Đồ án điện tử viễn thông : hệ thống đo mực nước và bơm nước tự động sử dụng vi điều khiển PIC 16f887

Đồ án hệ thống đo mực nước và bơm nước tự động sử dụng vi điều khiển PIC 16f887 + Module cảm biến SRF05 + module điều khiển động cơ L298 + module hiển thị LCD + các nút nhấn điều khiển và led báo hiệu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

-ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Đề tài :

MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG VÀ

HIỂN THỊ MỰC NƯỚC DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 16F887

Giảng viên hướng dẫn: ThS HUỲNH THỊ THU HIỀN

Sinh viên thực hiện: 1 LÃ PHƯƠNG DUY

MSSV: 14141038

2 LẠI THỊ THU THẢO MSSV: 14141286

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÁY TÍNH - VIỄN THÔNG

-ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

Đề tài :

MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG VÀ

HIỂN THỊ MỰC NƯỚC DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 16F887

Giảng viên hướng dẫn: ThS HUỲNH THỊ THU HIỀN

Sinh viên thực hiện: 1 LÃ PHƯƠNG DUY

MSSV: 14141038

2 LẠI THỊ THU THẢO 14141286

TP HỒ CHÍ MINH – 06/2017

Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô trong Khoa Điện – Điện tử đã truyềnđạt cho em những kiến thức cần thiết để em có thể vận dụng thực tiễn, thực hiện được

Họ và tên: 1.Lã Phương Duy MSSV: 14141038

Mail: 14141038@student.hcmute.edu.vnSĐT: 0905452796

2.Lại Thị Thu Thảo MSSV: 14141286

Mail: 14141286@student.hcmute.edu.vnSĐT: 01656417729

2 Thông tin đề tài

Tên của đề tài: Thiết kế và thi công mạch điều khiển máy bơm nước tự động và hiển thị mực nước dùng vi điều khiển PIC16f887

Đồ án môn học được thực hiện tại: Bộ môn Kỹ Thuật Máy Tính- Viễn Thông, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

Thời gian thực hiện: Từ ngày 27/3/2017 đến 15/6/2017

3 Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài

 Tìm hiểu tình hình nhu cầu thực tiễn

Thực hiện mạch điều khiển đèn máy bơm nước tự động và hiển thị mực nước dùng vi điều khiển PIC16f887

 Trình bày báo cáo và nộp sản phẩm

4 Lời cam đoan của sinh viên

Tôi xin cam đoan những lí thuyết trình bày là sự tham khảo các tài liệu sách, tài liệu trên mạng có nguồn gốc rõ ràng Và việc thiết kế, thi công mạch là do tôi thực hiện, không có sao chép bất kì nguồn nào

Tp.HCM, ngày tháng 6 năm 2016

SV thực hiện đồ án

Lã Phương Duy Lại Thị Thu Thảo

Giáo viên hướng dẫn xác nhận về mức độ hoàn thành và cho phép được bảo vệ:

………

………

Đề tài: Thiết kế và thi công mạch điều khiển máy bơm nước tự động và hiển thị mực nước dùng vi điều khiển PIC16f887

Sinh viên thực hiện: 1.Lã Phương Duy MSSV: 14141038

2.Lại Thị Thu Thảo MSSV: 14141286 Giảng viên hướng dẫn: Ths Huỳnh Thị Thu Hiền

Nhận xét bao gồm các nội dung sau đây:

1 Tính hợp lý trong cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề; ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

2 Phương pháp thực hiện/ phân tích/ thiết kế: .

3 Kết quả thực hiện/ phân tích và đánh giá kết quả/ kiểm định thiết kế:

4 Kết luận và đề xuất:

5 Hình thức trình bày và bố cục báo cáo:

6 Kỹ năng chuyên nghiệp và tính sáng tạo:

7 Tài liệu trích dẫn:

8 Đánh giá về sự trùng lặp của đề tài:

9 Những nhược điểm và thiếu sót, những điểm cần được bổ sung và chỉnh sửa*

10 Nhận xét tinh thần, thái độ học tập, nghiên cứu của sinh viên:

Đề nghị của giảng viên hướng dẫn

Đề tài: Thiết kế và thi công mạch điều khiển máy bơm nước tự động và hiển thị mực nước dùng vi điều khiển PIC16f887

