Hệ thống hiển thị thông số môi trường dùng pic (có code và layout)

Hệ thống hiển thị thông số môi trường dùng pic (có code và layout) Hệ thống hiển thị thông số môi trường dùng pic (có code và layout) Hệ thống hiển thị thông số môi trường dùng pic (có code và layout) Hệ thống hiển thị thông số môi trường dùng pic (có code và layout) Hệ thống hiển thị thông số môi trường dùng pic (có code và layout)

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG HIỂN THỊ THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ IV DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IX CHƯƠNG TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI 1.1 SƠ ĐỒ KHỐI 1.2 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 1.3 TÓM TẮT ĐỀ TÀI 1.3.1 Tóm tắt .2 1.3.2 Yêu cầu của đề tài CHƯƠNG TÌM HIỂU ĐỀ TÀI 2.1 TÌM HIỂU VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A 2.2 TÌM HIỂU CẢM BIẾN ĐỘ ẨM, NHIỆT ĐỘ DHT11 2.3 TÌM HIỂU CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ5 2.4 TÌM HIỂU MODULE THU PHÁT RF 2.5 TÌM HIỂU LCD 16X2 10 CHƯƠNG SƠ ĐỒ MẠCH 12 3.1 SƠ ĐỒ MẠCH PHÁT 12 3.2 SƠ ĐỒ MẠCH THU 14 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 15 CHƯƠNG THI CÔNG PHẦN CỨNG 15 4.1 THI CÔNG MẠCH 15 4.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 17 4.3 ĐÁNH GIÁ 18 4.4 NHẬN XÉT 18 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 PHỤ LỤC A 20 ii iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ HÌNH 1-1: SƠ ĐỜ KHỐI TỔNG QUÁT: A) MẠCH PHÁT B) MẠCH THU HÌNH 1-2: SƠ ĐỜ GIẢI THUẬT HÌNH 2-1: VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A .5 .5 HÌNH 2-2: SƠ ĐỜ CHÂN PIC 16F877A [1] HÌNH 2-3: CẢM BIẾN ĐỢ ẨM, NHIỆT ĐỢ DHT11 .6 HÌNH 2-4: SƠ ĐỜ KẾT NỐI CẢM BIẾN ĐỘ ẨM, NHIỆT ĐỘ DHT11 [2] CẢM BIẾN ĐỘ ẨM, NHIỆT ĐỘ DHT11 LÀ LOẠI CẢM BIẾN RẤT THÔNG DỤNG HIỆN NAY NÓ ĐƯỢC SỬ DỤNG NHIỀU DO CHI PHÍ RẺ VÀ DỄ SỬ DỤNG .7 CẢM BIẾN DHT11 GỒM CHÂN: CHÂN 1: NỐI NGUỒN VCC .7 CHÂN 2: CHÂN DỮ LIỆU CHÂN 3: NO CONNECT CHÂN 4: NỐI GND .7 CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT: NGUỒN CẤP: V – V DÒNG: 2.5 MA .7 ĐO TỐT Ở ĐỘ ẨM: 20 – 80 % RH, SAI SỐ ± % ĐO TỐT Ở NHIỆT ĐỘ: – 50 ºC, SAI SỐ ± % NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG: .7 iv HÌNH 2-5: SƠ ĐỜ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN ĐỘ ẨM, NHIỆT ĐỘ DHT11 [3] .7 MCU MUỐN GIAO TIẾP VỚI CẢM BIẾN DHT11 THÌ PHẢI GỬI ĐI MỢT TÍN HIỆU Ở MỨC THẤP TRONG KHOẢNG THỜI GIAN ÍT NHẤT LÀ 18 MS SAU ĐÓ KÉO TÍN HIỆU VỀ LẠI MỨC CAO KHOẢNG 20 – 40 ΜS CẢM BIẾN DHT11 KHI NHẬN ĐƯỢC TÍN HIỆU TỪ MCU SẼ GỬI TÍN HIỆU PHẢN HỒI BẰNG CÁCH KÉO TÍN HIỆU XUỐNG MỨC THẤP TRONG KHOẢNG 80 ΜS SAU ĐÓ KÉO TÍN HIỆU TRỞ VỀ MỨC CAO KHOẢNG 80 ΜS QUÁ TRÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU BẮT ĐẦU CẢM BIẾN DHT11 SẼ TRUYỀN TỪNG BIT TRUYỀN BIT MẤT KHOẢNG THỜI GIAN 26 – 28 ΜS