Luận văn kỹ thuật điện, điện tử thiết kế mô hình sang chiết gas

Với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dan được tự động hóa.. Các hệ thống điều khiển cơ khí thô Sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xá

- ĐIỆN TỬ NGÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

NGUYEN KHAC HAU

THIẾT KẾ MÔ HÌNH SANG CHIET GAS

CHUYÊN NGHÀNH: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

Giáo viên hướng dẫn : Th.S TRẦN VIÉT THẮNG Giáo viên phánbiện : 2S để: MAAN, DUNG | "

TP HO CHI MINH - 1/2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐHDL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

ĐỘC LẬP — TỰ DO ~ HẠNH PHÚC

FORK Ra a

NHIỆM VỤ ĐỎ AN TOT NGHIỆP

(Sinh viên phải đóng bản nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của ‘dé án)

Họ và tên SV: Nguyễn Khắc Hậu MSSV: 19.3404 040

Ngành: Điện công nghiệp Lớp : co” DD +

1 Đầu đề đồ án tốt nghiệp:

“Thiết kế mô hình sang chiết GAS?

2 Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

- Tim hiểu hệ thống sang chiết GAS thực tế

- Thiết kế mô hình sang chiết GAS dựa trên 8951

3 Ngày giao nhiệm vụ đồ án : 03/10/2008

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

BAO CAO GIUA KY LAM BO AN TOT NGHIEP

Ho va tén sinh yién: dvs tự bo Kha This MSSV: “M s sen aốaố

Họ tên CBHD: Maa), Wi hea, pon VIE ceccccceeeesssccceessessesseeceesenseeeeeeeuses

Tên để tài ĐATN: neo ĐỂ TH S112 Ty ng Kế he

q0 n9 9 0000006 808060900008906 90g00 0 06090608: 10 809606 2 tim 4 C0 8 8 4 n4 84 66 t0 2 R4 €0 K0 0 60 0 0 e nee e ee ee eo ena 6 40 8 6 6 84 0 9 G0 8 6 )YẾ ĐÁ mm RA BH HH HH 6 0H nu Bo GB 0 600 ve g nen

NHẬN XÉT 1 Khối lượng đã hoàn thành (%): -s 5s 2S 222122221551 21121122n neo

2 Tinh thần làm đỗ án tốt nghiệp ý thức kỷ luật của SV: -S Sa

3 Đánh giá của giáo viên (khả năng hoàn thành đồ án tốt nghiệp kiến nghị của giáo

1 —

TPHCM ngày thang nam 2008

GIAO VIEN HUONG DAN (Ký và ghi rõ họ tên)

Lưu ý- Đề nghị các giáo viên hướng dẫn ĐATN, trong thời gian 15/11/2008 gởi bản

nhận xét này về văn phòng Khoa Điện - Điện Từ ( giao cho SV nộy)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

GIỚI THIỆU ĐỎ ÁN TOT NGHIỆP

Yêu cầu của để tài:

> Tim hiểu hệ thống sang chiết Gas thực tế

> Thiét kế mô hình sang chiết Gas dựa trên 8951

Hướng giải quyết đề tài:

> Dựa trên đầu cân đã có sẵn thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển

mô hình sang chiết Gas

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn đến cha mẹ cha mẹ là người đã có công ơn rất

to lớn là đã sinh thành và dưỡng dục em, luôn động viên và khích lệ để giờ đây em mới có được ngày hôm nay

Em xin chânh thành cảm ơn quý Thầy Cô Trường Đại học Kỹ Thuật Công

Nghệ TP.HCM, các Thầy Cô trong khoa Điện - Điện Tử đã tận tâm chỉ bảo và

giảng dạy truyền đạt cho em nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong cuộc sống cũng như trong học tập trong suốt những năm học tập tại trường để em có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Đồng thời em cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên cùng khóa đã có những đóng góp quý báu cho đề tài của em

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn ThS.Trần Viết Thắng đã tạo điều kiện để

em nhận được đề tài này giúp cho em có thể tìm hiểu sâu hơn nữa về lĩnh vực Vi Điều