Sinh viên thực hiện: 1.Lã Phương Duy MSSV: 14141038

2.Lại Thị Thu Thảo MSSV: 14141286

Giảng viên hướng dẫn: Ths Huỳnh Thị Thu hiền

Nhận xét bao gồm các nội dung sau đây:

1 Tính hợp lý trong cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề; ý nghĩa khoa học và thực tiễn:

2 Phương pháp thực hiện/ phân tích/ thiết kế:

3 Kết quả thực hiện/ phân tích và đánh giá kết quả/ kiểm định thiết kế:

4 Kết luận và đề xuất:

5 Hình thức trình bày, bố cục và chất lượng báo cáo:

6 Tài liệu trích dẫn:

7 Đánh giá về sự trùng lặp của đề tài:

8 Những nhược điểm và thiếu sót, những điểm cần được bổ sung và chỉnh sửa*

Câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng*

Đánh giá chung - Điểm (Quy về thang điểm 10 không làm tròn): …………./10

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ……… ……… ……… VDANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT……… VI

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về đề tài

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ

1.2.1 Mục tiêu của đề tài

1.2.2 Nhiệm vụ của đề tài

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.………1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Phạm vi đề tài

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp tài liệu

1.4.2 Phương pháp thực nghiệm

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn……… ………21.5.2 Ý nghĩa khoa học……….2 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn……… ……… 21.6 Cấu trúc đồ án

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT……… 42.1 Giới thiệu về các linh khiện sử dụng……….42.1.1 Vi điều khiển PIC16F887 4

2.1.1.1 Giới thỉệu vỉ điều khiển PIC16F887 4

2.1.1.2 Sơ đồ chân của PIC16F887 của hãng Microchip 2.1 5

2.1.1.3 Sơ đồ khối……… 6

2.1.1.4 Tổ chức các bộ nhớ……… 7 2.1.1.5 Điều chế độ rộng xung PWM……… 122.1.2 Module cảm biến siêu âm SRF05 16

2.1.2.1 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo ……… 16 2.1.2.2 Sơ đồ chân .18 2.1.2.3 Chức năng trong mạch .18

2.1.4.1 Chức năng ……… .20

2.1.4.2 Sơ đồ chân ……… .21

2.1.4.3 Chức năng trong mạch …… .21

2.1.5 Nút nhấn đơn 2 chân……… … 21

2.1.6 Led đơn……… 22

2.1.6.1 Chức năng……… 22

2.1.6.2 Sơ đồ chân……… 23

2.1.6.3 Chức năng trong mạch……… 23

2.1.7 Máy bơm nước……… 23

2.1.8 Điện trở……… 24

2.1.9 Biến trở……… 26

Chương 3: MÔ PHỎNG-THIẾT KẾ THI CÔNG……… 27

3.1 Sơ đồ khối……… 27

3.1.1 Danh sách các khối 27

3.1.2 Chức năng từng khối 28

3.2 Thiết kế phần cứng……… 29

3.2.1 Khối nguồn 29

3.2.2 Khối xử lý trung tâm 30

3.2.3 Khối cảm biến 31

3.2.4 Khối điều khiển động cơ DC: 34

3.2.5 Khối led báo hiệu và nút nhấn 36

3.2.6 Khối hiển thị 36

3.3 Lưu đồ chương trình……….37

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM……….38

4.1 Kết quả mô phỏng-nhận xét………38

5.1 Kết luận……… 415.2 Hướng phát triển……….41.42

.43

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Hình 2.1: Vi điều khiển PIC16F887

Hình 2.2: Sơ đồ chân cùa PIC16F887

Hình 2.3: Sơ đồ khối vi điều khiển 16F887

Hình 2.4: Bộ nhớ chương trình 16F8887

Hình 2.5: Tổ chức file thanh ghi

Hình 2.13: Dạng sóng PWM.

