10 bit - Giao điện nối tiếp 2 dây hướng tới byte - Bộ truyền tin nối tiếp USART khả trình
- Giao diện SPI chủ / tớ
- Watchdog Timer khả trình với bộ tạo dao động bên trong riêng biệt - Máy so mẫu tương tự bên trong
+ Các đặc điểm đặc biệt khác
- Power-on Reset và dò Brown-out khả trình
- Bộ tạo dao động được định cỡ bên trong
- Các nguôn ngắt bên trong và bên ngoài
- 6 chế độ ngủ: Nhàn rỗi, giảm ồn ADC, tiết kiệm năng lượng, giảm
năng lượng tiêu thụ, chờ đóng băng trạng thái - LO và các loại - 32 đường I/O khả trình - Điện áp hoạt động 2.7—5.5V - Nhiệt độ hoạt động: -40°C-85°C + Các tốc độ
- 0-8 MHz khi điện áp 2.7 — 5.5V, 0 - 16MHz khi điện áp 4.5 — SV - Tiêu thụ năng lượng tại I1 MHz, 3V, 25°C đối với ATmegal6L
- Hoạt động tích cực: 1.lmA
- Chế độ nghỉ ở 0.35mA
- Chế độ năng lượng thấp: <1 uA khi điện áp 2.7V
+ Băng việc kết hợp 1 bộ 8-bit RISC CPU với In-System Self-
Programmable Flash trong chi nguyén ven | chip Atmel Atmega16L là một bộ vi điều khiển mạnh có thể cung câp giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho nhiều ứng dụng điều khiển nhúng(Theo định nghĩa của IEEE -
Institute of Electrical and Electronics Engineers — Viện kỹ thuật và điện tử của Mỹ, thì hệ thong nhúng là một hệ tính toán nam trong san pham, tao thành một phân của hệ thông lớn hơn và thực hiện một sô chức năng của hệ
thống ) Atmegal6L AVR được hỗ trợ bởi bộ chương trình đầy đủ và các tool(tiện ích) để phát triển hệ thống, báo gồm: Bộ biên dịch
C,macro assemblers, program debugger/simulators(chuong trinh m6 phong), in-circuit emulators(mach m6 phong) va evaluation kits(kit phat trién)
5.Chọn bộ điều khiến nhiệt độ 5.1 Cảm biến nhiệt độ DS18B20
Trang 14- _ AVCC: là chân cấp điện cho cổng A(Port A) và bộ biến đổi A/D, PC3, PC0, ADC?7, ADCó Nó được nối nội bộ đến VCC ngay cả trong trường hợp ADC không được sử dụng Nếu ADC không được sử dụng, nó phải được nối với VCC thông qua bộ lọc thông thấp Cả PC6
và PC4 cũng xử dụng được điện áp AVCC
- AREF: 1a chan tin hiéu tham chiếu Analo ø (tương tự) nỗi vào bộ bién
đổi A/D
-_ PORT A: đầu ra của bộ biến đổi A/D
Trang 15- 2 Tụ gốm 33pf: ôn định làm việc cho thạch anh
Œ@——
- lTụ gom 104pf: bảo vệ mạch tránh những thành phan tần số cao
- _ 1 Điện trở 4,7K và I điện trở 10K: nối chân 2 và chân 3 của DS18B20
Trang 16- Cam bién DS18B20 la 22-25k - Chip ATMEGAIO6L la 45k 6 Sơ đồ điều khiển - Vẽ sơ đồ nguyên lý VỊ YO See + L I oO | [ = él s80, ; " - ữ Ra ` : tm— - CRYSTAL uF - TCŒứ& ‹ * ee = ` ua : ? |TEEET PEScL #®#—————— ¿ ga ire a4 ; 3 rau poze | 23 , : So) ocr aiz roams wa PöwTI0 9 ———— His Seon vs + F -— i ; 22-| PAj/^Bc1 PcToRâfCÊSơ ; vn B | pA2^tc2 #ê7?Tosce2 | © : : T_| pswasca ; 3> | psuAnoa romma | |4 : | tesatcs Pima | 1S ` 3 PAGIADOS Powieo 2 - ‡H | pej/epcr PDIKTI a - { Pb.bz +48 5 5 -L | rawxewm Pp#oe 4a | l5 : -#_| PRữ poaice | : 4 Pazar onan Epgcz | <+ IS | Fe ois BSHAM RR Sy aes arte ate a nS aera anata - -Š | "isMG2S* : 5 -L_ | '"RSME aves | 22 : -Š | P7 aner | ae : 2 THE2A& 12 see 32 lưcc : 2 ain ha = = ƒ BSH Pew Ssessegs = ore @ eee
Sơ đồ nguyên lý trên cấp nguồn cho mạch là nguồn AC từ 7 đến 24 V +3 chân cấp nguồn cho Chíp ATMEGA16L là những chân 10,11,31 không vẽ trên sơ đồ (chân 10 được nối chân 30, chân 11 đưowjc nối với chan 31)
+Dién tro PULLUP có giá trị 4,7K
+Tụ C3 có thê thay bằng tụ hóa 10u£
+Có thể dung thạch anh 4MHz thay cho loại SMHz
- Tác dụng của các linh kiện:
+ DS18B20 cảm biến nhiệt độ từ các ngăn trứng đề lẫy tín hiệu nhiệt độ đưa vao vi xu ly
+LCD giải mã và hiển thị nhiệt độ