Khiển Do kiến thức của em còn hạn chế nên trong quá trình làm đề tài gặp nhiều khó khăn, Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, cung cấp những tài liệu và kinh nghiệm rất bể ích

cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Một lần nữa em xin cảm ơn ThS.Trần Viết Thắng cùng các quý thầy, cô và

em xin được có những lời nhận xét, góp ý của các thầy cô để em có thêm kiến thức bổ

xung vào vôn kiên thức của mình

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Khắc Hậu

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày cảng rộng rãi và thâm

nhập ngày càng nhiều lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội Hầu hết các thiết bị kỹ

thuật từ phức tạp cho đến đơn giản như thiết bị điều khiển tự động thiết bị văn phòng

cho đến các thiết bị trong gia đình đều có dùng bộ vi điều khiển

Với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều

khiển dần dan được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lí, vi điều

khiển, PLC .được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển Các hệ thống điều

khiển cơ khí thô Sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ

thống điều khiển tự động với chương trình đã được thiết lập trước

Việc đưa tự động hóa vào các nhà máy xí nghiệp là việc hết sức cần thiết, là

nhu cầu thiết yếu và quan trọng Nó giúp cho việc vận hành, điều khiển dễ đàng và

chính xác hơn Ngoài ra việc áp dụng công nghệ tự động hóa sẽ g1úp ta nhận biệt được

chính xác sự cố xảy ra ở đâu khi có sự cố xảy ra trong lúc vận hành sẽ giúp ta có

những xử lý kịp thời tránh những hư hỏng nặng có thế xảy ra

BAO CAO GIUA KY LAM DO AN TOT NGHIP Q2 neo 2

NHAN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG ĐÃN 2212EEEEEEE 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẦN BIỆN 2t 4

GIỚI THIỆU ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP 02 222222 5

LỠI CẢM ƠN 22 Hrrrrrrrrrrrderrrrcc 6

LỜI NÓI ĐẦU 0 222222 rrrrrrrrrrrrrereereecc 7

MỤC LỤC8

PHÀNI: CƠ SỞ LÝ THUYÉT 22 12222 1

Chương 1: VI DIEU KHIỂN 89C51 0021022111127 12

1 GIỚI THIỆU VI ĐIÊU KHIỂN AT89C5I: 12

2 SO BO CHAN CỦA 89C5I: 2 2220222122 13

Chương 2: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỂ TÀI 2222222 16

1 Sơ đồ khối mạch điều khiển mô hình sang chiết GAS: 2222 24

2 Chức năng từng khối: 2 22StSS 221221111 neo 25

2.1 Cam bién HQ’ POI? oo eee teeeceecsscscssecescatssssarssesseatersaseveseseveseseecees 25

2.7 Điều khiển van 0 0 0 222 TnreHreec 26

2.8 Khối nguồn cccesssscsssssssssesnssasssseessusesssstsnuasesisseuessiteeeeseeeeeecc 26

2.9 Khối nhớ: Q0 22c 26

2.10 Khối điều khiển trung tâm: - 22H 26

3 Thiết kế các khối chức năng 222222 re 27

3.2 Sơ đồ mạch khối điều khiển trung tâm: 27

3.3 Sơ đồ mạch bàn phím: 22222222 28

3.4 Sơ đồ mạch hiến thị: 22222 2n2 re 29

3.5 Sơ đồ mạch nguồn: 222221122 022112Znrd He 33

3.6 Sơ đồ mạch điều khiển van 2 222m 34

3.7 Sơ đồ giao tiếp mạch đầu cân: 222222212222 HHrreece 35

3.8 Sơ đồ mạch giao tiếp AT24CW4 -0 2 re 36

3.9 Sơ đồ mạch hệ thống: 20002222 37

Chương 2: THIẾT KÉ CHƯƠNG TRÌNH 22.2222 39

1 Sơ đồ khối chương trình điều khiển: 2 2e 39

2 Lưu đồ giải thuật chương trình chính: 2-2222 40

3 Lưu đồ giải thuật chương trình ngắt quét led: -222S2n 42

4 Lưu đồ giải thuật chương trình ngắt nhận: 12222 44

5 Lưu đỗ giải thuật chương trình quét phím: 22222T me 46

6 Lưu đồ giải thuật xử lý nhấn phím Set 2 1E 48

7 Lưu đồ giải thuật xử lý nhấn phím Start: -5 222 50

8 Lưu đồ giải thuật xử lý nhấn phím Enter: 222211122 52

9 Lưu đồ giải thuật xử lý nhấn phím Clear xóa giá trị tỗng: c 54

10 Luu dé giai thuật chương trình so sánh: 2 5S 2n T22 Hee 55

Chương 3: KẾT LUẬN 1111 2e 57

1 Nội dung đã thực hiện của đề tài: 2 S222 Hee 57

2 Thực tế của hệ thỗng: 2 2222222222222 58

3 Thao tác thực hiện để chiết GAS: 2 222222 eeeee 59

4 Giới hạn của đề tài: ò0 00 2n Hee 60

Chương 4: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐÈ TÀI Ö 22221122 61

DANH MỤC TÀI LỆU THAM KHẢO 222221221 62

PHẢN III: PHỤ LỤC 0 222122 ee 63

Chương I: GIỚI THIỆU VẺ PHẢN MÈM KEIL C 2E c 64

` 64

2 Các bước thực hiện với phần mềm Kiel C: 222222 66

2.1 Tao mt Project mới: c2 re 66

'BG 70

Chương 2: CHƯƠNG TRÌNH ĐIÊU KHIỂN HỆ THONG 73

I Nội dung trong file Chiet gas.C: 0 222cc 73

2 Nội dung trong file AT24C04.H: 2225 0222212222 86

3 Nội dung trong file KEYBOARD _IO.H: Q2 HE 89

PHẢN I:

CO SO LY THUYET

1 GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN AT§9C5I:

—_ Vi điều khiển 89C51 có tất cả 40 chân Trong đó có 24 chân có tác dụng kép

(có nghĩa là 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập

điều khiển IO [input/output] hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ để

tát địa chỉ và đữ liệu khi giao tiếp với bộ nhớ ngoài

— Có 4 Kbyte bộ nhớ FLASH ROM bên trong dùng để lưu chương trình điều

khiển

— Có 128 Byte RAM nội RAM bên trong 89C51 được phân chia như sau:

> Các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH

> RAM truy xuất từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

> RAM da dụng từ 30H đến 7FH

> Cac thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH

— 4Port xuất/nhập (Input/Output) 8 bit

> Neat nối tiếp

— Có khả năng giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp

— Có thể giao tiếp với 64 Kbyte bộ nhớ bên ngoài dùng để lưu chương trình điều

khiển

— Có thể giao tiếp với 64 Kbyte bộ nhớ bên ngoài dùng để lưu đữ liệu

— Có 210 bịt có thể truy xuất từng bit Có các lệnh xử lý bit

— Bus dia chi 16 bit Bus dt liéu 8 bit

2 SODO CHAN CUA 89C51:

P1.o CỈ 1 49 ]VCG P1.1 CÌ? 39 Poo (ADO) P1212 38 0) Ped (AEH]

P1a 1a 37 P0.2/AD2) P1.4 1S 36 L1PDO.3 ADN]

P1.s lo 35 [7 Poa (ADA) Pre Cy? 34 CP PO.5 (ADS) P17 [1s 330 Pos (ADS) RST Che 32 [1] Po.7 (ADT) {AXD) Pao t+ 31 DO EA VPP {TX0) P41 tị1! 30 Lị ALE/PROG (INTO) P32 ch 12 28 1PSEN

(INT%) Pasi 13 28 [1P2.7 (A15)

{Tô) P3.4 CÍ 14 27| P26 (A14) {tì P45 E115 26 L1P2 5 (A13) (WR) P36 LÍ tê 25 | ¡P2.4 (A12)

(RD P437 rẬ17 24,7 P23 {A171}

XTAL2 r| 18 23 [7 P22 (A103 XTAL1 C119 22 Li P24 (Ag) GND Cj] 20 21P290(AS;

Hình 1: Sơ đỗ chân của AT§9C51

~ Port 0 1a port c6 2 chức năng với số thứ tự chân 32~39

> Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 được dùng làm các đường điều khiển IO (Input- Output)

> Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 có chức năng là bus địa chỉ và bus dữ liệu AD7 = ADO (Address: địa chỉ, data: dữ liệu)

— Port 1 véi s6 thir ty chan 1+8 Portl chỉ có 1 chức năng dùng làm các đường điều khiển xuất nhập IO, port ! không có chức năng khác

— Port 2 1a port cé 2 chức năng với số thứ tự chân 2128

> Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong không

dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 được dùng làm các đường điều

khiển IO (Input- Output).