Hình 2.14: Cách đo khoảng cách của cảm biến

Hình 2.15: Chu kì làm việc theo chế độ Mode 1 của cảm biến Hình 2.16: Hình dáng của module cảm biến siêu âm

Hình 2.17: Sơ đồ chân cảm biến SRF05

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Hình 3.4 : Sơ đồ kết nối vi điều khiển 16F887

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý cảm biến siêu âm

Hình 3.6: Phần phát tín hiệu của cảm biến

Hình 3.7: Phần thu tín hiệu của cảm biến

Hình 3.8: Phần điều khiển tín hiệu của cảm biến

Hình 3.9: Hai giản đồ xung của hai chế độ làm việc của cảm biếnHình 3.10: Module điều khiển động cơ DC

Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý IC L298

Hình 3.12: Khối led báo hiệu và nút nhấn

Hình 3.13: 2 trạng thái hiện thị của LCD

Hình 3.14: Lưu đồ chương trình

Hình 4.1: Mô phỏng mạch trên Proteus

Hình 4.2: Vẽ mạch in từ mạch mô phỏng trên Proteus

Hình 4.3: Bản vẽ mạch in

Hình 4.4: Mạch thực tế

Hình 4.5: Mặt sau của mạch

PWM: Pulse Width Modulation

GPIO: General-purpose input/outputRISC: Reduced Instructions Set ComputerWDT: Watch Dog Timer

phẩm kỹ thuật số ra đời và đáp ứng được nhiều nhu cầu và lợi ích cho con người, các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó thay thế nhiều tủ điều khiển lớn và phức tạp và dễ dàng thao tác sử dụng hơn.

Vi điều khiển không những góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà còn góp phần

to lớn vào việc phát triển các phương thức truyền nhận thông tin Chính vì vậy mà

nhóm thực hiện đề tài đã tìm hiểu và thiết kế “Mạch đo mực nước và điều khiển máy bơm nước tự động sử dụng vi điều khiển PIC 16F887” trong khuôn khổ

của đồ án môn học 1 do cô Ths Huỳnh Thị Thu Hiền hướng dẫn

1.2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ

1.2.1 Mục tiêu của đề tài

1.3 I TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.2.1 Đối tượng nghiên cứu : Học sinh, sinh viên

1.2.2 Phạm vi đề tài :

 Thiết kế hệ thống đơn giản

 Sử dụng các module cảm biến và module điều khiển tích hợp

 Sử dụng vi điều khiển để xử lý các tín hiệu tới các module

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.4.1 Phương pháp tài liệu

 Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của cảm biến SRF05 thông qua các tài liệu trên internet

 Tìm hiểu kĩ hơn về Vi điều khiển PIC 16F887 và cách giao tiếp với LCD và

L298 thông qua giáo trình “Nguyễn Đình Phú (8/2016), Vi điều khiển PIC,

TP.HCM”

 Đưa ra ý tưởng về các thông số và giá trị sẽ được hiển thị trên LCD

 Tìm các công thức toán học để tính ra dung tích nước qua giá trị khoảng cách đo được từ cảm biến

 Đề xuất và nghiên cứu về các linh kiện sẽ có trong mạch và các linh kiện bảovệ

 Tham khảo thư viện cho vi điều khiển PIC 16F887

1.4.2 Phương pháp thực nghiệm

 Mô phỏng mạch trên ứng dụng Proteus

 Tìm và mua linh kiện để thi công mạch

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

 Đề suất được các phương pháp thiết kế thi công mạch đơn giản ứng dụng vào việc đo lường các bể chứa có dung tích lớn và ứng dụng vào đời sống như việc trang bị cho căn nhà thông minh bằng bể cá thông minh

 Vận dụng một cách tổng hợp những kiến thức đã học để tiến hành thiết kế, thicông mạch để từ đó có thể đào sâu, mở rộng và hoàn thiện vốn hiểu biết của bản thân

1.6 CẤU TRÚC ĐỒ ÁN

Cấu trúc đồ án trình bày trong báo cáo gồm:

 Tổng quan

 Cơ sở lý thuyết

 Thiết kế và thi công mạch

 Kết quả thực hiện và kết luận

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

2.1.1 Vi điều khiển PIC16F887

2.1.1.1 Giới thỉệu vi điều khiển PIC16F887

Hình 2.1 : Vi điều khiển PIC 16F887

 Tốc độ hoạt động:

o Xung đồng hồ là DC -20MHz

o Chu kì lệnh (thực hiện trong 200ns)

 Tắt cả các cầu lệnh thự hiện trong một chu kỳ, lệnh ngoại trừ một số câu lệnh riêng rẽ nhánh thực hiện trong hai chu kỳ lệnh

