LỜI MỞ ĐẦU Thế kỉ XXI đã mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học công nghệ đòi hỏi con người luôn luôn không ngừng tìm tòi học tập để tiến bộ. Với sự nhảy vọt của khoa học, kỹ thuật điện tử là ngành mới phát triển trong thời gian ngắn nó đã đạt được những thành tựu to lớn ở hầu hết các lĩnh vực khác nhau trong đời sống xã hội. Thiết bị và công nghê luôn được đổi mới tiên tiến hiện đại để góp phần nâng cao chất lượng cũng như các máy móc, thiết bị hoạt động có hiệu quả, an toàn ổn định. Ngày nay các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hóa và điều khiển từ xa.Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu (thời gian, không gian, giá thành) bảo mật, tính chủ động trong công việc… ngày càng đòi hỏi khắc khe. Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những nhu cầu trên là hoàn toàn cấp thiết mang tính thực tế cao.Kĩ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa. So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để điều khiển nên rất tiện dụng và cơ động. Với tính ưu việt của vi điều khiển thì em đã tiến hành nghiên cứu Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò ấp trứng. Trong phạm vi đồ án nhỏ này chúng em chỉ dùng vi điều khiển để điều khiển và đo nhiệt độ đồng thời cho hiển thị trên màn hình LCD.Cấu trúc đồ án của em gồm 5 chương:Chương 1: Ứng dụng của lò ấp trứngChương 2: Cơ sở lý thuyếtChương 3: Thiết kế hệ thốngChương 4: Xây dựng hệ thốngChương 5: Kết quả, kết luận và hướng phát triểnĐồ án môn học được thực hiện bằng các kiến thức đã học, một số sách tham khảo và một số nguồn tài liệu khác. Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy rất mong được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để em hoàn thành đồ án của mình một cách tốt nhất.Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày….tháng…năm 2018 Sinh viênLỜI CẢM ƠNTrong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Đắc Hải, giảng viên Khoa Điện tử trường Đại học công nghiệp Hà Nội người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận.Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học công nghiệp Hà Nội nói chung, các thầy cô trong khoa điện tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp.Hà Nội, ngày…..tháng…..năm 2018Sinh viên MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU1LỜI CẢM ƠN3MỤC LỤC4CHƯƠNG I. ỨNG DỤNG CỦA LÒ ẤP TRỨNG81.1Đặt vấn đề8CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT122.1 Giới thiệu về các linh kiện cơ bản trong mạch.122.1.1 Điện trở122.1.2 Tranzitor132.1.3 Thyristor152.1.4. Diode182.1.5. LM358202.1.6. Cảm biến LM35202.1.7 Thạch anh242.1.9 Quạt252.1.10 Gới thiệu về bóng đèn sợi đốt252.1.11 Giới thiệu chung về IC ổn áp 7812262.1.12 Tìm hiểu IC ổn áp 7805272.1.13. Giới thiệu biến áp nguồn282.1.15 Vi điều khiển ATME8342.1.16. Màn hình tinh thể lỏng LCD46CHƯƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG513.1. Sơ đồ khối tổng thể của hệ thống.513.2. Sơ đồ nguyên lý của các khối513.2.2 Khối nguồn533.2.3 Khối cảm biến543.2.4 Khối đóng mở thiết bị553.2.5 Khối dao động553.2.6 Khối xử lí563.2.7 Khối hiển thị .573.2.8 Khối điều khiển đèn và quạt583.2.9 Sơ đồ Board58CHƯƠNG IV. XÂY DỰNG HỆ THỐNG604.1 Sơ đồ thuật toán cho trương trình điều khiển604.2 Xây dựng chương trình điều khiển63CHƯƠNG V. KẾT QUẢ, HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN705.1 Kết quả725.2 Hướng phát triển của đề tài725.3 Kết luận72TÀI LIỆU THAM KHẢO73 DANH MỤC HÌNH ẢNHHình 2.1 Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử12Hình 2.2 Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý12Hình 2.3 Điện trở sứ hay trở nhiệt13Hình 2.4 Cấu tạo Transisto13Hình 2.5 Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt14Hình 2.6 Ký hiệu của Transistor15Hình 2.7 Transistor công suất15Hình 2.8 Cấu tạo Thyristor ký hiệu của Thyristor sơ đồ tương đương15Hình 2.9 Thí nghiệm minh họa sự hoạt động của Thyristor16Hình 2.10 Hình dáng Thyristor17Hình 2.11 Ứng dụng của Thyristor trong mạch chỉnh lưu nhân 2 tự động của nguồn xung tivi màu JVC17Hình 2.12 Mối tiếp xúc P N → Cấu tạo của Diode18Hình 2.13 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn18Hình 2.14 Diode (Si) phân cực thuận Khi Dode dẫn điện áp thuận được giảm ở mức 019Hình 2.15 Đường đặc tuyến của điện áp thuận qua Diode19Hình 2.16 Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngựơc tăng > = 1000V19Hình 2.17 Diode cầu trong mạch chỉnh lưu điện xoay chiều20Hình 2.18 Cấu tạo bên trong LM3520Hinh 2.19 Hình dáng bên ngoài của LM3521Hình 2.20 Sơ đồ chân LM3522Hình 2.21 Cảm biến nhiệt độ (ºC) cơ bản23Hình 2.22 Quạt 12V DC25Hình 2.23 Cấu tạo đèn sợi đốt26Hình 2.24 IC ổn áp 781227Hình 2.25 Hình dạng của 780527Bảng 2.26 Mô tả chức năng chân IC780528Hình 2.27 Hình ảnh thực tế của máy biến áp nguồn29Hình 2.28 Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp29Hình 2.29 Sơ đồ chân của ADC 080431Hình 2.30 Sơ đồ kết nối chân của ADC 080432Bảng 2.1 Điện áp tham chiếu33Hình 2.31 Sơ đồ kết nối chân ADC 080434Hình 2.32 Sơ đồ khối ATME835Hinh 2.33 IC ATME836Hình 2.34 Sơ đồ chân cắm của IC ATME837Hình 2.35 Cấu trúc ATME838Hình 2.36 Bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu39Hình 2.37 Hệ thống tạo xung đồng bộ40Hình 2.38 Tín hiệu tương đương của USART và RS32332Hình 2.39 Hình dáng của LCD thông dụng33Bảng 2.2 Mô tả các chân của LCD48Bảng 2.3 Các mã lệnh của LCD49Hình 2.40 Ghép nối LCD50Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát51Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý52Hình 3.3 Khối nguồn53Hình 3.4 Khối nguồn 220V54Hình 3.5 Khối cảm biến54Hình 3.6 Khối đóng mở thiết bị55Hình 3.7 Khối dao động55 Hình 3.8 Khối vi điều khiển57Hình 3.9 Khối hiển thị57Hình 3.10 Khối điều khiển đèn và quạt58Hình 3.11 Sơ đồ board mạch hiển thị và nhiệt độ59Hình 4.1 Lưu đồ chương trình điểu khiển nhiệt độ61Hình 4.2 Lưu đồ kiểm tra nhiệt độ62Hình 5.1 Mạch điều khiển nhiệt độ lò ấp trứng70Hình 5.2 Mô hình lò ấp trứng71 CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Giới thiệu về các linh kiện cơ bản trong mạch. 2.1.1 Điện trở Khái niệm điện trở . Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn Điện trở trong thiết bị điện tử . Hình dáng và ký hiệu Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau. Hình 2.1 Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử. Hình 2. 2 Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý. Phân loại điện trở . Điện trở thường: Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W Điện trở công xuất: Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W. Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt. Các điện trở: 2W – 1W – 0,5W – 0,25W Hình 2.3 Điện trở sứ hay trở nhiệt Ứng dụng của điện trở. Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được, trong mạch điện, điện trở có những tác dụng như: Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp; Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động …. 2.1.2 Tranzitor a - Cấu tạo của Transistor. (Bóng bán dẫn) Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. Về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau Hình2.4 Cấu tạo Transistor Ba lớp bán đẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là (Base), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp. Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được. b - Nguyên tắc hoạt động của transistor . Xét hoạt động của Transistor NPN. Hình 2.5 Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của Transistor Ta cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn cực E. Cấp nguồn một chiều U BE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai phía cực B và E, trong đó cực (+) vào chân B và cực (-) vào chân E. Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng chạy qua mồi CE (lúc này dòng IC=0 ). Khi công tắc đóng , mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB . Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB. Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức: IC = β Trong đó: IC là dòng chạy qua mối C IB là dòng chạy qua mối BE β là hệ số khuyếch đại của Transistor Xét hoạt động của Transistor PNP. Sự hoạt động của Transistor PNP hoàn toàn tương tự Transistor NPN nhưng cực tính của các nguồn điện UCE và UBE ngược lại. Dòng IC đi từ E sang C còn dòng IB đi từ E sang B. c - Ký hiệu & hình dáng Transistor . Hình 2.6 Ký hiệu của Transistor Hình 2.7 Hình dáng của Transisor 2.1.3. Thyristor a- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Thyristor Hình 2.8 Cấu tạo Thyristor ký hiệu của Thyristor sơ đồ tương đương Thyristor có cấu tạo gồm 4 lớp bán dẫn ghép lại tạo thành hai Transistor mắc nối tiếp, một Transistor ngược (như sơ đồ tương đương ở trên ). Thyristor có 3 cực là Anot, Katot và Gate là A- K –G,Thyristor là Diode có điều khiển, bình thường khi được phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, khi có một điện áp vào chân G => Thyristor dẫn cho đến khi điện áp đảo chiều hoặc cắt điện áp nguồn Thyristor mới ngưng dẫn, b- Thí nghiệm sau đây minh hoạ sự hoạt động của Thyristor Hình 2.9 Thí nghiệm minh họa sự hoạt động của Thyristor Ban đầu công tắc K2 đóng, thyristor mặc dù được phân cực thuận nhưng vẫn không có dòng chạy qua, đèn không sáng. Khi công tắc K1 đóng, dòng điện U1 cấp vào chân G làm cho đèn Q2 dẫn => kéo theo đèn Q1 dẫn => dòng điện từ nguồn U2 đi qua Thyristor làm đèn sang. Tiếp theo ta thấy công tắc K1 ngắt nhưng đèn vẫn không sáng, vì khi Q1 dẫn, điện áp chân B đèn Q2 tăng làm cho Q2 dẫn, khi Q2 dẫn làm cho điện áp chân B đèn Q1 giảm làm đèn Q1 dẫn, như vậy hai đèn định thiên cho nhau và duy tri trạng thái dẫn điện. Đèn sáng duy tri cho tới khi K2 ngắt => Thyristor không được cấp điện và ngừng trạng thái hoạt động. Khi thyristor ngừng dẫn, ta đóng K2 nhưng đèn vẫn không sáng như trường hợp ban đầu. Hình 2.10 Hình dáng Thyristor c -Ứng dụng của Thyristor Thyristor thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nhân đôi tự động của nguồn xung Tivi mầu. Thí dụ mạch chỉnh lưu nhân 2 trong nguồn Ti vi mầu JVC 1490 có sơ đồ như sau: Hình 2.11 Ứng dụng của Thyristor trong mạch chỉnh lưu nhân 2 tự động của nguồn xung tivi màu JVC 2.1.4. Diode a - Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N, nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm: Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống → tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện → lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Hình 2.12 Mối tiếp xúc P - N → Cấu tạo của Diode . Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn. Hình 2.13 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn. b - Phân cực thuận cho Diode. Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn N), khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miền cách điện giảm bằng không → Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của Diode không tăng