thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ, độ ẩm cho phân xưởng sản xuất thuốc sử dụng vi điều khiển

1 Mơc lơc Ch¬ng I C¬ së lý thut 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Mục đích nghiên cứu 1.1.3 Đối tợng nghiên cøu 1.1.4 Phơng pháp tiến hành .9 1.2 Giíi thiƯu cÊu tróc phÇn cøng hä MC – 51 (89C51) 1.2.1 Cấu trúc VĐK 8051, chức chân 12 1.2.2 Tổ chức nhớ .14 1.2.2.1 Bộ nhớ Ram .15 1.2.2.2 Các băng ghi (Register Banks) 15 1.3 Chuyển đổi AD dùng vi mạch ADC 0809 .18 1.4 Khái quát đo lường .21 1.4.1 Khái niệm đại lượng đo lường 21 1.4.2 Đo độ ẩm ẩm kế trở 22 1.4.3 Đo nhiệt độ cảm biến 24 Chơng Tính toán thiết kế mạch điện khèi 2.1 Sơ đồ khối toàn mạch 25 2.1.1 Sơ đồ khối chức khối .25 2.2 Khối nguồn 26 2.2.1 Sô đồ nguyên lý .26 2.2.2 Tính chọn linh kiện 27 2.3 Chuyển đổi ADC 31 2.3.1 Sơ đồ nguyên lý 31 2.3.2 Tính toán thiết kế mạch 32 2.4 Mạch đo nhiệt độ 34 2.4.1 Sơ đồ nguyên lý 34 2.4.2 Tính toán thiết kế .34 2.5 M¹ch ®o ®é Èm 36 2.5.1 Sơ đồ nguyên lý 36 2.5.2 Tính toán thiết kế 36 2.6 M¹ch hiĨn thị Led đoạn 38 2.6.1 Sơ đồ nguyên lý 38 2.7 Mạch báo động nhiệt ®é, ®é Èm .39 2.7.1 S¬ ®å nguyªn lý .39 2.7.2 TÝnh to¸n thiÕt kÕ 39 2.8 Mạch VĐK AT 89C51 40 2.8.1 Sơ đồ nguyên lý .40 2.8.2 Tính toán thiết kế mạch 40 Chng THIếT Kế PHầN MềM Và giao tiếp máy tính 3.1 Lu đồ giải thuật 43 3.1.1 Lu ®å chơng trình 43 3.1.2 Lu đồ chơng trình chuyển đổi ADC 44 3.1.3 Lu đồ chơng trình tách giải mã 45 3.1.4 Chơng trình hiển thị 46 3.1.5 Cảnh báo nhiƯt ®é, ®é Èm 47 3.1.6 Lu đồ giải thuật chơng trình ngắt .48 3.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 49 3.3 Giao tiÕp m¸y tÝnh 49 3.3.1 Sơ lợc vỊ vÊn ®Ị giao tiÕp nèi tiÕp .49 3.3.2 Đặc điểm truyền thông RS - 232, RS- 485 50 3.3.3 ChuÈn RS-232 51 3.3.4 Giao diÖn m¸y tÝnh 53 3.4 ThiÕt kÕ m¹ch in .53 kÕt luËn, KhuyÕn NGHÞ .54 hớng phát triển đề tài 55 TàI LIệU THAM KHảO 56 phô lôc .57 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MC CPU IC IP IE SFR TMOD TCON PCON PSEN PC ALE EA RST OE PSW DPTR Microcontroller Central Processing Unit Intergrated Circuit Interrupt Priority Register Interrupt Enable Register Special Function Register Timer Mode Register Timer Control Register Power Control Register Program Store Enable Program Counter Address Latch Enable External Access Reset Output Enable Program Status Word Data Pointer Vi điều khiển Đơn vị xử lý trung tâm Mạch điện tích hợp Thanh ghi ưu tiên ngắt Thanh ghi cho phép ngắt Thanh ghi chức đặc biệt Thanh ghi chế độ định thời Thanh ghi điều khiển định thời Thanh ghi điều khiển nguồn Cho phép truy xuất nhớ ngồi Bộ đếm chương trình Cho phép chốt địa Cho phép truy xuất Hoạt động khởi động lại Cho phép xuất Thanh ghi từ trạng thái chương trình Con trỏ liệu Danh mục bảng biểu Chơng Baỷng 1.1 Moõ tả khác IC họ MSC51 .11 Bảng 1.2 Trạng thái hoạt động .20 Chơng Bảng 3.1 Đặc điểm truyền thông RS - 232, RS- 485 .50 Bảng 3.2 Chức chân RS 232 .52 Danh mục hình vẽ đồ thị Chơng Hình 1.1 Cấu trúc bên 89C51 11 Hình 1.2 Sơ đồ chân VĐK 8051 12 Hình 1.3 Bản đồ nhớ data Chip 14 Hình 1.4 Sơ đồ chân ADC 0809 18 Hình 1.5 Biểu đồ thời gian ADC 0809 .21 Ch¬ng Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 25 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 26 Hình 2.3 Sơ đồ chuyển đổi mạch ADC 0808 31 Hình 2.4 Sơ đồ mạch dao động 32 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch đo nhiệt độ .34 Hỡnh 2.6 Cảm biến LM 35 35 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý mạch đo độ ẩm 36 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị 38 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch báo động 39 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý mạch vi ®iỊu khiĨn 40 Ch¬ng c¬ së lý thuyết 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Đặt vấn đề Cùng với phát triển khoa học công nghệ, thiết bị điện tử đã, sÏ tiÕp tơc øng dơng ngµy cµng réng r·i vµ mang lại hiệu hầu hết kĩnh vực khoa häc kü tht còng nh ®êi sèng x· héi Mét bíc tiÕn quan träng kü thuËt vi xử lý đời vi xử lý kỹ thuật số Đây vi mạch ®iƯn tư cã mËt ®é tÝch hỵp cao bao gåm nhiều mạch số có khả nhận, xử lý xuất liệu Đặc biệt trình xử lý liệu đợc thực theo chơng trình tập hợp lệnh từ bên mà ngời sử dụng thay đổi dễ dàng tùy thuộc vào ứng dụng Do vi xử lý thực đợc nhiều yêu cầu điều khiển khác tuỳ thuộc vào nhu cầu sử dụng Hầu hết thiết bị kỹ thuật từ phức tạp đơn giản nh thiết bị điều khiển tự động, thiết bị văn phòng thiết bị gia đình có dùng vi điều khiển, nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển ngày tăng Khoa häc, kü tht ®êi phơc vơ cho ®êi sống sản xuất, sinh hoạt ngời Trong xởng sản xuất yếu tố nhiệt độ, độ ẩm giữ vai trò định việc tạo điều kiện môi trờng làm việc thỏai mái em chọn đề tài: "Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ, độ ẩm cho phân xởng sản xuất thuốc sử dụng vi điều khiển" 1.1.2 Mục ®Ých nghiªn cøu ViƯc Nghiªn cøu thiÕt kÕ hƯ thống giám sát, điều khiển nhiệt độ, độ ẩm hƯ thèng cung cÊp ngn cho kho xëng s¶n xt thc øng dơng vi ®iỊu khiĨn nh»m gióp ngêi thùc đề tài nắm bắt đợc vấn đề sau: - Thông qua việc thực đồ án giúp cho chúng em ôn lại kiến thức học lĩnh hội thêm đợc kiến thức từ giáo viên hớng dẫn, từ bạn sinh viên khoảng thời gian rèn luyện tay nghề, từ hiểu rõ cách viết chơng trình cho vi điều khiển phềm mềm giao tiếp vi điều khiển với máy tính - Qua trình thực đề tài tạo điều kiện cho chúng em có ý tởng giải vấn đề phát sinh cách có hiệu - Giúp chúng em biết vận dụng việc tính toán mạch điện lý thuyết thực tế cho mạch hoạt động ổn định, kết cấu đơn giản chi phí thấp - Việc thực đề tài giúp ngời nghiên cứu nắm vững lý thuyết rèn luyện kĩ thi công mạch 1.1.3 Đối tợng nghiên cứu - Nghiên cứu chức IC vi điều khiển 89C51 phần mềm lập trình - Các linh kiện cảm biến nhiệt độ (LM35), IC (LM324), vi mạch chuyển đổi ADC, chn giao tiÕp RS - 232 - HƯ thèng ®o lờng cảm biến - Kết nối vi điều khiển với máy tính - Phần mềm thiết kế giao diện máy tính Visual Basic 1.1.4 Phơng pháp tiến hành - Khảo sát trạng giới thực để xác định rõ yêu cầu chức - Tổng hợp, phân tích, đánh giá ngời khác làm - Tìm kiếm nghiên cứu ghi chép lại tài liệu tham khảo - Đề xuất phơng án giải 1.2 Giới thiệu cấu trúc phÇn cøng hä 8051 MCS-51 họ IC vi điều khiển hãng Intel sản xuất Các IC tiêu biểu cho họ 8031, 8051, 8951 Những đặc điểm nguyên tắc hoạt độngcủa vi điều khiển khác không nhiều Khi sử dụng thànhthạo loại vi điều khiển ta nhanh chóng vận dụng kinh nghiệm để làm quen làm chủ ứng dụng vi điều khiển khác.Vì để có hiểu biết cụ thể vi điều khiển để phục vụ cho đề tài ta bắt đầu tìm hiểu vi điều khiển thông dụng nhất, họ MCS-51 họ MCS-51 họ điển hình 8051 lại đại diện tiêu biểu Các đặc điểm 8051 tóm tắt sau : √ KB ROM beân √ 128 Byte RAM nội √ Port xuất /nhập I/O bit √ Giao tiếp nối tiếp √ 64 KB vùng nhớ mã √ 64 KB vùng nhớ liệu ngoại √ Xử lý Boolean (hoạt động bit đơn) 10 √ 210 vò trí nhớ đònh vò bit √ μs cho hoạt động nhân chia Hình 1.1 Cấu trúc bên 89C51 60 Em sÏ tiếp tục nghiên cứu cải tiến mạch, để chơng trình linh hoạt quan trọng em muốn ứng dụng đề tài thực tế, có mục đích cụ thể ứng dụng để giám sát điều khiển nhiều thiết bị hơn, nhiều lĩnh vực công nghiệp TàI LIệU THAM KHảO Tống Văn On, Hoàng Đức Hải, Họ vi điều khiển 8051, NXB Lao động xã hội năm 2005 61 Nguyễn Viết Nguyên, Giáo trình linh kiện điện tử ứng dụng, NXB Giáo Dục năm 2002 Phạm Quốc Phong, Nguyễn Đức chiến Giáo trình cảm biến, NXB khoa học kỹ thuật năm 2005 Đỗ Xuân Tiến Kỹ thuật vi xử lý lập trình Assembly cho hệ vi xư lý, NXB khoa häc vµ kü tht 1997 Nguyễn Tăng Cờng Cấu trúc lập trình họ VĐK 8051 Văn Thế Minh, Kỹ thuật vi xử lý, NXB Giáo dục 1997 Đậu Quang Tuấn, Tự học lập trình Visual Basic 6.0, NXB trẻ Website: google.com.vn Phụ lục Phụ lục1: Chơng trình phần mềm vi điều khiÓn data_in equ p1 st equ p0.1 eoc equ p0.2 62 oe equ p0.3 ale equ p0.4 ka equ p0.5 kb equ p0.6 kc equ p0.7 ;========================= org 00h jmp main org 23h mov 50h,a jb ti,thoat4 jnb ri,$ mov a,sbuf cjne a,#'a',nhan mov r1,#45 jmp loopq2 nhan: mov @r1,a inc r1 loopq2: clr ri jmp loopq thoat4: mov a,50h push acc push psw jnb ti,$ clr ti 63 pop psw pop acc loopq: reti main: mov dptr,#bangma mov data_in,#0ffh mov ie,#10010000b; cho phep ngat noi tiep mov th1,#0fdh; baud rate 9600 mov tmod,#20h setb tr1 mov 45h,#30h mov 46h,#30h mov 47h,#30h mov 48h,#30h mov scon,#50h call docnhietdo call tach call hienthinhietdo call chuyen_ma call truyen_nt call delay call docdoam call tach call hienthidoam call chuyen_ma call truyen_nt jmp main 64 docnhietdo: clr ka clr kb clr kc setb ale call delay clr ale setb st call delay clr st jnb eoc,$ setb oe call delay clr oe mov a,data_in JNB P3.6,TT CJNE A,#27,$+3 JNC LAP3 CLR P3.6 CLR P3.7 JMP KT JNC Lap4 CLR P3.6 CLR P3.7 JMP KT TT: CJNE A,#30,$+3 JC KT 65 LAP3: CJNE A,#38,$+3 JC QUAT JMP CANHBAO Lap4: CJNE A,#20,$+3 JC QUAT JMP CANHBAO ;===================== QUAT: SETB P3.6 CLR P3.7 JMP KT ;===================== CANHBAO: SETB P3.7 CLR P3.6 JMP KT ;======================= KT: CLR oe RET ;========================= docdoam: setb ka setb kb setb kc setb ale 66 call delay clr ale setb st call delay clr st jnb eoc,$ setb oe call delay clr oe mov a,data_in ret ;========================= tach: mov b,#10 div ab mov dptr,#bangma movc a,@a+dptr mov 20h,a; hang chuc mov a,b mov dptr,#bangma movc a,@a+dptr mov 21h,a; hang don vi ret ;========================== chuyen_ma: mov a,21h add a,#30h mov 21h,a 67 mov a,20h add a,#30h mov a,20h ret truyen_nt: mov a,#'@' mov sbuf,a call delay mov a,21h mov sbuf,a call delay mov a,20h mov sbuf,a call delay ret ;====================== hienthinhietdo: mov p2,21h clr p3.3 call delay setb p3.2 setb p3.3 mov p2,20h clr p3.2 call delay setb p3.2 setb p3.3 ret 68 hienthidoam: mov p2,21h clr p3.5 call delay setb p3.4 setb p3.5 mov p2,20h clr p3.4 call delay setb p3.4 setb p3.5 ret ;========================== delay: mov r7,#255 djnz r7,$ ret bangma: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,099h,092h,082h,0f8h,080h,090h end Phụ lục 2: Chơng trình máy tính Dim strNhan As String Dim iTempC As Double Dim iTempK As Double Dim iTempF As Double Private Sub Command1_Click() 'Neu chua co kenh nao chon 69 If ((Option1.Value = False) And (Option2.Value = False)) Then MsgBox ("Ban hay chon kenh de do") Else Timer4.Enabled = True Timer3.Enabled = True End If End Sub -Private Sub Command2_Click() End End Sub -Private Sub Command3_Click() MsgBox "phan mem truyen thong ket noi modem nhiet do am Duoc truyen thong voi cong com cua may tinh Phan mem cho phep chon kenh de nhiet hoac am!", vbOKOnly, "gioi thieu va huong dan su dung phan mem" End Sub -Private Sub Form1_Load() MSComm1.CommPort = MSComm1.Settings = "9600,N,8,1" MSComm1.InputLen = MSComm1.InputMode = comInputModeText MSComm1.InBufferSize = MSComm1.PortOpen = True Option1.Value = False Option2.Value = False 70 End Sub -Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer) If MSComm1.PortOpen = True Then MSComm1.PortOpen = False End If End Sub -Private Sub Option1_Click() MsgBox " ban da chon kenh 1", vbOKOnly, "kenh duoc chon" MSComm1.Output = "1" End Sub -Private Sub Option2_Click() MsgBox " ban da chon kenh 2", vbOKOnly, "kenh duoc chon" MSComm1.Output = "2" End Sub -Private Sub Picture1_Click() MsgBox "do an hoc phan DHSPKT Nam Dinh.GVHD Nguyen Thi Hoa, sinh vien Nguyen Van Cuong, Doan Ngoc Lang", vbOKOnly, "kenh duoc chon" End Sub -Private Sub Timer1_Timer() Text7.Text = " modem temperature sensor 232 v1.0" 71 Text8.Text = "com5 9600,N,8,1" End Sub -Private Sub Timer2_Timer() Text7.Text = "" Text8.Text = "" End Sub -Private Sub Timer3_Timer() Dim deTest As String 'Tao mot bien de luu du lieu tam thoi tu com truyen ve deTest = MSComm1.Input On Error Resume Next 'Co gang convert du lieu kieu Int deTest = Trim$(deTest) 'Cat khoang trang dau iTempC = Asc(deTest) 'Convert to Interger iTempC2 = iTempC iTempC1 = iTempC * 20 / 51 iTempK = iTempC1 + 273 iTempF = iTempC1 * / + 32 MSComm1.InputLen = 'Xoa bo dem End Sub -'Hien du lieu Private Sub Timer4_Timer() If (Option1.Value = True) Then Text1.Text = iTempC1 'hien thi Text2.Text = iTempK Text3.Text = iTempF 72 Text4.Text = iTempC2 Text5.Text = "" Text6.Text = "" Else Text4.Text = iTempC2 'hienthi Text5.Text = "" Text6.Text = "" Text1.Text = "" Text2.Text = "" Text3.Text = "" End If End Sub - - 73 - - - - 74 - - ... vi c tạo điều kiện môi trờng làm vi c thỏai mái em chọn đề tài: "Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ, độ ẩm cho phân xởng sản xuất thuốc sử dụng vi điều khiển" 1.1.2 Mục đích nghiên cứu Vi c Nghiên... vụ theo yêu cầu mạch Kết xuất monitor hay hiển thò led, điều khiển thiết bò ngoại vi để ổn đònh nhiệt độ giới hạn cho phép Ta thiết kế mạch đo, điều khiển nhiệt độ dùng vi điều khiển, có giao... dùng vi điều khiển, nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển ngày tăng Khoa học, kỹ thuật đời phục vụ cho đời sống sản xuất, sinh hoạt ngời Trong xởng sản xuất yếu tố nhiệt độ, độ ẩm giữ vai trò định vi c