 Bộ nhớ chương trình Flash 8Kxl4 words

 Bộ nhớ SRam 368x8 bytes

 Bộ nhớ EFPROM 256x8 bytes

 Số port I/O 35 port *Khả năng của PIC + Khả năng ngắt

 Ngăn nhớ Stack được phân chia làm 8 mức

 Truy cập bộ nhớ bằng địa chi trực tiếp hoặc gián tiếp

 Nguồn khởi động lại (POR)

 Độ đếm xung thời gian WDT với nguồn dao động trên chip( nguồn dao động RC) đáng tin cậy

 Dải điện thế hoạt động từ 2V-5,5V

 Dòng điện sử dụng 25mA

 Các bộ định thời Timer0,Timer1,Timer2

2.1.1.2 Sơ đồ chân của PIC16F887 của hãng Microchip 2.1

Hình 2.2 Sơ đồ chân cùa PIC16F887

*Chức năng chân của vi điều khiến PIC16F887

-PortA: PortA( RAO -T- RA5) có số chân từ chân số 2 đến chân số 7.-PortA (RPA) bao gồm 6 I/O pin Đây !à các chân “hai chiều"

(bidirectional pin),nghĩa là có thê xuấl và nhập được Chức năng I/O này được điều khiên bời thanh ghi TRISA (địa chi 85h)

-PortB: PortB( RBO -S- RB7) có số chân từ chân số 33 đến chân số 40.-PortB (RPB) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng

-PortC (RPC) gồm 8 pin I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng

là TRISC Bên cạnh đó PORTC còn chứa các chân chức năng của bộ so

sánh, bộ Timerl, bộ PWM và các chuẩn giao tiếp nối tiếp I2C, SPI, SSP, USART PortD: PortD( RDO -T- RD7) có số chân từ chân số 33 đến chân

-PortE (RPE) gồm 3 chân I/O Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng

là TRISE Các chân cùa PORTE có ngõ vào analog Bên cạnh đó PORTE còn là các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP Chân 11,12,31,32 là các chân cung cấp nguồn cho vi điều khiển

-Chân 13,14 là chân được đấu nối thạch anh với bộ dao động xung clock bên ngoài cung cấp xung clock cho chip hoạt động

-Chân 1 là chân RET: Là tín hiệu cho phép thiết lập lại trạng thái ban đâu cho hệ thống, và là tín hiệu nhập là mức tích cục cao

+ Bộ nhớ dữ liệu (Data memory)

a Bộ nhớ chương trình (Programmemory).

Bộ nhớ chương trình cùa vi điều khiển PIC16F887 là bộ nhớ Flash dung lượng bộ nhớ 8K được phân chia thành nhiều lrang(lừ 0-T- 3) Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa được 8*1024=8192 câu lệnh

Để mà hóa được địa chỉ của 8K bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương trình

có dung lượng 13bit

Khi vi điều khiển được Reset, bộ đếm chương trình chi đến địa chì

b Bộ nhớ dữ liệu (Data memory).

Bộ nhớ dữ liệu cùa PIC là bộ nhớ EEPROM được chia thành nhiều bank Đối với PIC16F887 chia thành 4 bank Mỗi bank có dung lượng chứa 128 byte, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG (Spencial Function Register) nam ở các vùng địa chi chấp và các thanh ghi mục đích chung GPR(General Purpose Register) nằm ờ các vùng địa chi còn lại trong back Các thanh ghi SFGthường xuyên được sử dụng sè được đặt ờ (ất cà các bank cùa bộ nhớ dừ liệu giúp truy suất và làm giàm bớt lệnh cúa chương trình

-Bộ nhớ dữ liệu cùa PIC 16F887:

Hình 2.4: Tổ chức file thanh ghi

c Các cống xuất nhập của PIC( I/O)

PIC16F887 tắl cà có 35 chân I/O mục đích thông thường (GPIO: General Purpose Input Ouput) có thể được sù dụng Tùy theo những thiết bi ngoại vi được chọn mà một vài chân không thể sú dụng ờ chức năng GPỈO Thông thường, khi một thiêt bị ngoai vi được chọn, những chân liên quan cùa thiết bị ngoại vi không được sù dụng ờ chức năng GPI0.35 chân được chia thành 5 port:

+ PortA chia làm 8 chân

+ PortB chia làm 8 chân

+ PortC chia làm 8 chân

+ PortD chia làm 8 chân

+ PortE chia làm 3 chân

Mỗi port được điều khiển bời 2 thanh ghi 8-bit, thanh ghi Port và thanh ghi Tris Thanh ghi Tris được sử dụng đê điều khiến port nhập hay xuất Mỗi bit cùa Tris sẽ điều khiển mỗi chân cùa port đó, nếu giá trị bit là 1 thỉ chân liên quan là nhập, ngược lại nếu giá trị bit là 0 thì chân liên quan là xuất Thanh ghi Port được suvve\r dụng đê chứa các giá trị cùa porl liên quan Mỗi bit của ỉhanh ghi Port chứa giá trị của chân liên quan.

Cấu trúc cùa GPIO;

Hình 2.5: Cấu trúc của GPIO

d Các bộ định thời của chip để tính toán thời gian trong mạch

Bộ vi điều khiển PIC16F887 có 3 bộ định thời Timer đó là TmerO, Timer 1,Timer2

 Bộ Timer0

Đây là một trong 3 bộ đếm hoặc bộ định thời cùa vi điều khiên PIC16F887 TimerO là bộ đếm 8 bit được kết nối với bộ chia tần 8bit cấu trúc cùa TimeO cho phép ía lựa chọn xung clock tác động và cạnh tích cực

cùa xung clock Ngắt TimerO sẽ xuất hiện khi TimerO bị tràn Bit TMROIE

(INTCON<5>) là bit điều khiên cùa TimerO TMROIE=l cho phép ngai TimerO tác động,

Hình 2.6 Sơ đồ khối của Timer0

 Bộ Time1

Bộ Timer1 là bộ định thời 16 bit, giá trị cùa Timerl sê được lưu trong thanh ghi (TMR1H:TMR1L) Cờ ngắt cùa Timrerl là bit TMR1IF Bit điều khiển cùa Timerl là TMR1IE

Tương lự như TimerO, Timerl cung có 2 chế độ hoạt động: chế độ định thời và chế độ xung kích là xung clock cùa osciled ma trậnator ( tần số Timer

bằng 4 tần số cùa osciled ma trặnator và chế độ đếm (counter) với xung

kích là xung phàn ánh các sự kiện cằn đếm lấy từ bên ngoài thông qua chân RCO/TIOSO/TICKI (cạnh tác động là cạnh bên) Việc lựa chọn chế độ hoại động của Timer được điều khiển bời bit TiMRlCS

Hình 2.7 Sơ đồ khối của Timerl

 Bộ Timer2

Bộ Timer2 là bộ định Ihời 8 bit và được hỗ trợ hai bộ chia tần prescaler

và postscaler Thanh ghi chứa giá tị đếm của Timer2 là TMR2 Bit cho phép ngắt Timer2 lác động là TMR20N Cờ ngắt cùa Timer2 là bit TMR2IF Xungngõ vào được đưa qua bộ chia tần số prescaler 4 bil(với các li số chia tần 1:1,1:4 hoặc 1:6) và được điều khiển bời các bit T2CKPS1 :T2CKPS0

Hình 2.8 Sơ đồ khối của Timer2

 Bộ biến đồi ADC

ADC (Analog to Digital Converter) là bộ chuyên đôi tín hiệu giữa haidạng tương lự và SO.PIC16F887 có 14 ngõ vào analog (RA5:RA0,

RE2:RE0và RB5:RB0) Hiệu điện thế chuẩn VRKF có thể được chọn là vdd, hay hiệu điện thế chuần được xác lập trên 2 chân RA2 và RA3 Ket quá chuyển đôi từ tin hiệu tương lự sang tín hiệu số là lObit lương ứng và được lưu Irong hai thanh ghi ADRESH:ADRESL Khi không sir dụng bộ chuyển đồi ADC các thanh ghi này có (hê sử dụng các (hanh ghi thông llurờng khác Khi quá trình chuyển đôi hoàn tắt, kếl quà sè được lưu vào 2 thanh ghi ADRESH:ADRESL

