Mạch đo điện áp 012v DC

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

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2017

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

*** Tp Hồ Chí Minh, ngày - tháng - năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV:14141437

Ngành:Công Nghệ Kỹ Thuật Điện tử, Truyền

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

1 Tên đề tài: Thiết kế và thi công mạch đo điện áp

DC từ 0 đến 12v hiển thị LCD

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Kiến thức cơ bản về các môn Mạch điện, Điện tử

cơ bản, Điện tử thông tin, Vi xử lý, Kỹ thuật số

3 Nội dung thực hiện đề tài:

 Thiết kế khối nguồn

 Thiết kế hệ thống

 Mô phỏng mạch trên Proteus

 Chỉnh sửa và thi công mạch

 Viết báo cáo

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV: 14141437

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

Tên đề tài: Thiết kế và thi công mạch đo điện áp DC từ 0-12V

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Ngô Lâm

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 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 do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên Sinh viên: Đoàn Thanh Danh MSSV: 14141437

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện tử, Truyền thông

Tên đề tài: Thiết kế và thi công mạch đo điện áp DC từ 0 đến 12V

Họ và tên Giáo viên phản biện:

NHẬN XÉT 7 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

8 Ưu điểm:

9 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…… 1

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH 8

Chương 1 TỔNG QUAN 9

1.1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 9

1.1.1 Đặt vấn đề 9

1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài 9

1.2 Mục tiêu đề tài 9

1.3 Giới hạn đề tài 9

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 10

2.1 Giới thiệu về 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 của hệ thống 17

3.1.1 Yêu cầu của hệ thống 17

3.1.2 Sơ đồ khối: 18

3.1.3 Chức năng từng khối 18

3.1.4 Hoạt động của hệ thống 19

3.2 Thiết kế tính toán hệ thống 19

3.2.1 Khối nguồn 20

3.2.2 Khối xử lý điện áp ngõ vào 20

3.2.3 Khối xử lý trung tâm, khối hiển thị, khối cảnh báo buzzer 21

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 23

5.1 Kết quả 23

5.2 Thực nghiệm 23

Chương 5 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 một chiều

LED: Light Emitting Diode

LCD: Liquid Crystal Display (màn hình tinh thể lỏng)

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Màu sắc và giá trị các điện trở

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 PIC16F887A

Hình 2.2 Sơ đồ chân của PIC16F887A

Hình 2.3 Chân Led đơn

Hình 2.4 Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu

Hình 2.5 Cách đọc trị số điện trở 5 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

1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Với đề tài này thì hiện nay trong lĩnh vực đo lường điện áp củn đang rất cần

sự chính xác trong quá trình thiết kế mạch đo Chính vì thế em đã thực hiện đề tàinhằm góp phần nào trong việc đo đạc thực nghiệm sinh viên, qua đó cũng củng cốlại được những kiến thức đã học và 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, và vận dụng những ứngdụng của nó để hoàn thành đề tài cũng như sử dụng vi xử lý để thiết kế những ứngdụng khác trong đời sống

1.3 Giới hạn đề tài

Hiện nay với sự phát triển của công nghệ thì việc tiếp cận với những tài liệu

kỹ thuật trên thế giới cũng sẽ được dễ dàng hơn nhưng do giới hạn về trình độ kiếnthức cũng như dịch thuật nên trong quá trình nghiên cứu và thiết kế đề tài gặpnhững khó khăn nhất định

Việc sử dụng vi xử lý trong mạch mục đích để tìm hiểu một phần về giao tiếpgiữa vi điều khiển và LCD, các module ngõ vào ra.

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

2.1 Giới thiệu về linh kiện sử dụng

2.2.1 Vi điều khiển PIC 16F887A

Cấu hình chung của vi điều khiển Pic16F887A

PIC 16F887A là loại vi điều khiển 8 bit tầm trung của hang microchip, có 5 portxuất nhập với 35 lệnh đơn Thời gian thực hiện tất cả các lệnh là 1 chu kỳ máy,ngoại trừ lệnh rẽ nhánh là hai lệnh

Bộ định thời chờ ổn định điện áp khi mới có điện ( Power up Timer – PWRT)

và bộ định thời chờ dao động hoạt động ổn định khi mới cấp điện ( Oscillator

Star-up Timer – OST), bộ định thời giám sát ( Watchdog Timer –WDT) dùng dao độngtrong chip cho phép bằng phần mềm( có thể định thời lên đến 268 giây)

 Cấu trúc nguồn công suất thấp

 Chế độ chờ: dòng tiêu tán khoảng 50nA, sử dụng nguồn 2V

 Dòng hoạt động: 11 ở tần số 32kHz, nguồn 2V; 220 ở tần số 4MHz,

ngồn 2V

 Bộ định thời Watchdog Timer khi hoạt động tiêu thụ 1.4 , điện áp 2V

 Cấu trúc ngoại vi

 Có 35 chân I/O cho phép lựa chọn hướng độc lập, mỗi ngõ có thể

nhập/ cấp dòng lớn 25mA nên có thể trực tiếp điều khiển led, có cácport báo ngắt khi có thay đổi mức logic, port điện trở kéo lên có thểlập trình

 Có cá module so sánh tương tự, 2 bộ so sách điện áp tương tự

 Có 14 bộ chuyển đổi tương tự sang số với độ phân giải 10bit

 Timer0: 8 bit hoạt động định thời, đếm xung ngoại, bộ chia trước có

thể lập trình

 Timer1: 16bit hoạt động định thời, đếm xung ngoại, bộ chia trước có

thể lập trình, bộ sao động công suất thấp 32kHz

 Timer2: 8 bit hoạt động định thời với thanh ghi chu kì, có bộ chia

trước và chia sau

 Module capture, compare và điều chế PWM

 Lập trình I2C thông qua 2 chân, module truyền dữ liệu nối tiếp đồng

bộ MSSP hỗ trợ chuẩn truyền 3 dây SPI, chuẩn I2C ở chế độ chủ vàtớ

Hình 2.2 Sơ đồ chân của PIC 16F887A

2.2.2 LCD 16X2

 Danh sách chân LCD và chức năng

 Chân 1; ký hiệu VSS: chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nốichân này với GND của vi điều khiển

 Chân 2: ký hiệu VDD: chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nốichân này với VCC=5V của vi điều khiển

 Chân 3: ký hiệu VEE : điều chỉnh độ tương phản của LCD

 Chân 4: ký hiệu RS: chân chọn thanh ghi

 Chân 5: ký hiệu RW: chân chọn chế độ đọc hoặc ghi

 Chân 6: ký hiệu E: chân cho phép

 Chân 7-14: ký hiệu DB0-DB7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổithông tin

 Chân 15: ký hiệu A: nguồn dương cho đèn nền

 Chân 16: ký hiệu K : nguồn âm cho đèn nền

 Địa chỉ các ô dữ liệu của LCD

 Hàng 1: 0x80 0x81 0x82 0x83 0x84 0x85 0x86 0x87 0x88 0x89 0x8A0x8B 0x8C 0x8D 0x8E 0x8F

 Hàng 2: 0xC0 0xC1 0xC2 0xC3 0xC4 0xC5 0xC6 0xC7 0xC8 0xC90xCA 0xCB 0xCC 0xCD 0xCE 0xCF

2.2.3 LED

Hình 2.3 chân led đơn

 L ED: viết tắt của cụm từ Light Emitting Diode, tạm dịch là Điốt phát

quang.Là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại.

Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một bán dẫn loại P ghép với mộtbán dẫn loại N

 Thông tin kỹ thuật

 Giống như nhiều loại điốt bán dẫn khác tùy theo mức năng lượng giảiphóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu

sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED)hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bándẫn.

 Tùy vào từng loại LED mà điện áp phân cực thuận khác nhau Đối vớiLED thường thì điện áp phân cực thuận khoảng 1,5V đến 2,5V; còn đốivới LED siêu sáng thì điện áp phân cực thuận có thể lên tới 5V

 Khi LED hoạt động bình thường thì cường độ dòng điện từ 10mA đến50mA

Trong đó:

+ U là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn, đơn vị Volt (V)

+ I là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn, đơn vị Ampe (A)

+ R là điện trở vật dẫn, đơn vị Ohm (Ω)

+ Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu được mô tả qua hình 2.25 sau đây:

Hình 2.4 Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu+Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu được mô tả qua hình 2.25 sau đây:

Tụ điện có nhiều loại: Tụ điện phân cực (Hầu hết là tụ hoá, có phân cực dương

âm rõ rang khi nối phải nối đúng cực), tụ điện không phân cực (tụ giấy, tụ gốm,

tụ mica, không xác định cực tính), tụ có giá trị biến đổi( tụ xoay, có thể thay đổigiá trị điện dung).

2.2.6 Biến Trở

 Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn.Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động củamạch điện

 Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài củadây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thayđổi, 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 và báo động cho người

dùng viết điện áp đang vượt mức cho phép

 Chân VCC: chân cấp nguồn cho buzzer(VCC=5V)

 Chân GND: nối cực C transistor ngăn cách bởi cực dương-âm bởi con

điện trở 220 Ω.

CE led không sáng.

Dòng qua B được tính theo công thức : IC = β.IB Trong đó :

IC là dòng chạy qua mối CE

IB là dòng chạy qua mối BE

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Chương 3: XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 3.1.1 Yêu cầu của hệ thống

 Ngõ vào nhận giá trị điện áp DC qua khối xử lý trung tâm

 Khối xử lý trung tâm sẽ truyền dữ liệu đến khối hiển thị và cảnh báo

 Khối điện áp ngõ vào: Nhận nguồn điện DC cần đo từ bên ngoài vào và

chuyển đến khối xử lý trung tâm

 Khối xử lý trung tâm: xử lý kết quả nhận được từ khối điện áp ngõ vào và

xuất ra khối hiển thị và khối cảnh báo

 Khối hiển thị: Hiển thị lệnh từ khối xử lý trung tâm và kết quả đo được từ

khối ngõ vào

 Khối cảnh báo buzzer: Khi điện áp đo được quá mức cho phép thì sẽ phát ra

tín hiệu chuông cảnh báo quá áp

3.1.4 Hoạt động của hệ thống.

Hệ thống nhận nguồn từ bộ nguồn cấp cho các khối hoạt động, khi đưa điện áp DCđến ngõ vào thì sẽ được chuyển tới khối xử lý trung tâm, khối xử lý trung tâm cónhiệm vụ đọc giá trị điện áp thông qua bộ chia áp và truyền dữ liệu đọc được đếnkhối hiển thị, sau khi có lệnh được truyền từ khối xử lý trung tâm thì khối hiển thị

sẽ hiển thị kết quả đọc và dữ liệu lên LCD, khi mà điện áp đo có giá trị lớn hơn 5Vthì sẽ cho ngõ ra gắn với port có kết nối buzzer lên mức ‘1’ và buzzer sẽ phát tínhiệu chuông cảnh báo, còn khi điện áp dưới 5V thì port gắn với buzzer sẽ ở mức ‘0’

3.2 Thiết kế tính toán hệ thống 3.2.1 Khối nguồn

 Yêu cầu đề tài:

Phần cứng của mạch, và cách kiện trong mạch đòi hỏi sử dụng nguồn một chiều(DC) có giá trị điện áp từ 3V-5V , theo đề tài thì phải thiết kế mạch nguồn có giá trịđiện áp 5V và dòng 2A

Lựa chọn linh kiện:

 7805 có 3 chân kết nối: Chân 1 là chân nguồn đầu vào với điện áp chophép đầu vào lớn nhất là 40V, chân 2 là chân GND, chân 3 là chân lấyđiện áp ra ổn định ở mức 5V(dao động trong khoảng 4.75V đến 5.25V)

 Do hệ thống cần nguồn cung cấp là 5V nên em chọn một IC 7805 để tạonguồn dương 5V, dùng TIP2955 để kéo dòng lớn hơn 2A

 Thành phần lọc nguồn và lọc nhiễu:

Tụ C1 là lọc nguồn đầu vào cho 7805 Tụ này là tụ hóa phải có điệndung đủ lớn để lọc phẳng điện áp đầu vào và điện áp tụ chịu đựng phảilớn hơn điện áp đầu vào

Tụ C4 là lọc nguồn đầu ra cho 7805 Tụ này cũng là tụ hóa dùng để lọcnguồn đầu ra cho băng phẳng

Tính toán

 U1 = 220V (áp vào)

 Qua máy biến áp = 24V(AC)

 Qua diode chỉnh lưu cầu U2=24 34VDC

 Điện áp sụt trên 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)

Hình 3.2 Sơ đồ khối mạch nguồn

 Biến áp: chọn máy biến áp nguồn đơn ngõ ra 24V

 Chỉnh lưu: chỉnh lưu toàn kỳ, chỉnh lưu cầu Có hiệu suất cao

 Mạch lọc: có chức năng san phẳng điện áp một chiều đập mạch Vothành điện áp 1 chiều ít nhấp nhô hơn.

 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

3.2.2 Khối xử lý điện áp ngõ vào

Vì pic chỉ đo được giá trị nhở hơn 5V nên muốn đo được trong dải từ 0V đến 12V thì cần phải sử dụng mạch chia áp , khi đầu điện áp cần đo được đưa đến đầu vào thì qua mạch chia áp sử dụng 2 con điện trở được tính toán theo công thức sau:

Hình 3.4 Mạch chia áp

+

+ Chọn R1=10K, R2=6K7

3.2.3 Khối xử lý trung tâm, khối hiển thị và khối cảnh báo

 Sử dụng chương trình biên dịch CCS để viết chương trình nạp cho pic

16F887A

 Adc của PIC đọc giá trị điện áp từ khối ngõ vào qua bộ chia áp và chuyển dữ liệu đến khối hiển thị và khối cảnh báo

 Khối hiển thị : dữ liệu hiển thị lên LCD không nhiều nên chọn LCD 16X2

 Khối cảnh báo sử dụng buzzer

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

Hình 3.6 Sơ đồ mạch nguyên lý của hệ thống

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM

5.1 Kết quả

 Đã hoàn thành thi công các khối để tạo nên một mạch đo điện áp dc có dải từ0V đến 12V Trong quá trình thi công đã chia làm 2 modul riêng đó là khối nguồn thành một modul và các khối còn lại thành một modul

5.2 Thực nghiệm

 Kết nối hệ thống : Đầu tiên là biến áp( chuyển đổi điện áp 220/24 VAC cungcấp cho bộ nguồn), Bộ nguồn DC (cung cấp 5V DC cho mạch hệ thống) cấpnguồn cho hệ thống hoạt động Sử dụng nguồn một chiều cấp cho ngõ vào đểđo

 Thực nghiệm của mạch được trình bày ở các hình 4.2, 4.3, 4.4 ngoài ra còn

có một video clip được em đăng trên https://www.youtube.com/ với đường link như sau:

https://www.youtube.com/channel/UCbYgBuGeGj54undr2lvhEdw

Hình 5.1 Kết nối của mạch thiết kế

Hình 5.2 Mạch nguồn

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1.2 Hướng phát triển

 Đề tài thiết kế mạch đo điện áp từ 0V đến 12V có thể mở rộng đo được cácgiá trị lớn hơn, ở nhiều giai đo khác nhau

 Có thể nhân rộng thiết kế cho sinh viên thực tập đo đạc

 Ngoài ra cũng có thể nâng tầm đề tài thạch 1 đồng hồ đo điện áp cả DC vàAC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

[1] Nguyễn Đình Phú(2014), “Giáo trình vi xử lý Vi Điều Khiển PIC”, Nhà

xuất bản 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 bản Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM.

[3] Trương Thị Bích Ngà(9/2012), “tài liệu thực hành Điện tử cơ bản”, Nhà

xuất bản 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.htmlhttp://hqdt.vn/baiviet/cau-phan-ap-chia-ap va-phan-mem-tinh-toan-