+ ATMEGAI16L điều khiển tắt mở thiết bị theo nhiệt độ đã mặc định, điều khiển hiến thị LCD
Trang 17+ Mach 6n áp, tạo điện áp SVDC cấp cho vi mach
+ Led đỏ gia lập máy làm tăng nhiệt độ + Let xanh gia lap may làm giảm nhiệt độ
- Cam bién nhiét độ truyền tín hiệu nhiệt độ đọc được qua chân DQ(2) vào chân 34 của ATMEGA16L (ADC6) chân này là 1 trong 8 dau vao của hệ thống biến đổi A/D của ATMEGA16L, nhưng không cần biến đổi mà đưa thăng vào khối xử lí trung tâm (vì tín hiệu truyền của cảm
biến nhiệt độ ở chân DQ là tín hiệu số), tín hiệu khi đưa vào đây sẽ
được CPU xử lí với điều kiên đã được lập trình sẵn Sau đó tín hiệu sau khi được xử lí tiếp tục đưa ra chân 26 (TDO-Test Data Out-kiêếm tra dữ liệu ra), 27 (TDI- kiểm tra dữ liệu vào), 28 (TOSC1-Test
ocsolltor-kiểm tra đầu vào của bộ tạo dao động 2) vào D4, D5, Dó, D7 của LCD để giải mã
Mach in:
#8 # ®@ #% & s% @
- Mach thiét kế đồ họa trên không gian 3D (LCD chỉ mang tính chất minh họa do phần mêm chưa có màn hình LCD)
Trang 20+Mat sau:
6.kh6i mach céng suat
Trang 21Phương pháp này cách ly hoàn toàn giữa mạch áp thấp và áp cao nhờ một opto couple nhu hinh vé cong logic tác động ở mức thấp làm opto dẫn kéo theo SCR(Cilicon Controlled Rectifier-chinh luu silic có điều khiến) được kích để mở tái Áp 20VDC nuôi opto được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều, vào ôn áp bởi điode zener
TONG KET
Trong su phat triển của kỹ thuật điện tử ngày nay, việc sử dụng các
cảm biến kết hợp với vi điều khiên trong các hệ thông điện tử rất phổ biến cả về số lượng các ứng dụng của nó trên nhiều thiêt bị điện tử từ dân dụng cho đến chuyên dụng, trong nhiều lĩnh vực như đo lường, điều khiến v.v nhờ vào nhiều ưu điểm của nó.Chính vì thế nên chúng em đã ứng dụng những
tính năng của cảm biến nhiệt độ DS18B20 va vi diéu khiến ATMEGA16L
để thiết kế ra một lò ấp trưng công nghiệp Bên cạnh đó, viêc sử dụng màn hình LCD để hiển thị nhiệt độ đã giúp đề tài nghiên cứu của chúng em có
nhiều ưu điểm vượt trội như: Hệ thống hoạt động ôn định độ chính xác cao,
nhiệt độ được đo và điều khiển chính xác, sai số về nhiệt độ thấp (0,1°C ) Không cần dùng các bộ biến đỗi do trên cảm biến và điều khiển đã tích hợp sẵn vì vậy mạch thết kế đơn giản hơn rất nhiều Do công nghệ hiện đại nên tỉ lệ trứng nở rất cao lên tới 98% Có thể ứng dụng tắt tốt trong việc thiết kế các máy ấp trứng hiện đại Tuy nhiên hạn chế ở đề tài nghiên cứu của chúng em là cá về mặt kỹ thuật cũng như mặt kinh tế Về kỹ thuật đề tài của chúng em là ứng dụng của rất nhiều lĩnh vực nên cần phải có vốn kiến thức tông hợp để thiết kế được một sản phẩm hoàn chỉnh Về kinh tế , các linh kiện sử dụng cho sản phẩm có giá cao hơn so với dùng những linh kiện khác
Hướng mở rộng của đề tài: Chúng ta có thể tích hợp loa cảnh báo và giao tiếp PC ứng dụng cảm biến 1Bus-wire trong mạch đo và điều khiển nhiệt độ
Trang 22Đây là lần đầu tiên nghiên cứu và thực hiện đề tài về đo lường và cảm
biến nên còn rất nhiều mặt hạn chế về kiến thức cũng như cách nhìn nhận vẫn đề về mặt thực tế nên chúng em mong nhận được sự phê bình cũng như
góp ý của các thầy cô để sản phâm này của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn
Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo Trần Thu Hà đã
giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện
Các tài liệu nghiên cứu và tham khảo cho đề tài:
1.Giáo trình đo lường điện và cảm biến đo lường - tác giả Nguyễn Văn Höa(chủ biên), Bùi Đăng Thánh, Hoang Sy Hồng Nhà xuất bản giáo dục
2.Điện công tử suất — Nguyễn Bính
3.http://www.dientuvietnam net 4.http://www.webdien.com