Hình 2.9 Sơ đồ khối bộ chuyên đôi Analog

2.1.1.5 Chức năng điều chế độ rộng xung PWM để sử dụng cho việc điều khiển động cơ

a) Nguyên lý điều chế độ rộng xung PWM

Nguyên lý điều chế độ rộng xung là mạch tạo ra xung vuông có chu kỳ

là hằng số nhưng hệ số công tác (còn gọi là hệ số chu kỳ - duty cycle) có thể thay đổi được Sự thay đổi của hệ số chu kỳ làm thay đổi điện áp trung bình hoặc dòng điện trung bình

Sự thay đổi điện áp hoặc dòng trung bình dùng để điều khiển các tải nhưđộng cơ DC thì làm thay đổi tốc độ động cơ, điều khiển bóng đèn thì làm thayđổi cường độ sáng của bóng đèn, …

Các đạng sóng điều chế độ rộng xung với các hệ số chu kỳ khác nhau như hình 2.10

Hình 2.10: Dạng sóng điều chế độ rộng xung.

-Cho chu kỳ 10ms, ở cấp tốc độ 0 thì tín hiệu bằng 0 Điện áp hay dòng

trung bình sẽ bằng 0, nếu tín hiệu này điều khiển đèn led thì đèn led sẽ tắt.-Ở cấp tốc độ 1 thì tín hiệu điều khiển ở mức 1 chỉ có 1ms, ở mức 0 là 9ms Giả sử dòng tạo ra là 10 mA khi ở mức 1, khi đó dòng trung bình là

(10*1)/10 = 1mA Led sáng mờ với dòng là 1mA

-Ở cấp tốc độ 2 thì tín hiệu điều khiển ở mức 1 chỉ có 2ms, ở mức 0 là 8ms Giả sử dòng tạo ra là 10 mA khi ở mức 1, khi đó dòng trung bình là

(10*2)/10 = 2mA Led sáng hơn với dòng là 2mA

-Ở cấp tốc độ 5 thì tín hiệu điều khiển ở mức 1 chỉ có 5ms, ở mức 0 là 5ms Giả sử dòng tạo ra là 10 mA khi ở mức 1, khi đó dòng trung bình là

(10*5)/10 = 5mA

-Ở cấp tốc độ 10 thì tín hiệu điều khiển ở mức 1 là 10ms, ở mức 0 là 0ms Giả sử dòng tạo ra là 10 mA khi ở mức 1, khi đó dòng trung bình là

(10*10)/10 = 10mA Led sáng cực đại với dòng là 10mA

-Khi thay đổi hệ số chu kỳ thì chỉ thay đổi thời gian xung ở mức 1, còn chu

kỳ thì không đổi

b) Cấu trúc khối điều chế độ rộng xung PWM

PWM của PIC16F887 có sơ đồ khối như hình 2.11:

Hình 2.11: Sơ đồ khối của PWM PIC 16F887.

Khối PWM gồm có 2 mạch so sánh: mạch so sánh 2 dữ liệu 8 bit nằm bên dưới và mạch so sánh 2 dữ liệu 10 bit nằm bên trên

Mạch so sánh 8 bit sẽ so sánh giá trị đếm của Timer2 với giá trị của thanh ghi PR2 (Period Register), giá trị trong Timer2 tăng từ giá trị đặt trước cho đến khi bằng giá trị của PR2 thì mạch so sánh sẽ kích flip flop RS làm ngõ ra RC2/CCP1 lên mức 1 Đồng thời nạp giá trị 10 bit từthanh ghi CCPR1L sang thanh ghi CCPR1H

Timer2 bị reset và bắt đầu đếm lại cho đến khi giá trị của Timer2 bằng giá trị của CCPR2H thì mạch so sánh sẽ reset flip flop RS làm ngõ ra RC2/CCP1 về mức 0

Quá trình này lặp lại lien tục để tạo ra dạng sóng PWM lien tục Dạng sóng điều chế PWM như hình 2.12:

Hình 2.12: Dạng sóng PWM.