TRUYỀN BIT MẤT KHOẢNG THỜI GIAN 70 ΜS GIỮA MỖI BIT TRUYỀN LUÔN CÓ THỜI GIAN NGHỈ KHOẢNG 50 ΜS HẠN CHẾ: CẢM BIẾN ĐỘ ẨM, NHIỆT ĐỘ DHT11 LÀ CẢM BIẾN DỄ DÀNG SỬ DỤNG TUY NHIÊN SO VỚI CẢM BIẾN ĐỢ ẨM, NHIỆT ĐỢ DHT22 THÌ VẪN CÒN KÉM NHIỀU VỀ KHOẢNG ĐO VÀ ĐỘ CHÍNH XÁC .8 HÌNH 2-6: CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ5 HÌNH 2-7: SƠ ĐỒ CHÂN CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ5 HÌNH 2-8: MODULE THU PHÁT RF UART SI4463 TẦN SỐ 433 MHZ HC-12 .9 MODULE THU PHÁT RF UART SI4463 TẦN SỐ 433 MHZ HC-12 HOẠT ĐỘNG Ở TẦN SỐ 433 MHZ, GIAO TIẾP UART VỚI ĐIỀU KIỆN TRONG MÔI TRƯỜNG LÝ TƯỞNG CÓ THỂ TRUYỀN XA 1000 M MODULE NÀY DỄ DÀNG SỬ DỤNG MODULE RF CÓ CHÂN: VCC GND 10 TXD 10 v RXD 10 SET 10 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT: 10 ĐIỆN ÁP: TỪ 3.2 V ĐẾN V .10 DÒNG CẤP: 16 MA 10 KHOẢNG CÁCH TRUYỀN: KHOẢNG 600 M, CÓ THỂ ĐẠT KHOẢNG CÁCH XA 1000 M TRONG MÔI TRƯỜNG LÝ TƯỞNG .10 TỐC ĐỘ TRUYỀN: 5000 BPS TRUYỀN TRONG KHÔNG KHÍ 10 TẦN SỐ: KHOẢNG 433 MHZ 10 CÁCH SỬ DỤNG: ĐỂ SỬ DỤNG CÁC MODULE THU PHÁT NÀY TA PHẢI CÀI ĐẶT CÁC MODULE CÓ CÙNG KÊNH SÓNG, ĐỊA CHỈ, CÁC KÊNH VÀ ĐỊA CHỈ NÀY PHẢI KHÁC 10 HÌNH 2-9: LCD 16X2 10 11 HÌNH 2-10: SƠ ĐỜ CHÂN LCD 16X2 [4] .11 CÓ RẤT NHIỀU LOẠI LCD KHÁC NHAU VÀ ĐA DẠNG VỀ KHẢ NĂNG HIỂN THỊ NỘI DUNG 11 CÁC CHÂN LCD: 11 VSS: CHÂN NỐI GND 11 VDD: CHÂN NỐI NGUỒN 11 VEE: CHÂN ĐỂ ĐIỀU CHỈNH ĐỘ TƯƠNG PHẢN 11 RS: CHÂN CHỌN THANH GHI CHẾ ĐỘ GHI/ ĐỌC, HOẶC CHỌN NỐI VỚI THANH GHI DỮ LIỆU 11 RW: CHÂN CHỌN CHẾ ĐỘ ĐỌC HOẶC CHẾ ĐỘ GHI 11 CHÂN RW Ở MỨC THÌ LCD Ở CHẾ ĐỘ GHI 11 NGƯỢC LẠI, CHÂN RW Ở MỨC THÌ LCD Ở CHẾ ĐỘ ĐỌC 11 E: CHÂN ENABLE 11 vi KHI CÓ XUNG CLOCK CẠNH XUỐNG TỪ CHÂN ENABLE THÌ LCD CHO PHÉP GHI DỮ LIỆU 11 KHI CÓ XUNG CLOCK CẠNH LÊN TỪ CHÂN ENABLE THÌ LCD CHO PHÉP XUẤT DỮ LIỆU 11 D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: CHÂN ĐỂ TRUYỀN DỮ LIỆU D7 LÀ MSB .11 TRUYỀN BIT: DỮ LIỆU TRUYỀN TỪ D0 ĐẾN D7 11 TRUYỀN BIT: DỮ LIỆU TRUYỀN TỪ D4 ĐẾN D7 11 LEDA: CHÂN NỐI NGUỒN CỦA ĐÈN NỀN LCD .11 LEDK: CHÂN NỐI NGUỒN ÂM CỦA ĐÈN NỀN LCD 11 HÌNH 3-1: SƠ ĐỜ MẠCH PHÁT .13 CÁC CHÂN CẢM BIẾN ĐƯỢC NỐI VÀO CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A NHƯ SAU: .13 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM DHT11 NỐI VÀO CHÂN B0 CỦA VI ĐIỀU KHIỂN PIC 13 CẢM BIẾN KHÍ GAS MQ5 NỐI VÀO CHÂN B1 CỦA VI ĐIỀU KHIỂN PIC .13 KẾT NỐI CÁC CHÂN CỦA MODULE RF VÀO CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A: 13 VCC NỐI VÀO CHÂN VCC 13 GND NỐI VÀO CHÂN GND .13 TXD NỐI VÀO CHÂN TX (CHÂN C6 CỦA PIC) 13 RXD NỐI VÀO CHÂN RX (CHÂN C7 CỦA PIC) 13 HÌNH 3-2: SƠ ĐỜ MẠCH THU 14 NỐI SƠ ĐỒ CHÂN LCD VỚI VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A: 14 CHÂN NỐI CHÂN GND 14 CHÂN NỐI CHÂN VCC 14 CHÂN NỐI CHÂN BIẾN TRỞ (ĐIỀU CHỈNH ĐỘ TƯƠNG PHẢN CỦA LCD) 14 CHÂN NỐI CHÂN D1 .14 vii CHÂN NỐI CHÂN D2 .14 CHÂN NỐI CHÂN D3 .14 CHÂN 11, 12, 13, 14 LẦN LƯỢT NỐI D4, D5, D6, D7 14 CHÂN 15 NỐI CHÂN VCC .14 CHÂN 16 NỐI CHÂN GND .14 KẾT NỐI CÁC CHÂN CỦA MODULE RF VÀO CHÂN VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A: 14 VCC NỐI VÀO CHÂN VCC 15 GND NỐI VÀO CHÂN GND .15 TXD NỐI VÀO CHÂN TX (CHÂN C6 CỦA PIC) 15 RXD NỐI VÀO CHÂN RX (CHÂN C7 CỦA PIC) 15 HÌNH 4-1: MẠCH SAU KHI HỒN THÀNH HIỂN THỊ ĐỢ ẨM, NHIỆT ĐỢ VÀ PHÁT HIỆN KHÔNG CÓ KHÍ GAS .16 HÌNH 4-2: MẠCH SAU KHI HỒN THÀNH HIỂN THỊ ĐỢ ẨM, NHIỆT ĐỢ VÀ PHÁT HIỆN CÓ KHÍ GAS 17 viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VCC Voltage Common Collector GND Ground RF Radio frequency PIC Programmable Intelligent Computer LCD Lyquid Crytal Display MCU Microcontrollers LED Light Emitting Diode MSB Most Significant Bit UART Universal Asynchronous Receiver – Transmitter ix ĐỒ ÁN Trang 1/24 CHƯƠNG TỔNG QUÁT VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Sơ đồ khối Nguồn Cảm biến DHT11 PIC 16F877A Cảm biến gas MQ5 RF phát a) RF thu PIC 16F877A LCD Ng̀n b) Hình 1-1: Sơ đồ khối tổng quát: a) Mạch phát Hệ thống hiển thị thông số môi trường b) Mạch thu ĐỒ ÁN Trang 10/24 + GND + TXD + RXD + SET – Các thông số kỹ thuật: + Điện áp: từ 3.2 V đến V + Dòng cấp: 16 mA + Khoảng cách truyền: khoảng 600 m, có thể đạt khoảng cách xa 1000 m môi trường lý tưởng + Tốc độ truyền: 5000 bps truyền không + Tần số: khoảng 433 MHz + Cách sử dụng: để sử dụng các module thu phát này ta phải cài đặt các module có cùng kênh sóng, địa chỉ, các kênh và địa chỉ này phải khác 2.5 Tìm hiểu LCD 16x2 Hình 2-9: LCD 16x2 Hệ thớng hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 11/24 Hình 2-10: Sơ đồ chân LCD 16x2 [4] – Có nhiều loại LCD khác và đa dạng về khả hiển thị nội dung – Các chân LCD: + VSS: chân nối GND + VDD: chân nối nguồn + VEE: chân để điều chỉnh độ tương phản + RS: chân chọn ghi chế độ ghi/ đọc, hoặc chọn nối với ghi dữ liệu + RW: chân chọn chế đợ đọc hoặc chế đợ ghi • Chân RW ở mức LCD ở chế đợ ghi • Ngược lại, chân RW ở mức LCD ở chế đợ đọc + E: chân enable • Khi có xung clock cạnh x́ng từ chân enable LCD cho phép ghi dữ liệu • Khi có xung clock cạnh lên từ chân enable LCD cho phép xuất dữ liệu + D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7: chân để truyền dữ liệu D7 là MSB • Truyền bit: dữ liệu truyền từ D0 đến D7 • Truyền bit: dữ liệu truyền từ D4 đến D7 + LEDA: chân nối nguồn đèn nền LCD + LEDK: chân nối nguồn âm đèn nền LCD Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 12/24 CHƯƠNG SƠ ĐỒ MẠCH 3.1 Sơ đồ mạch phát Hệ thống hiển thị thông sớ mơi trường ĐỒ ÁN Trang 13/24 Hình 3-1: Sơ đồ mạch phát – Các chân cảm biến được nối vào chân vi điều khiển PIC 16F877A sau: + Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm DHT11 nối vào chân B0 vi điều khiển PIC + Cảm biến gas MQ5 nối vào chân B1 vi điều khiển PIC – Kết nối các chân module RF vào chân vi điều khiển PIC 16F877A: + VCC nối vào chân VCC + GND nối vào chân GND + TXD nối vào chân TX (chân C6 PIC) + RXD nối vào chân RX (chân C7 PIC) Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 14/24 3.2 Sơ đồ mạch thu Hình 3-2: Sơ đồ mạch thu – Nối sơ đồ chân LCD với vi điều khiển PIC 16F877A: + Chân nối chân GND + Chân nối chân VCC + Chân nối chân biến trở (điều chỉnh độ tương phản LCD) + Chân nối chân D1 + Chân nối chân D2 + Chân nối chân D3 + Chân 11, 12, 13, 14 lần lượt nối D4, D5, D6, D7 + Chân 15 nối chân VCC + Chân 16 nối chân GND – Kết nối các chân module RF vào chân vi điều khiển PIC 16F877A: Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 15/24 + VCC nối vào chân VCC + GND nối vào chân GND + TXD nối vào chân TX (chân C6 PIC) + RXD nối vào chân RX (chân C7 PIC) 3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch – Mạch phát: cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11, cảm biến gas MQ5 được nối với vi điều khiển PIC 16F877A Các cảm biến lấy thông tin từ môi trường về vi điều khiển Vi điều khiển PIC 16F877A nhận được dữ liệu đó chinh là độ ẩm, nhiệt độ của môi trường và giá trị hoặc được gửi về từ cảm biến gas MQ5 Dữ liệu từ PIC 16F877A được truyền nhờ module phát RF – Mạch thu: module RF thu sẽ nhận dữ liệu rồi truyền về vi điều khiển PIC 16F877A đã được nối với nó LCD sẽ hiển thị nội dung dữ liệu nhận được Chúng ta sẽ biết được độ ẩm, nhiệt độ và nhận biết được có gas môi trường hay không nhờ vào nội dung hiển thị LCD – Ngoài mạch còn có cảnh báo, nếu độ ẩm và nhiệt đợ vượt ngưỡng cho phép LCD sẽ nhấp nháy CHƯƠNG THI CƠNG PHẦN CỨNG 4.1 Thi cơng mạch Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 16/24 Hình 4-1: Mạch sau hồn thành hiển thị độ ẩm, nhiệt độ phát hiện khơng có khí gas Hệ thớng hiển thị thơng sớ mơi trường ĐỒ ÁN Trang 17/24 Hình 4-2: Mạch sau hồn thành hiển thị đợ ẩm, nhiệt đợ phát hiện có khí gas 4.2 Kết đạt được Mạch hoàn thành ta thu được kết quả: – Đọc được giá trị độ ẩm và nhiệt độ từ cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT11 – Cảm biến gas MQ5 trả về giá tị hoặc 1, tương ứng có gas hay không có gas môi trường – Module phát RF và module thu RF truyền và nhận dữ liệu một cách chinh xác, gửi và nhận dữ liệu các thông số môi trường thay đổi – Hiển thị nội dung dữ liệu lên LCD: nhiệt độ, độ ẩm, gas Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 18/24 4.3 Đánh giá – Cảm biến độ ẩm và nhiệt độ DHT11: + Nhiệt độ môi trường thay đởi giá trị cảm biến thay đởi theo Ta lấy phép thử: lấy một nhiệt kế đo nhiệt độ và độ ẩm môi trường, đồng thời cho cảm biến DHT11 hoạt động Đọc kết quả nhiệt kế và cảm biến, ta thấy hai kết quả này giống hoặc gần giống Lấy 10 lần đọc, kết quả cảm biến đúng khoảng 70 % + Khi độ ẩm và nhiệt độ môi trường thay đởi giá trị cảm biến khơng thay đởi ngay, các giá trị này thay đổi chậm thực tế khoảng giây – Module thu phát RF: + Về đợ chinh xác: quá trình trùn nhận dữ liệu module RF tốt và chinh xác Cho mạch phát đếm từ đến 10, mạch thu LCD hiển thị đúng mạch đếm từ đến 10 Thử lại nhiều lần ta vẫn thấy kết quả đúng + Về tốc độ truyền dữ liệu: module RF truyền dữ liệu còn chậm 4.4 Nhận xét – Ưu điểm: + Mạch chạy khá tốt, đáp ứng lấy được các thông tin cần thiết + Mạch chạy khá ổn định + Các cảm biến lấy thông tin từ môi trường một cách liên tục giúp chúng ta nhận biết được sự thay đổi môi trường một cách nhanh chóng – Nhược điểm: Mạch chạy ổn định mạch bị nhiễu bởi các yếu tố bên ngoài – Hướng mở rộng: + Có thể thay mới bằng các cảm biến có độ chinh xác cao + Có thể thêm một số cảm biến khác nếu có nhu cầu biết được nhiều thông số từ môi trường Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 19/24 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] microcontrollerslab.com [2] electronishub.org [3] libstock.mikroe.com [4] circuitdigest.com [5] microchip.com [6] Nguyễn Mạnh Giang, Các vi điều khiển PIC, NXB khoa học kĩ thuật, năm 2009 Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 20/24 PHỤ LỤC A #CODE_PHAT #include #fuses hs,noput,nowdt #use delay(clock=20m) #use rs232(uart,baud=9600,parity=n,BITS=8,STOP=1) #define dht pin_b0 void dht_read(unsigned int8 &temp, unsigned int8 &humid) { unsigned int8 buff[5]; unsigned int8 n, tmp, t; //init output_low(dht); delay_ms(20); output_float(dht); //response set_timer0(0); while(input(dht)) {t=get_timer0();if(t>100) break;}//wait 80us set_timer0(0); while(!input(dht)){t=get_timer0();if(t>100) break;}//wait 80us set_timer0(0); while(input(dht)) {t=get_timer0();if(t>100) break;} //begin for(n=0;n100) break;}//start, 50us set_timer0(0); while(input(dht)) {t=get_timer0();if(t>100) break;} Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 21/24 tmp=get_timer0(); if(tmp>5 && tmp20 && tmp=30 && dam>=70) { lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc," "); lcd_gotoxy(1,2); printf(lcd_putc," "); Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 24/24 delay_ms(500); } } } Hệ thống hiển thị thông số môi trường ... nối nguồn âm đèn nền LCD Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 12/24 CHƯƠNG SƠ ĐỒ MẠCH 3.1 Sơ đồ mạch phát Hệ thống hiển thị thông số môi trường ĐỒ ÁN Trang 13/24... – Hiển thị thông số môi trường thông qua module thu phát RF – Hoàn thành phần cứng mạch CHƯƠNG TÌM HIỂU ĐỀ TÀI 2.1 Tìm hiểu vi điều khiển PIC 16F877A Hệ thống hiển thị thông số. .. mạch Hệ thống hiển thị thông sớ mơi trường ĐỒ ÁN Trang 16/24 Hình 4-1: Mạch sau hồn thành hiển thị đợ ẩm, nhiệt đợ phát hiện khơng có khí gas Hệ thớng hiển thị thông số môi trường