— Port 3 la port có 2 chức năng với số thi tu chan 10=17

— Các chân của port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ

với các đặc tính đặc biệt của §9C51 như ở bảng:

P3.4 T0 Ngõ vào nhận xung đêm của timer/counter thứ 0

P3.5 Tl Ngõ vào nhận xung đêm của timer/counter tht 1

P3.6 WR Tin hiéu diéu khién ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P3.7 RD Tín hiệu điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài

Hình 2: Chức năng các chân của Port 3

— Tín hiệu vào EA (External Access) ở chân 31 thường nối lên mức 1 hoặc mức

— Ngo vao RST (Reset) ở chân 9 là ngõ vào Reset của 89C51 Khi cấp điện cho

hệ thống hoặc khi nhấn nút reset thì mạch sẽ reset vi điều khiển Khi reset thì tín hiệu

reset phải ở mức cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, khi đó các thanh ghi bên trong được nạp

những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Thanh ghi quan trọng nhất là thanh ghi

bộ đêm chương trình PC = 0000H Sau khi reset, vi điều khiển luôn bắt đầu thực hiện

chương trình tại địa chỉ 0000H của bộ nhớ chương trình nên các chương trình viết cho

vi điều khiến luôn bắt đầu viết tại địa chỉ 0000H Nội dung của RAM trong vi điều

khiển không bị thay đổi bởi tác động của ngõ vào reset [có nghĩa là vi điều khiên đang

sử dụng các thanh ghi để lưu trữ đữ liệu nhưng nếu vi điều khiển bi reset thi dir liệu

trong các thanh shi vẫn không đổi]

— Các ngõ vào bộ dao động Xtall, Xtal2:

> Bộ dao động được tích hop bén trong 89C51, khi sir dung 89C51 người

thiết kế chỉ cần kết nối thêm tụ thạch anh và các tụ

> Tần số tụ thạch anh thường sử dụng cho 89C51 là 12Mhz + 24Mhz,

— Chân 40 (Vcc) được nối lên nguồn +5V, chân 20 GND nối mass

Hinh 3: Sơ đỗ chân IC AT24C04

— Chức năng của các chân IC AT24C04:

> VCC, GND: dùng cấp nguồn cho IC hoạt động VCC được nối đến cực

dương của nguồn (+5V do là IC họ TTL), GND được nối đến cực âm của

nguồn (0V)

> Chan SDA: Chan dé truyền nhận dữ liệu nối tiếp

> Chân SCL: Chân ngõ vào để cấp xung cho việc hoạt động truyền nhận

dữ liệu của IC

> Chân WP: Chân bảo vệ ghi đữ liệu

> Ba chân A0, A1, A2: Ba chân ngõ vào để định địa chỉ của thiết bị.

— Chức năng các chân của IC 74154:

> VCC, GND: dung cấp nguồn cho IC hoạt động VCC được nối đến cực

đương của nguồn (+5V do là IC họ TTL), GND được nối đến cực âm của

nguồn (0V)

> D,C,B, A: Các ngõ vào chọn trạng thái ngõ ra (có thể coi như đây là các đường địa chỉ của IC 74154) Tổ hợp trạng thái logic của 4 ngõ vào này ta

sẽ được 16 trạng thái logic khác nhau ở 16 ngõ ra của IC (2* = 16)

> GI, G2: 2 ngõ vào điều khiển IC IC chỉ được phép hoạt động bình

thường khi cả 2 chân này đều ở mức logic cho phép IC hoạt động (cụ thể là G1, G2 ở mức logic thấp) Chi can 1 trong 2 chân này ở mức logic không phù hợp thi IC sé bi cấm ngay lập tức (tất cả các ngõ ra đều ở mức logic

cao) bất chấp trạng thái ở các ngõ vào còn lại

> Y0 - Y15: Các ngõ ra của ]C Tùy thuộc vào trạng thái của các đường địa chỉ mà ta có trạng thái ở ngõ ra tương ứng Khi IC đang hoạt động bình thường (cả 2 chân điều khiển đều ở mức logic cho phép) thì tại mội thời

điểm nhất định chỉ có một ngõ ra duy nhất được ở mức logic thấp, tẤt cả các ngõ còn lại đều phải ở mức logic cao

LẺ LÍL coe LÔ H HH HH H H H WH H H WH oH WOH

boob ye LoL WP H Lo H WH OM oH H H oH oH H HW HW oOo ow

3 MAX232:

R1OUT Pg

R20UT Fo

MAX232

Hinh 6: Sơ đỗ chân của MAX232

— Vi RS232 không tương thích với các bộ vi xử lý và vi điều khiển hiện nay nên

ta cần một bộ điều khiển đường truyền để chuyển đổi các tính hiệu RS232 về các mức