-Chu kỳ không thay đổi, muốn thay đổi thời gian xung ở mức 1 thì ta thay đổi hệ số chu kỳ (Duty Cycle) Khi hệ số chu kỳ thay đổi thì điện

áp hay dòng trung bình thay đổi

-Hệ số chu kỳ càng lớn thì dòng trung bình càng lớn, nếu điều khiển

động cơ sẽ làm thay đổi tốc độ

c) Tính chu kỳ xung PWM

-Chu kỳ PWM của PIC16F887 được tính theo công thức:

PERIODPWM = [(PR2) +1]* 4*TOSC * PVTMR2 (2.1)

 TOSC là chu kỳ của tụ thạch anh tạo dao động

 PVTMR2 (Prescale Value) : giá trị chia trước của timer2Khi giá trị của timer 2 (TMR2) bằng giá trị của thanh ghi PR2 thì 3 sự kiện theo sau sẽ xảy ra:

 Thanh ghi TMR2 bị xóa

 Tín hiệu ngõ ra CCPx lên mức 1, ngoại trừ hệ số chu kỳ bằng 0% thì CCPx vẫn ở mức 0

 Hệ số chu kỳ PWM được chuyển từ thanh ghi CCPRxL sang thanh ghi CCPRxH

d) Tính hệ số chu kỳ xung PWM

-Hệ số chu kỳ được thiết lập bởi giá trị lưu trong thanh ghi 10 bit gồm thanh ghi 8 bit CCPRxL và 2 bit còn lại là bit thứ 4 và thứ 5 lưu ở trong thanh ghi CCPxCON , kí hiệu là CCPxCON<5:4>

-Giá trị của hệ số chu kỳ là 10 bit nên có thể thay đổi từ 0 đến 1023 tạo ra

1024 cấp giá trị điều khiển

-Giá trị 10 bit thì 8 bit có trọng số lớn lưu trong thanh ghi CCPRxL và 2 bit

2.1.2 Module cảm biến siêu âm SRF05

2.1.2.1 Nguyên lý hoạt động và cấu tạo:

Cảm biến siêu âm nói chung và cảm biến họ cảm biến HC-SRF nói riêng

là cảm biến dựa vào quá trình phát và thu của sóng có tần số giao động lớn khoảng 40kHz (sóng siêu âm), khi sóng siêu âm được phát ra và gặp vật cản thì sóng bị phản âm lại (sóng phản âm có phương song song và ngược chiều với sóng phát), sóng bị phản âm được module thu sóng thu Dựa vào đặc tính này người ta có thể tính được khoảng cách từ cảm biến đến vật cản bằng cách tính thời gian chênh lệch giữa quá trình phát và thu sóng

Hình 2.13: Cách đo khoảng cách của cảm biến

Hình 2.14: Chu kì làm việc theo chế độ Mode 1 của cảm biến

Hình 2.15: Hình dáng của module cảm biến siêu âm

 Nguồn làm việc: 3.3V – 5V (chuẩn 5V)

 Dòng tiêu thụ : 2mA

 Tín hiệu đầu ra xung: HIGH (5V) và LOW (0V)

 Khoảng cách đo: 2cm – 300cm

 Độ chính xác: 0.5cm

Hình 2.16: Sơ đồ chân cảm biến SRF05

-Chân 1: VCC 5v -Chân 4: Out

-Chân 3: Echo

2.1.2.3 Chức năng trong mạch

SRF05 sẽ được đặt trên thành bể chứa , 2 tụ gốm phát và thu sóng âm thanh

sẽ đo và thu tín hiệu khoảng cách từ mực nước đang có trong bể đến thành bể ,

từ đo ta sẽ tính toán thêm vể thể tích bình chứa và cho ra dung tích mực nước cótrong bể chứa

2.1.3 LCD 16x2

2.1.3.1 Chức năng của LCD

Thiết bị hiển thị LCD 16x2 (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của vi điều khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và

kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao

tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ…

2.1.3.2 Sơ đồ chân

Hình 2.17: Sơ đồ chân LCD 16x2 + Vss: chân nối đất, nối chân này với chân GND của mạch điều khiển

+ VDD: chân cấp nguồn cho LCD, nối chân này với chân VCC của mạch điều khiển

+ VEE: điều chỉnh độ tương phản của LCD

+ RS: chân chọn thanh ghi

• RS = 0: ghi mã lệnh vào LCD

• RS = 1: ghi dữ liệu vào LCD + RW: chân chọn chế độ đọc ghi Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc