Đang tải... (xem toàn văn)
Mạch đo điện áp một chiều từ 0v12v sử dụng vi điều khiển PIC 16f887 có hệ thống cảnh báo quá áp bằng chuông. kêt quả đo chính xác đến 2 số sau dấu phẩy, hiển thị lên lcd. Báo cáo có đầy đủ các phần.Mạch đo điện áp một chiều từ 0v12v sử dụng vi điều khiển PIC 16f887 có hệ thống cảnh báo quá áp bằng chuông. kêt quả đo chính xác đến 2 số sau dấu phẩy, hiển thị lên lcd. Báo cáo có đầy đủ các phần
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP DC TỪ 012V HIỂN THỊ LCD SVTH: ĐOÀN THANH DANH MSSV: 14141437 Khố: 14 Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông GVHD: Nguyễn Ngô Lâm Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV:14141437 Ngành:Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử, Truyền Lớp: 14141CLDT2 thông Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Ngô Lâm ĐT: 01678.85.85.89 Ngày nhận đề tài: 27/2/2017 Ngày nộp đề tài: 29/6/2015 Tên đề tài: Thiết kế thi công mạch đo điện áp DC từ đến 12v hiển thị LCD Các số liệu, tài liệu ban đầu: Kiến thức môn Mạch điện, Điện tử bản, Điện tử thông tin, Vi xử lý, Kỹ thuật số Nội dung thực đề tài: Thiết kế khối nguồn Thiết kế hệ thống Mô mạch Proteus Chỉnh sửa thi công mạch Viết báo cáo Sản phẩm:Mạch đo điện áp DC 0-12V GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV: 14141437 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi công mạch đo điện áp DC từ 0-12V Họ tên Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngô Lâm NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV: 14141437 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông Tên đề tài: Thiết kế thi công mạch đo điện áp DC từ đến 12V Họ tên Giáo viên phản biện: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: 10 Đề nghị cho bảo vệ hay không? 11 Đánh giá loại: 12 Điểm:……………….(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC…… PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Chương TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.1 Đặt vấn đề .9 1.1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Giới hạn đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN .10 2.1 Giới thiệu linh kiện sử dụng 10 2.1.1 Vi điều khiển 16F887A 10 2.1.2 LCD 16X2 12 2.1.3 Led 13 2.1.4 Điện trở 14 2.1.5 Tụ điện 14 2.1.6 Biến trở 15 2.1.7 Buzzer .15 2.1.8 Transistor C1815………………………………………………………… 16 Chương 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 17 3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 Yêu cầu hệ thống 17 Sơ đồ khối: 18 Chức khối 18 Hoạt động hệ thống .19 Thiết kế tính tốn hệ thống 19 Khối nguồn 20 Khối xử lý điện áp ngõ vào 20 Khối xử lý trung tâm, khối hiển thị, khối cảnh báo buzzer 21 Chương KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 23 5.1 Kết 23 5.2 Thực nghiệm 23 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24 6.1 Kết luận 24 6.2 Hướng phát triển 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 PHỤ LỤC 26 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT FF: Flip Flop DC: điện áp chiều LED: Light Emitting Diode LCD: Liquid Crystal Display (màn hình tinh thể lỏng) DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Màu sắc giá trị điện trở DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 PIC16F887A Hình 2.2 Sơ đồ chân PIC16F887A Hình 2.3 Chân Led đơn Hình 2.4 Cách đọc trị số điện trở vòng màu Hình 2.5 Cách đọc trị số điện trở vòng màu Hình 2.6 Ký hiệu tụ điện Hình 2.7 Ký hiệu biến trở Hình 2.8 Buzzer Hình 2.9 Transistor C1815 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch nguồn Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Hình 3.4 Mạch chia áp Hình 3.5 Sơ đồ kết nối khối hiển thị Hình 3.6 Sơ đồ kết nối khối cảnh báo Hình 3.7 Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống Hình 5.1 Kết nối mạch thiết kế Hình 5.2 Mạch nguồn Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu và ngoài nước 1.1.1 Đặt vấn đề Ngày với đời vi xử lý vi điều khiển tạo bước ngoặt lớn thiết kế xử lý thông tin, đo lường điều khiển, kết đời thiết bị thơng minh với kích thước nhỏ gọn dễ dàng cho người sử dụng Kỹ thuật vi xử lý phát triển chứng ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp, tự động hóa, sinh hoạt đời sống Với ứng dụng mà vi điều khiển mang lại , em sử dụng vi điều khiển để áp dụng vào đồ án nhỏ này, sử dụng PIC 16F887 để thiết kế mạch đo điện áp chiều từ 0V đến 12V đồng thời cho hiển thị lên LCD 1.1.2 Tính cấp thiết đề tài Với đề tài lĩnh vực đo lường điện áp củn cần xác q trình thiết kế mạch đo Chính em thực đề tài nhằm góp phần việc đo đạc thực nghiệm sinh viên, qua củng cố lại kiến thức học áp dụng vào việc làm mạch thực tế 1.2 Mục tiêu đề tài Hướng cho sinh viên bước đầu tiếp cận với vi xử lý, vận dụng ứng dụng để hoàn thành đề tài sử dụng vi xử lý để thiết kế ứng dụng khác đời sống 1.3 Giới hạn đề tài Hiện với phát triển cơng nghệ việc tiếp cận với tài liệu kỹ thuật giới dễ dàng giới hạn trình độ kiến thức dịch thuật nên trình nghiên cứu thiết kế đề tài gặp khó khăn định + Cách đọc trị số điện trở vòng màu mơ tả qua hình 2.25 sau đây: Hình 2.4 Cách đọc trị số điện trở vòng màu +Cách đọc trị số điện trở vòng màu mơ tả qua hình 2.25 sau đây: Hình 2.5 Cách đọc trị số điện trở vòng màu 2.2.5 Tụ Điện Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện môi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích cùngđiện lượngnhưng trái dấu Hình 2.6 Ký hiệu tụ điện Tụ điện có nhiều loại: Tụ điện phân cực (Hầu hết tụ hố, có phân cực dương âm rõ rang nối phải nối cực), tụ điện không phân cực (tụ giấy, tụ gốm, 14 tụ mica, không xác định cực tính), tụ có giá trị biến đổi( tụ xoay, thay đổi giá trị điện dung) 2.2.6 Biến Trở Biến trở thiết bị có điện trở biến đổi theo ý muốn Chúng sử dụng mạch điện để điều chỉnh hoạt động mạch điện Điện trở thiết bị thay đổi cách thay đổi chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ thay đổi, ánh sáng Ký hiệu biến trở: Hình 2.7 Các ký hiệu biến trở 2.2.7 Buzzer Chức năng: Buzzer nhận tín hiệu từ khối xử lý báo động cho người dùng viết điện áp vượt mức cho phép Chân VCC: chân cấp nguồn cho buzzer(VCC=5V) Chân GND: nối cực C transistor ngăn cách cực dương-âm điện trở 220 Ω 15 Hình 2.8 Buzzer 2.2.8.Transistor C1815 Hình 2.9.Cách mắc transistor c1815 cách xác định chân Thông số kỹ thuật C1815 Điện áp cực đại : 50V Dòng cực đại : 150mA Hệ số khuếch đại ~ 25-100 Hình 32.Cách mắc transistor c1815 -Giải thích : C1815 hoạt động phụ thuộc vào dòng vào từ chân B Khi chân B có dòng vào lớp bán dẫn mở khiến xuất dòng CE chạy qua IC led sáng Nếu chân B khơng có dòng lớp bán dẫn khơng mở khơng có dòng qua CE led khơng sáng Dòng qua B tính theo cơng thức : IC = β.IB Trong : IC dòng chạy qua mối CE IB dòng chạy qua mối BE β hệ số khuyếch đại Transistor 16 Chương 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 3.1.1 Yêu cầu hệ thống Ngõ vào nhận giá trị điện áp DC qua khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm truyền liệu đến khối hiển thị cảnh báo 3.1.2 Sơ đồ khối Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 3.1.3 Chức khối Khối nguồn: Cung cấp nguồn ổn định cho toàn linh kiện khối hoạt động Khối điện áp ngõ vào: Nhận nguồn điện DC cần đo từ bên vào chuyển đến khối xử lý trung tâm Khối xử lý trung tâm: xử lý kết nhận từ khối điện áp ngõ vào xuất khối hiển thị khối cảnh báo 17 Khối hiển thị: Hiển thị lệnh từ khối xử lý trung tâm kết đo từ khối ngõ vào Khối cảnh báo buzzer: Khi điện áp đo q mức cho phép phát tín hiệu chuông cảnh báo áp 3.1.4 Hoạt động hệ thống Hệ thống nhận nguồn từ nguồn cấp cho khối hoạt động, đưa điện áp DC đến ngõ vào chuyển tới khối xử lý trung tâm, khối xử lý trung tâm có nhiệm vụ đọc giá trị điện áp thông qua chia áp truyền liệu đọc đến khối hiển thị, sau có lệnh truyền từ khối xử lý trung tâm khối hiển thị hiển thị kết đọc liệu lên LCD, mà điện áp đo có giá trị lớn 5V cho ngõ gắn với port có kết nối buzzer lên mức ‘1’ buzzer phát tín hiệu chng cảnh báo, điện áp 5V port gắn với buzzer mức ‘0’ 3.2 Thiết kế tính tốn hệ thống 3.2.1 Khối nguồn u cầu đề tài: Phần cứng mạch, cách kiện mạch đòi hỏi sử dụng nguồn chiều (DC) có giá trị điện áp từ 3V-5V , theo đề tài phải thiết kế mạch nguồn có giá trị điện áp 5V dòng 2A Lựa chọn linh kiện: 7805 có chân kết nối: Chân chân nguồn đầu vào với điện áp cho phép đầu vào lớn 40V, chân chân GND, chân chân lấy điện áp ổn định mức 5V(dao động khoảng 4.75V đến 5.25V) Do hệ thống cần nguồn cung cấp 5V nên em chọn IC 7805 để tạo nguồn dương 5V, dùng TIP2955 để kéo dòng lớn 2A Thành phần lọc nguồn lọc nhiễu: Tụ C1 lọc nguồn đầu vào cho 7805 Tụ tụ hóa phải có điện dung đủ lớn để lọc phẳng điện áp đầu vào điện áp tụ chịu đựng phải lớn điện áp đầu vào Tụ C4 lọc nguồn đầu cho 7805 Tụ tụ hóa dùng để lọc nguồn đầu cho băng phẳng 18 Tính tốn U1 = 220V (áp vào) Qua máy biến áp = 24V(AC) Qua diode chỉnh lưu cầu U2=24 34VDC Điện áp sụt cầu: U3 = 34 – 1.4 32.6 (VDC) Điện áp sau chỉnh lưu: Uo = 32.6 x 0.9 = 29 VDC Tải cho Led báo nguồn: R = = 2k7 (ohm) TIP2955 có β=20 Ic = 6(A) = 0.3 (A) Sơ đồ khối: Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch nguồn Biến áp: chọn máy biến áp nguồn đơn ngõ 24V Chỉnh lưu: chỉnh lưu toàn kỳ, chỉnh lưu cầu Có hiệu suất cao 19 Mạch lọc: có chức san phẳng điện áp chiều đập mạch Vo thành điện áp chiều nhấp nhơ Sơ đồ ngun lý Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 3.2.2 Khối xử lý điện áp ngõ vào Vì pic đo giá trị nhở 5V nên muốn đo dải từ 0V đến 12V cần phải sử dụng mạch chia áp , đầu điện áp cần đo đưa đến đầu vào qua mạch chia áp sử dụng điện trở tính tốn theo cơng thức sau: 20 Hình 3.4 Mạch chia áp + + Chọn R1=10K, R2=6K7 3.2.3 Khối xử lý trung tâm, khối hiển thị khối cảnh báo Sử dụng chương trình biên dịch CCS để viết chương trình nạp cho pic 16F887A Adc PIC đọc giá trị điện áp từ khối ngõ vào qua chia áp chuyển liệu đến khối hiển thị khối cảnh báo Khối hiển thị : liệu hiển thị lên LCD không nhiều nên chọn LCD 16X2 Khối cảnh báo sử dụng buzzer 21 Hình 3.5 Sơ đồ kết nối khối hiển thị Hình 3.6 Sơ đồ kết nối khối cảnh báo Sơ đồ mạch nguyên lý 22 Hình 3.6 Sơ đồ mạch nguyên lý hệ thống Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 Kết Đã hồn thành thi cơng khối để tạo nên mạch đo điện áp dc có dải từ 0V đến 12V Trong q trình thi cơng chia làm modul riêng khối nguồn thành modul khối lại thành modul 5.2 Thực nghiệm Kết nối hệ thống : Đầu tiên biến áp( chuyển đổi điện áp 220/24 VAC cung cấp cho nguồn), Bộ nguồn DC (cung cấp 5V DC cho mạch hệ thống) cấp nguồn cho hệ thống hoạt động Sử dụng nguồn chiều cấp cho ngõ vào để đo Thực nghiệm mạch trình bày hình 4.2, 4.3, 4.4 ngồi có video clip em đăng https://www.youtube.com/ với đường link sau: https://www.youtube.com/channel/UCbYgBuGeGj54undr2lvhEdw 23 Hình 5.1 Kết nối mạch thiết kế Hình 5.2 Mạch nguồn Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 24 1.1 Kết luận Ưu điểm: Hệ thống thiết kế nhỏ gọn, tốn linh kiện, giá thành tương đối thấp, sai số thấp, áp dụng cho q trình thực tập đo đạc cho sinh viên Nhược điểm : thiết kế chưa có tính thẩm mỹ, sai số đo đạc, modul chưa có kết nối liền mạch, ứng dụng chưa rộng giới hạn đề tài tính mạch thiết kế, việc sử dụng cần nhiều khối kết nối với tạo khó khăn việc sử dụng 1.2 Hướng phát triển Đề tài thiết kế mạch đo điện áp từ 0V đến 12V mở rộng đo giá trị lớn hơn, nhiều giai đo khác Có thể nhân rộng thiết kế cho sinh viên thực tập đo đạc Ngồi nâng tầm đề tài thạch đồng hồ đo điện áp DC AC TÀI LIỆU THAM KHẢO 25 Tiếng Việt [1] Nguyễn Đình Phú(2014), “Giáo trình vi xử lý Vi Điều Khiển PIC”, Nhà xuất Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM [2] Nguyễn Đình Phú(2/2014), “Giáo trình thực hành Vi Điều Khiển PIC”, Nhà xuất Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM [3] Trương Thị Bích Ngà(9/2012), “tài liệu thực hành Điện tử bản”, Nhà xuất Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Link web tham khảo http://thuvienso.vlute.edu.vn/doc/giao-trinh-do-luong-va-thiet-bi-do-158595.html http://hqdt.vn/baiviet/cau-phan-ap-chia-ap va-phan-mem-tinh-toan1470579574.html PHỤ LỤC Code chương trình viết o Ghi CCS - Khai báo thư viện PIC, #INCLUDE o 26 - Khai báo thư viện cho LCD #INCLUDE #FUSES NOWDT,PUT,HS,NOPROTECT - Khai báo thông số cho PIC #USE DELAY(CLOCK=20M) - Khai báo thạch anh sử dụng #DEFINE BUZZER PIN_C0 - Định nghĩa chân C0 UNSIGNED INT32 KQ_ADC,DAT=500; - Khai báo biến sử dụng chương trìn UNSIGNED INT16 DV,CH,TR,NG; VOID GM_LCD() { NG = KQ_ADC/1000%10 + 0X30; TR = KQ_ADC/100%10 + 0X30; Chương trình giải mã cho LCD CH = KQ_ADC/10%10 + 0X30; - Tách số điện áp đo giải mã DV = KQ_ADC%10 + 0X30; - Để hiển thị ta cộng thêm mã HEX 0X3 } VOID HT_LCD() { Chương trình hiển thị LCD LCD_COMMAND(0X80); LCD_DATA("DIEN AP:"); - Địa ô hàng liệu hi LCD_COMMAND(0X89); - Dữ liệu cần hiển thị LCD_DATA(NG); - Địa hiển thị cuả hàng liệu hiển LCD_DATA(TR); - Dữ liệu cần hiển thị LCD_DATA(','); LCD_DATA(CH); LCD_DATA(DV); LCD_DATA(" V"); } VOID MAIN() { Chương trình SET_TRIS_D(0X00); - Khai báo Port sử dụng đặt trạng thái ban SET_TRIS_E(0X00); đầu cho port SET_TRIS_C(0X00); - Lệnh khởi tạo LCD LCD_SETUP(); SETUP_ADC(ADC_CLOCK_DIV_32); SETUP_ADC_PORTS(SAN0|VSS_VDD); - Khởi tạo ADC chọn xung Clock, chọn kê SET_ADC_CHANNEL(0); WHILE(TRUE) { - Đặt giá trị điện áp lúc chưa đo KQ_ADC=0; 27 FOR(I=0;I1200) { KQ_ADC=1200; } IF(KQ_ADC