Thiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCDThiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 tấn hiển thị trên LCD
LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Thái Ngun nói chung thầy giáo khoa Cơng nghệ tự động hóa nói riêng tận tình giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Lê Văn Chung bảo tận tình giúp đỡ để em hoàn thành đồ án Thầy trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em q trình học tập cơng tác sau Và nhân em xin cảm ơn anh chị, người bạn động viên, giúp đỡ em thời gian vừa qua Thái Nguyên, ngày … tháng … năm201 Sinh viên Hoàng Trọng Nghĩa LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan toàn nội dung đồ án tốt nghiệp em tự tìm hiểu nghiên cứu định hướng thầy giáo hướng dẫn Nội dung đồ án tốt nghiệp không chép vi phạm quyền từ công trình nghiên cứu Nếu lời cam đoan khơng đúng, em xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước nhà trường Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 201 Sinh viên Hoàng Trọng Nghĩa MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1 Đặt vấn đề Giới thiệu đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài: CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 1.1 Hệ thống cân sử dụng loadcell ứng dụng .3 1.2 Sơ lược phương pháp cảm biến dùng việc đo khối lượng 1.2.1 Nguyên lý đo khối lượng 1.2.2 Các phương pháp đo khối lượng 1.3 Giới thiệu chung loadcell .9 1.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 1.4 Ví dụ hệ thống ứng dụng cân điện tử: Hệ thống cân xe .16 1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống 16 1.4.2 Cầu cân 17 1.4.3 Cách bố trí Loadcell trạm nối dây 17 1.4.4 Thiết bị thị khối lượng 18 1.4.5 Quản lý trạm cân dùng máy tính 19 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH 20 2.1 Vi điều khiển Atmega16 20 2.1.1 Tính Atmega16 20 2.1.2 Cấu hình chân Atmega16 21 2.1.3 Kiến trúc Atmega16 22 2.1.4 Vào vi điều khiển 23 2.1.5 Truyền thông nối tiếp không đồng với AVR (UART) 27 2.1.6 Bộ ADC Atmega16 32 2.2 LCD 39 2.3 Mạch khuếch đại 41 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 45 3.1 Sơ đồ khối chức khối cân điện tử .45 3.2 Sơ đồ nguyên lý 49 3.3 Một số hình ảnh mơ 50 3.4 Lưu đồ thuật toán 51 3.5 Chương trình 51 PHỤ LỤC 52 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử dùng loadcell .3 Hình1.2 Các dạng biến dạng Hình1.3 Cách ghép phần tử áp điện Hình 1.4 Cảm biến từ thẩm biến thiên Hình 1.4a LoadCell khơng có Hình 1.4b LoadCell có 10 lực tác động lực tác động 10 Hình 1.4c Sơ đồ điện cho cảm biến Load Cell 11 Hình 1.5 Sơ đồ tính điện áp 12 Hình 1.6 Sơ đồ tương đương 12 Hình 1.7 Sơ đồ tính tổng trở .13 Hình 1.8 Đầu dây Loadcell 15 Hình 1.9 Hình dạng số loại Loadcell có thực tế 16 Hình1.10 Sơ đồ khối hệ thống cân xe 16 Hình1.11 Bàn cân trạm cân xe 17 Hình 1.12 Cách bố trí Loadcell 17 Hình 1.13 Một số loại Loadcell có tải trọng lớn .18 Hình 1.14 Một số thiết bị thị khối lượng thực tế .19 Hình 2.1 Cấu hình chân Atmega16 21 Hình 2.2 Kiến trúc Atmega16 .22 Hình 2.3 Tổ chức nhớ Atmega16 23 Hình 2.4 Thanh ghi DDRA .24 Hình 2.5 Thanh ghi PORTA 25 Hình 2.6 Thanh ghi PINA 25 Hình 2.7 Sơ đồ cổng vào .26 Hình 2.8 Thanh ghi SFIOR 27 Hình 2.9 Thanh ghi UDR 28 Hình 2.10 Thanh ghi UCSRA 28 Hình 2.11 Thanh ghi UCSRB 28 Hình 2.12 Thanh ghi UCSRC 30 Hình 2.13 Thanh ghi UBRRL UBRRH .31 Hình 2.14 Cách nối sử dụng ADC 33 Hình 2.15 Thanh ghi ADMUX 34 Hình 2.16 Thanh ghi ADCSRA 36 Hình 2.17 Thanh ghi ADCH ADCL 37 Hình 2.18 Thanh ghi ADCH ADCL 37 Hình 2.19 Thanh ghi SFIOR 38 Hình 2.20 Sơ đồ chân LCD: 40 Hình 2.21 Sơ đồ chân INA125 42 Hình 2.22 Kết nối với INA125 43 Hình 3.1 Sơ đồ khối cân điện tử 45 Hình 3.6 Hình dạng LCD 48 Hình 3.7 Hình ảnh loadcell sử dụng đề tài 48 Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý 49 DANH MỤC BẢNG Bảng1.1.Đặc trưng vật lý số vật liệu áp điện Bảng 1.2 Các mầu thông dụng đầu Loadcell 15 Bảng 2.1 Cấu hình cho chân cổng 26 Bảng 2.2 Bảng chọn kiểm tra parity 30 Bảng 2.3 Bảng độ dài liệu truyền 31 Bảng 2.4 Bảng tính tốc độ baud 32 Bảng 2.5 Bảng chọn điện áp tham chiếu 34 Bảng 2.6 Bảng Chọn chế độ chuyển đổi 35 Bảng 2.7 Bảng hệ số chia xung nhịp cho ADC .36 Bảng 2.8 Bảng nguồn kích ADC chế độ Auto Trigger 39 Bảng 2.9 Bảng mô tả chân LCD 41 Bảng 3.1 Thông số loadcell 49 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Ngày với phát triển công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số hệ thống điều khiển tự động hóa Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lí, vi mạch số ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển khí thơ sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Cân xe việc cân khối lượng lớn nhu cầu cần thiết cho nhà máy sản xuất muốn biết khối lượng hàng hoá, sản phẩm hay nguyên vật liệu, cho lĩnh vực khác bến cảng, trạm cân xe phát tải cảnh sát giao thông Tuy sử dụng rộng rãi Việt Nam hầu hết hệ thống cân xe lắp ráp từ thiết bị có sẵn từ nước ngồi loadcell, hiển thị (đầu cân) Phần chế tạo cầu cân, hộp nối loadcell ( Junction Box) viết chương trình quản lý trạm cân Vì lí sở lý thuyết học môn đo lường vi điều khiển, đồng thời giúp đỡ khoa Cơng nghệ tự động hóa-Trường Đại học Cơng nghệ thông tin truyền thông, nhận đề tài làm đồ án tốt nghiệp em tiến hành thực đề tài: “Thiết kế mạch cho hệ thống cân điện tử 20 hiển thị LCD” Cụ thể em thiết kế cân điện tử cân tối đa 20000 Kg Giới thiệu đề tài - Tóm tắt nội dung đề tài: -Nghiên cứu hệ thống cân điện tử -Nghiên cứu cấu trúc tập lệch AVR -Ứng dụng vi điều khiển hệ thống cân điện tử - Kết dự kiến: -Xây dựng sơ đồ nguyên lý chi tiết -Xây dựng lưa đồ thuật toán viết chương trình phần mềm -Mơ chương trình máy tính -Mạch cho hệ thống cân điện tử Mục đích nghiên cứu đề tài: - Mục đích trước hết thực đề tài để hồn tất chương trình mơn học để đủ điều kiện trường - Cụ thể nghiên cứu thực đề tài em muốn phát huy thành ứng dụng tự động hóa nhằm tạo sản phẩm, thiết bị tiên tiến hơn, đạt hiệu sản xuất cao - Mặt khác đồ án làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khóa sau, giúp họ hiểu rõ ứng dụng vi điều khiển - Ngồi q trình nghiên cứu thực đề tài hội để em tự kiểm tra lại kiến thức học trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả giải vấn đề theo yêu cầu đặt Và dịp để em tự khẳng định trước trường để tham gia vào hoạt động sản xuất xã hội CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 1.1 Hệ thống cân sử dụng loadcell ứng dụng Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử dùng loadcell sau : Bộ nhớ Loadcell Khuếch đại A/D Xử lý Hiển thị Nguồn cung cấp Nút nhấn In ấn Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử dùng loadcell Tùy theo yêu cầu mục đích ứng dụng, khối xử lý dùng vi xử lý hay máy tính … Nếu xử lý sử dụng vi xử lý có thêm khối truyền liệu máy tính, có khối in ấn khơng tùy mục đích sử dụng Dưới tác dụng khối lượng đặt bên trên, loadcell chuyển thành tín hiệu điện ngõ Tín hiệu điện nhỏ khuếch đại lên nhiều lần trước đưa vào chuyển đổi A/D để chuyển thành tín hiệu số đưa xử lý để xử lý theo chương trình có sẵn hiển thị có thêm việc in ấn Bộ xử lý cần thiết phải có thêm nhớ để lưu trữ số liệu, ví dụ việc chỉnh trừ bì cân … Do tính linh hoạt xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chương trình viết cho xử lý khác Do đó, hệ thống cân ứng dụng nhiều lĩnh vực có liên quan đến việc đo khối lượng Ngoài ứng dụng việc cân xe, kể ví dụ khác mà dùng hệ thống cân điện tử sử dụng loadcell sau: 3.1.1 Khối nguồn Cung cấp nguồn điện áp ổn định +10VDC cho loadcell điện áp +5V cho mạch làm việc Hình 3.2 Khối nguồn cho mạch 3.1.2 Khối khuếch đại Khối định tới chất lượng cân điện tử, khuếch đại tín hiệu cần tỉ lệ tuyến tính với tín hiệu lối vào đồng thời phải đủ lớn để đưa vào biến đổi ADC Atmega16 Hình 3.3 Khối khuếch đại 3.1.3 Khối xử lý liệu Trong mạch sử dụng loại vi điều khiển Atmega16 điều khiển xử lý toàn liệu mạch Do tích hợp sẵn chuyển đổi ADC bên chíp nên 46 chức thực chuyển đổi tín hiệu khuếch đại từ loadcell, xử lý liệu hiển thị kết LCD Hình 3.4 Khối xử lý tín hiệu 3.1.4 Khối hiển thị LCD Hình 3.5 Khối hiển thị 47 Hình 3.6 Hình dạng LCD 3.1.5 Khối loadcell • Hình ảnh loadcell sử dụng đề tài Hình 3.7 Hình ảnh loadcell sử dụng đề tài • Đặc tính Quy ước màu dây Dây đỏ(input +) Dây màu đen (input -) Dây màu trắng (output -) Dây màu xanh (output +) 48 • Một vài thông số loadcell Bảng 3.1 Thông số loadcell Model CZL Khối lượng tối đa 10kg Độ nhạy Nguồn cấp 2mV/V 9VDC – 12VDC Điện trở vào Điện trở 405±10 350±3 Nhiệt độ cho phép -35°C + 65°C Mức tải an toàn 120% 3.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý 49 3.3 Một số hình ảnh mơ Ta cho giá trị điện trở biến trở để làm thay đổi giá trị điện áp mà hình LCD hiển thị khối lượng vật thay đổi theo Hình 3.9 Một số hình ảnh mơ 50 3.4 Lưu đồ thuật tốn begin Tín hiệu từ Load cell Khuếch đại ADC vi điều khiển Đọc giá trị ADC Trọng lượng Hiển thị LCD End 3.5 Chương trình Nằm phụ lục 51 PHỤ LỤC /***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V2.05.0 Professional Automatic Program Generator © Copyright 1998-2010 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l http://www.hpinfotech.com Project : Version : Date : 6/3/2013 Author : NeVaDa Company : Comments: Chip type : ATmega16 Program type : Application AVR Core Clock frequency: 8.000000 MHz Memory model : Small External RAM size :0 Data Stack size : 256 *****************************************************/ #include #include #include // Alphanumeric LCD Module functions #include 52 unsigned long X; unsigned long khoiluong; unsigned char dis[5]; #define ADC_VREF_TYPE 0x00 // 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 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 53 // State7=P State6=P State5=P State4=P State3=P State2=P State1=P State0=P PORTA=0xFF; 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=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 PORTC=0x00; DDRC=0x00; // 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: Timer Stopped 54 // Mode: Normal top=0xFF // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer1 Stopped // Mode: Normal top=0xFFFF // OC1A output: Discon // OC1B output: Discon // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer1 Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; 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: Timer2 Stopped 55 // Mode: Normal top=0xFF // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00; // USART initialization // USART disabled UCSRB=0x00; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // ADC initialization // ADC Clock frequency: 500.000 kHz // ADC Voltage Reference: AREF pin // ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped ADMUX=ADC_VREF_TYPE & 0xff; 56 ADCSRA=0x84; // SPI initialization // SPI disabled SPCR=0x00; // TWI initialization // TWI disabled TWCR=0x00; // Alphanumeric LCD initialization // Connections specified in the // Project|Configure|C Compiler|Libraries|Alphanumeric LCD menu: // RS - PORTC Bit // RD - PORTC Bit // EN - PORTC Bit // D4 - PORTC Bit // D5 - PORTC Bit // D6 - PORTC Bit // D7 - PORTC Bit // Characters/line: 16 lcd_init(16); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts("DO AN TOT NGHIEP"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts("H-T-NGHIA"); delay_ms(2000); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); 57 lcd_puts("CAN-DIEN-TU"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts("KL: "); while (1) { // Place your code here X=read_adc(0); khoiluong = X/6.7; sprintf(dis,"%i", khoiluong); lcd_gotoxy(5,1); lcd_puts(" "); lcd_gotoxy(5,1); lcd_puts(dis); delay_ms(500); } } 58 KẾT LUẬN Sau bảy tuần thực đồ án với hướng dẫn tận tình thầy Lê Văn Chung thầy cô Khoa Cơng nghệ tự động hóa cộng với cố gắng nỗ lực thân giúp đỡ bạn, em hoàn thành đồ án thời gian quy định Để thực yêu cầu em nghiên cứu, tìm hiểu vấn đề vi điều khiển, vi xử lý, phương pháp đo khối lượng, vấn đề liên quan đến truyền thơng nối tiếp vấn đề khác có liên quan đến đề tài Nội dung đề tài bao gồm phần sau: - Phần kiến thức: +Nghiên cứu hệ thống cân điện tử +Nghiên cứu cấu trúc tập lệnh AVR, LCD, khuếch đại + Nghiên cứu vấn đề truyền thông nối tiếp - Phần thiết kế, thi cơng: + Xây dựng sơ đồ khối tồn mạch + Xây dựng lưu đồ giải thuật + Viết chương trình điều khiển + Xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch đo + Mô mạch đo phần mềm Proteus Theo nhận định chủ quan em tập đồ án trình bày tương đối đầy đủ nội dung, kiến thức liên quan, giải yêu cầu đặt Xong kiến thức hạn hẹp thời gian thực khơng nhiều nên đề tài em nhiều hạn chế Em mong thầy đóng góp ý kiến để đồ án em hoàn thiện Em xin trân thành cảm ơn! Sinh viên thực Hoàng Trọng Nghĩa 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngô Diên Tập- Đo lường điều khiển máy tính- NXB Khoa học kỹ thuật [2] Lê văn Doanh - Phạm Khắc Chương- Kỹ thuật vi điều khiển - NXB Khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Văn Hồ- Giáo trình đo lường đại lượng điện không điệnNXB Giáo Dục [4] Ngô Diên Tập- Kỹ thuật điền khiển với AVR- NXB khoa học kỹ thuật 60 ... mạch cho hệ thống cân điện tử 20 hiển thị LCD Cụ thể em thiết kế cân điện tử cân tối đa 200 00 Kg Giới thiệu đề tài - Tóm tắt nội dung đề tài: -Nghiên cứu hệ thống cân điện tử -Nghiên cứu cấu trúc... CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN ĐIỆN TỬ 1.1 Hệ thống cân sử dụng loadcell ứng dụng Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử dùng loadcell sau : Bộ nhớ Loadcell Khuếch đại A/D Xử lý Hiển thị Nguồn cung cấp... điều khiển hệ thống cân điện tử - Kết dự kiến: -Xây dựng sơ đồ nguyên lý chi tiết -Xây dựng lưa đồ thuật toán viết chương trình phần mềm -Mơ chương trình máy tính -Mạch cho hệ thống cân điện tử