điện áp TTL được các chân TXD và TRD của 89C51 chấp nhận Bộ MAX232 chuyển

đổi từ các mức điện áp RS232 về mức TTL và ngược lại Một điểm mạnh khác của

chip MAX232 đó là dùng điện áp nguồn +5V, cùng với điện áp nguồn của 89C5I

MAX232 có 2 bộ điều khiển đường truyền là nhận và truyền dữ liệu ( R1, T1 và

R2,T2) MAX232 cần có 4 tụ điện giá trị từ IuE đến 22 HE

— Chức năng các chân của MAX232:

Hinh 7: Sơ đồ chân của MOC3020

— MOC3020 là một Triac được cách ly quang

— Dòng phân cực thuận cho diode 7„„„= 30 mA

—_ Điện áp qua diode 2= 3 E

— Điện áp khóa trên Triac là 200

— Dòng điện cực đại qua Triac là 50 z4

5 LOADCELL:

— Loadcell la cam bién luc dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến

Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn

hôi, lượng di động của bộ phận đàn hồi làm biến đổi sự phân cực giữa các phân tử sự

thay đổi này với lực tác dụng Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này

— Bộ phận chính của loadcell là những tắm điện trở mỏng loại dán Tắm điện trở

là một phương tiện để biến đổi một biến dạng bé thành sự thay đổi tương ứng trong

điện trở Có hai loại điện trở đán dùng làm cảm biến lực dịch chuyển: Loại liên kết

(bonded) và loại không liên kết (unbonded)

— Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng ở một vị trí xác định trên bề mặt

của bộ phận đàn hồi Điện trở này được dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng của

vật đàn hồi Biến dạng này được truyền trực tiếp vào tắm điện trở và nó làm thay đổi

giá trị điện trở tương ứng

— Cảm biến dùng điện trở loại không liên kết sử dụng để đo lượng di động nhỏ

Một lượng di động do mối liên kết bằng cơ khí tạo nên sẽ làm thay đổi điện trở làm

cảm biến Lượng di động cũng thường được tạo nên bằng lực tác động vào một bộ

phận đàn hồi

— _ Vì thế tắm điện trở không liên kết sẽ đo toàn bộ lượng dịch chuyển của bộ phận

đàn hồi còn tắm điện trở liên kết đó biến dang tại một điểm xác định trên bề mặt của

bộ phận đàn hồi

— Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của

Nhat), Global Weighing (Han Quéc), Transducer Techniques Inc, Tedea — Huntleigh

Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng,

chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell có màu sắc

khác nhau

— Các màu sắc này đều được cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua từng loại

loadcell Có nhiều kiểu hình đạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau Do đó cách

kết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp

— Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi

loadcell và thường có các thông số như : tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá

trị này có thể là từ 2mV/V đến 3mV/V hoặc hơn tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt

động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải

— {Với giá trị điện áp ra danh định là 2mili Volt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10

Volt thì điện áp ra sẽ là 20 mili Volt ứng với khối lượng tối đa)

— Tùy ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác

nhau Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng

Sau đây là hình dạng của một số loại loadcell có trong thực tế

Hình 9: Một số Loadcell thực tế.

23

PHAN II:

THIET KE VA THI CONG

MO HINH SANG CHIET GAS

Chương 1: THIET KE PHAN CUNG

1 Sơ đồ khối mạch điều khiển mô hình sang chiét GAS:

Cảm biến trọng hrợng Điều khiến led

Remedi mh meat

tam

Giao tiếp nối tiếp Bàn phím điều khiển

Khôi nguồn cung cấp

cho các linh kiện

2 Chức năng từng khối:

2.1 Cảm biến trọng lượng:

— Lay trong luong thuc tế của bình Gas biến đổi thành tín hiệu điện đề đưa về đầu

cân xử lý Trong đồ án tốt nghiệp này em sử dụng một Loadcell

2.2 Đầu cân:

— Xử lý tín hiệu điện nhận được từ cảm biến trọng lượng thành những con số cụ

thê thể hiện trọng lượng thực tế của bình Gas

— Trọng lượng sau khi được xử lý sẽ được hiển thị ở màn hình hiển thị của đầu

cân, và được truyền tới các thiết bị khác qua chuẩn giao tiếp RS232

~— Trong dé an tốt nghiệp này em sử dụng đầu cân

2.3 Khối giao tiếp nối tiếp:

— Dùng để giao tiếp với đầu cân dé nhận đữ liệu về trọng lượng thực tế của bình

Gas đang cân

2.4 Bàn phím:

— Dùng để điều khiển các chế độ hoạt động của hệ thống mà yêu cau cha dé tai

dat ra:

> Chế độ nhập trọng lượng của vỏ bình Gas

> Chế độ nhập trọng lượng Gas cần chiết vào bình

> Chế độ xóa các thông tin vừa cài đặt

>_ Chế độ dừng khân cấp khi các điều kiện làm việc không đúng

> Chế độ xóa tổng trọng lượng Gas đã được chiết vào bình

> Nhập các thông số về trọng lượng

2.5 Khối điều khiển led:

— Với một số lượng led lớn nên không thể dùng phương pháp hiển thị trực tiếp,

em chọn phương pháp quét led Khối điều khiển lcd dùng để điều khiển sự hoạt động

của từng led (cho phép led sáng/tắt)

2.6 Led hiến thi:

— Led hién thi la led 7 doan loai Anode chung, 36 lượng led cần là 15 led

— Dung để hiển thị các thông số về trọng lượng của bình Gas

— Khối hiển thị gồm có 3 hàng, mỗi hàng 5 led

> Hang 1: Hiển thị tổng trọng lượng đã Gas đã chiết vào bình

> Hang 2 Hién thi trong lugng cua binh Gas dang dat trén Loadcell

> Hang 3 Hién thị thông số cài đặt

2.7 Điều khiến van:

—_ Điều khiển đóng/mở Valve để chiết Gas

2.8 Khối nguồn:

— Cung cấp nguồn nuôi cho các linh kiện sử dụng trong mạch

2.9 Khối nhớ:

— Lưu trữ dữ liệu trong quá trình chiết Gas đề phòng trường hợp bị mất điện

> Lưu trữ tổng khối lượng Gas đã được chiết vào bình

> Lưu trữ trọng lượng vỏ bình được cài đặt lần sau cùng

2.10 Khối điều khiến trung tâm:

— Xử lý các dữ liệu được truyền về và ra lệnh để điều khiển đóng/mở Valve để

cho phép chiết Gas vào bình

— Xuất dữ liệu ra màn hình hiển thị

> Hang 1: Hiển thị tổng trọng lượng đã Gas đã chiết vào bình

> Hang 2 Hién thị trong lugng cua binh Gas dang dat trén Loadcell

> Hang 3 Hién thi thong sé cai dat

— Các dữ liệu khối xử lý nhận được là:

> Dữ liệu từ đầu cân

> Dữ liệu từ bàn phím

— Các dữ liệu khối xử lý truyền xuống khối lưu trữ:

> Tổng khối lượng Gas đã được chiết

> Trọng lượng vỏ bình được cài đặt lần sau cùng

27

3 Thiết kế các khối chức năng:

3.2 Sơ đồ mạch khối điều khiển trung tâm:

——-# |P00/ADo PzoAs LÊ) x

ON Ti ấy |P0I/AD P21/A9 25 Di

36 |P0.2/AD2 P22/A10 ST” Ị

———Sš | P03/AD3 P23/A11 Lấy 4

34 |PO.4/ADA P24/A12 So 2 33] PO.S/ADS P2.5/a13 58 : P0.6/AD6 P2.6/A14 N

32 Ìpo7/AD7 P27/Ais |2Ê 8 CON8

SCL Tà | P3.3JNTI P17 LỆ—U vec

——————“~] P3.2/INT0 P16 F£—C oul veg W

P15 Ta lít

11 |P340RVD pia fe "

——|P31/TD P36WR L2 8

P1.3 F2 4 C1 33p Hà 7 5 cons

Hinh 11: Sơ đồ mạch khối điều khiển trung tâm

— Để điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống em dùng vi điều khiển AT§89C5I

— Y1 tao dao động nội cho vi điều khiển hoạt động Ở đây ta chọn tần số hoạt

động của vi điều khiển là 11.0592 Do mạch dao động tạo ra dao động có nhiễu nên ta dùng tụ C1 và C2 để lọc thành phần nhiễu

—_ J1 là chốt cắm dây kết nối với led 7 đoạn

— J2 là chốt cắm dây kết nối với bàn phím

—_ ]3 là chốt cắm đây kết nối với IC74154.

3.3 Sơ đồ mạch bàn phím:

Hình 12: Sơ đồ mạch bàn phím

— _ Vì số lượng phím nhấn lớn (16 phím), nếu kết nối trực tiếp 1 nút nhấn với một

ngõ vào thì sẽ tốn một số lượng lớn đường kết nối Vì vậy em đã dùng cách kết nối

kiểu ma tran dé giảm bớt số lượng đường kết nối Sơ đồ kết nối vi điều khiển với 16

nút nhấn như hình dưới đây

— Trong bàn phím ma trận 4x4 sẽ có 4 hàng từ H1+H4 dùng để xuất mã quét, và

có 4 cột từ CI+C4 đóng vai trò là các ngõ vào bình thường ở mức cao

— 4 hàng và 4 cột được kết nối với port 2 của vi điều khiển, vi điều khiển sẽ xuất

mã quét ra các hàng và sau đó đọc đữ liệu ở các cột

29

3.4 Sơ đồ mạch hiến thị:

—_ Màn hình hiển thị dùng 15 led 7 đoạn loại Anode chung

—_ Với một số lượng led 7 đoạn lớn như vậy để hiển thị thông tin cần hiển thị em dùng phương pháp quét led

— Tai mdi thoi dién chi cho 1 transistor din va 14 transistor con lai tắt, dữ liệu gửi

ra s€ sáng trên led tương ứng với transistor dẫn Sau đó cho một transistor khác dẫn và

gửi dữ liệu hiển thị ra led đó, quá trình điều khiển này diễn ra lần lượt cho đến khi hết

15 led

—_ Để điều khiển 15 transistor và tiết kiệm số lượng đường kết nối, em đã chọn IC

74154 vì IC này đáp ứng được điều kiện quét led (chỉ một ngõ ra tích cực vào một thời điểm tương ứng với tô hợp ngõ vào chỉ chiếm 4 đường kết nối với vi điều khiển)

U8 J9

— Địa chỉ các led được chọn như bảng sau:

PNP BCE PNP BCE WY PNP BCE VÀ › PNPBẾE — VY K PNP BCE

Hình 15: Sơ đồ mạch nối với các led 7 đoạn

— Tính điện trở hạn dòng cho các đoạn của led 7 đoạn:

> Ta có dòng qua led là 10mA và điện áp trên led là 2V Do thời gian quét

led rat nhanh nén dong 10mA không làm cho led sáng mạnh được, do đó ta

có thể chọn dòng lớn hơn 10mA cũng không làm hỏng led, ta chọn dòng qua

led 7 đoạn là 80mA Để tăng dòng thì có 2 cách: Tăng điện áp hoặc giảm

điện trở Để phù hợp với điện áp làm việc nên ta thực hiện cách giảm điện

trở và cách tính điện trở như sau

" Veesa : Dién ap hai chan CE trén transistor A564 khi ddan bio hoa

=" Vo, : Điện áp trên chân vi điều khiển khi ở mức thấp

"- lour „ro : Dòng điện qua led khi dùng phương pháp quét led

> Do đó ta chọn điện trở hạn đòng cho led 7 đoạn ®N/ = 50Q

> Vay dong qua led:

50

— _ VÌ ngõ ra của IC74154 tích cực ở mức 0 em chọn transistor loại PNP

— Dé Q3- Q17 hoạt động như một công tắc thì ta phải phân cực cho transistor A546 dẫn ở chế độ bão hòa

— Trong mach tat ca 15 transistor déu được nối lên nguồn Vẹc, đồng thời ngõ ra

của IC74154 được nối tương ứng với 15 cực B của transistor Vì vậy khi 1 trong 15

ngõ ra của IC74154 được tích cực mức [0] thi transistor được nối với ngõ ra đó sẽ được phân cực thuận và dẫn bão hòa để cấp dòng cho led tương ứng sáng

—_ Ta có ïc là dòng tông của § đoạn led đi qua transistor A564 nén

I = 46mAx 8 = 368mA Transistor A564 cé:

— _ VÌ dòng tiêu thụ cho mạch nhỏ nên bỏ đến hiệu suất của mạch Ổn ap, ta chon IC

ôn áp 7805 và 7806 cho mach.

Hình 17: Sơ đồ mạch điều khiển van

— Mạch điều khiển van thực chất là mạch kích Triac vì điều khiển van điện

đóng/mở chiết Gas sử dụng nguồn điện xoay chiều 220V

— Chân P3.7 của vi điều khiển nối với chân CTRL của mạch kích Triac

— Để tránh trường hợp khi điện chập chon, mat dién hé thống tự động resct lại,

khi đó tất cả các ngõ ra của vi điều khiển đều ở mức cao Khi đó nếu kích mở Valve ở

mức cao sẽ hoạt động, nên sử dụng transistor Q1 để chân P3.7 ở mức cao thì QI luôn

dẫn bão hòa, vì vậy điện áp đặt trên hai chân I và 2 cla MOC3020 không đú để kích

dẫn Triac làm việc

— Tính điện trở phân cực cho Q1:

R= Vou —Voy _ WV -0.6V = 8800 SmA 5mA

> Chọn R5 = 10009

— MOC3020 có nhiệm vụ cách ly về điện giữa mạch kích Triac va nguồn xoay

chiều điều khiển van điện

— Tính điện trở hạn dòng cho phân cực cho MOC3020

R= Veo — Ƒ uy = SV -1.5V = 350Q

10mA 10mA

> Chon R6 = 330Q

— Tính điện trở hạn dòng ngé ra cho MOC3020

> Ta có thong sé dong trị hiệu dung: / = 25mA

= 3 = z0 = 88000

I 25mA

> Chon R7 = /0000Q

35

3.7 Sơ đồ giao tiếp mạch đầu cân:

— _ Vì đầu cân truyền dữ liệu về ở chuẩn RS232 nên khi giao tiếp với vi điều khiển,

ta phải dùng thêm mạch chuyển mức logic Các vi mạch thường được sử dụng là MAX232 của Maxim hay DS275 của Dallas Mach chuvén mức logic dùng MAX232 như sau

— Đầu nối J5 nối với dây tín hiệu từ đầu cân Chân 12 của MAX232 nối với chân P3.0(TRD) của vi điều khiển

— Tuy nhiên, khi sử dụng mạch chuyển mức logic dùng các vi mạch thì đòi hỏi phải dùng chung GND giữa các thiết bị với vi mạch Do đó có khả năng làm hỏng các

thiết bị khi xảy ra hiện tượng chập mạch Do đó, ta có thể dùng Opto 4N35 để cách ly

về điện Sơ đề mạch cách ly như sau

Hinh 19: So dé mach giao tiép dau can dung Opto 4N35

— Đầu nối J5 nối với day tín hiệu từ đầu cân Chân 5 của Opto4N35 nối với chân P3.0 của vi điều khiển

— Tinh điện trở hạn dòng cho Opto 4N35:

R= Ving cay ~ V opto - 12V — 2V =1000Q

> Chon R3 = 10009

3.8 Sơ đồ mạch giao tiếp AT24C04:

Hinh 20: Sơ đồ mạch giao tiếp vi điều khiển với AT24C04

— Chân SDA của AT24C04 nối với chân P3.3 của vi điều khiển

— Chân SCL của AT24C04 nối với chân P3.2 của vi điều khiển

— Chân WP nối Mass IC AT24C04 hoạt động ở chế độ đọc/ghi bình thường

— Do ở đây chỉ giao tiếp với một IC nên ba chân A2 A1 A0 được nối Mass để xác

định địa chỉ của IC là 000

Chương 2: THIẾT KÉ CHƯƠNG TRÌNH

1 Sơ đồ khối chương trình điều khiển:

— _ Cảm biến trọng lượng đưa tín hiệu nhận được về đầu cân

—_ Đầu cân giải mã tín hiệu nhận được và đưa về khối xử lý

¬ Bàn phím để ra lệnh điều khiển các chế độ hoạt động của chương trình

> Đưa ra tín hiệu để điều khiển đóng/mở Valve chiết Gas

> Hién thi thong tin nhận được lên màn hình

— Khối lưu trữ để lưu trữ dữ liệu trong quá trình chiết Gas

Cảm biến trọng yea ated Man hinh hién thi

Chương trình xử lý»

Bàn phím điều khiến Điều khiến Valve

Gas để chiết vào bình