D AN kho sat nhit d d m dung picccccccccccccccccccccc

TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÔN DỨC THẮNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ NGÀNH TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI : KHẢO SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM CÓ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ TRONG PHÒNG Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Mã số sinh viên Lớp Khoá : ThS Đỗ Phạm Hoàng : Nguyễn Triệu Vỹ : 41203202 : 12040301 : 16 HCM 04 – 2015 ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính thực tế ý nghĩa đề tài Trong sống có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất người.Trong nhiệt độ độ ẩm yếu tố đề cập tới nhiều, mạch đo nhiệt độ độ ẩm đời tất yếu Với phát triển công nghệ việc sản xuất mạch đo nhiệt độ độ ẩm đơn giản mà độ xác cao điều đơn giản Việc áp dụng thực tế phổ biến nhiệt độ độ ẩm đóng vai trị lớn ảnh hưởng đến người, hàng hố, máy móc, độ bền … Vì nhiệt độ sử dụng hầu hết nhà máy sản xuất, kho chứa hàng hoá, bảo quản máy móc điều kiện vận hành Trong y tế sử dụng rộng rãi phịng cách ly, phòng điều trị cho bệnh nhân áp dụng hầu hết dây chuyền công nghệ sản xuất tuỳ theo nhu cầu mà tuỳ biến thêm ngồi chức đề tài để phù hợp với nhu cầu q trình hoạt động ngồi chức hiển thị nhiệt độ độ ẩm khu vực cần khảo sát nhiệt độ độ ẩm Với đề tài mạch “Đo nhiệt độ độ ẩm” ta đo lúc nhiệt độ độ ẩm phát triển hiệu hơn, đề tài phạm vi Đồ án nên tính hiệu thực tế tính xác mạch không cao 1.2 Sơ lượt hệ thống sơ đồ khối hệ thống 1.2.1 Sơ lƣợt hệ thống Bộ mạch điều khiển vi điều khiển PIC16F628A đóng vai trị điều khiển nhập xuất liệu từ thiết bị giao tiếp với nó, điển cảm biến nhiệt độ độ ẩm DHT11 giao tiếp với vi điều khiển pic16f628a xuất nhập liệu đọc nhiệt độ độ ẩm từ cảm biến sau giao tiếp với thiết bị LCD mã hoá liệu để thị kết hình với liệu cảm biến có dãi nhiệt độ từ 0- 50oC độ ẩm từ 20%- 95% Phần cứng sau thi cơng hồn thành vi điều khiển nạp chương trình qua lệnh thiết kế ngôn ngữ C tập lệnh điều khiển vi điều khiển để mạch hoạt động cách trơn tru GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ 1.2.2 Sơ đồ khối Cảm biến DHT11 PIC LCD NGUỒN Muốn cảm biến gửi tín hiệu Vi điều khiển PIC gửi tín hiệu muốn đo đến cảm biến DHT11 sau xác nhận Khối cảm biến nhận nhiệt độ độ ẩm từ mơi trường bên ngồi để gửi tín hiệu dạng sóng 5byte liệu nhiệt độ đo đến vi điều khiển PIC Sau Vi điều khiển PIC đọc liệu gửi trực tiếp đến hình LCD, qua giải mã tích hợp LCD nhiệt độ độ ẩm hiển thị hình Nguồn dùng để cung cấp áp cho hoạt động Vi điều khiển, Cảm biến, Màn hình LCD hoạt động ổn định GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ CHƢƠNG : THIẾT KẾ 2.1CÁC CHỨC NĂNG CỦA KHỐI 2.1.1 khối cảm biến Hiện thị trường có nhiều cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm như:  LM35, LM355, PT100… : cảm biến đo nhiệt độ Độ xác thực tế: 1/4°C nhiệt độ phịng 3/4°C ngồi khoảng -55°C tới 150°C LM35 có hiệu cao, cơng suất tiêu thụ 60uA, giá thành rẻ Hình 2.1 cảm biến LM35  HS1011, HS220… : cảm biến đo độ ẩm HS1101 cảm biến độ ẩm có độ xác cao Hình 2.2 cảm biến hs1101 - DHT11, DHT21,SHT11 : tích hợp cảm biến nhiệt độ độ ẩm GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ SHT11 có độ sai số nhỏ, phù hợp với khảo sát nơi cần độ xác cao nhà máy, phịng thí nghiệm Hình 2.3 cảm biến SHT11 Nhưng phạm vi Đồ Án , để phù hợp tiện dụng ta sử dụng cảm biến tích hợp nhiệt độ độ ẩm DHT11, giá thành rẻ thiết bị khác có khuyết điểm tính xác tương đối, mà Đồ Án minh hoạ qua thiết bị tìm hiểu chức ý nghĩa đề tài, không sử dụng vào mục đích thực tiễn nên khơng cần độ xác cao Vì chọn DHT11 lựa chọn đảm bảo hai chức mà giá thành tương đối DHT11 Cảm biến độ ẩm nhiệt độ DHT11 cảm biến thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp wire (giao tiếp digital dây truyền liệu nhất) Bộ tiền xử lý tín hiệu tích hợp cảm biến giúp bạn có liệu xác mà khơng phải qua tính tốn Nguồn: -> VDC Dòng sử dụng: 2.5mA max (khi truyền liệu) Đo tốt độ ẩm 20-80%RH với sai số 5% Đo tốt nhiệt độ to 50°C sai số ±2°C Tần số lấy mẫu tối đa 1Hz (1 giây lần) Kích thước 15mm x 12mm x 5.5mm chân, khoảng cách chân 0.1'' Hình 2.4 cảm biến DHT11 GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ Ngun lý hoạt động Để giao tiếp với DHT11 theo chuẩn chân vi xử lý thực theo bước: Gửi tin hiệu muốn đo (Start) tới DHT11, sau DHT11 xác nhận lại Khi giao tiếp với DHT11, Cảm biến gửi lại byte liệu nhiệt độ đo - Bước 1: gửi tín hiệu Start Hình 2.5 dạng tín hiệu giao tiếp với cảm biến MCU thiết lập chân DATA Output, kéo chân DATA xuống khoảng thời gian >18ms Trong Code để 25ms Khi DHT11 hiểu MCU muốn đo giá trị nhiệt độ độ ẩm MCU đưa chân DATA lên 1, sau thiết lập lại chân đầu vào Sau khoảng 20-40us, DHT11 kéo chân DATA xuống thấp Nếu >40us mà chân DATA ko kéo xuống thấp nghĩa ko giao tiếp với DHT11 Chân DATA mức thấp 80us sau DHT11 kéo nên cao 80us Bằng việc giám sát chân DATA, MCU biết có giao tiếp GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ với DHT11 khơng Nếu tín hiệu đo DHT11 lên cao, hồn thiện q trình giao tiếp MCU với DHT - Bước 2: đọc giá trị DHT11 DHT11 trả giá trị nhiệt độ độ ẩm dạng byte Tr ng đó: Byte 1: giá trị phần nguyên độ ẩm (RH%) Byte 2: giá trị phần thập phân độ ẩm (RH%) Byte 3: giá trị phần nguyên nhiệt độ (TC) Byte : giá trị phần thập phân nhiệt độ (TC) Byte : kiểm tra tổng Nếu Byte = (8 bit) (Byte1 +Byte2 +Byte3 + Byte4) giá trị độ ẩm nhiệt độ xác, sai kết đo khơng có nghĩa Đọc liệu: Sau gia tiếp với DHT11, DHT11 gửi liên tiếp 40 bit MCU, tương ứng chia thành byte kết Nhiệt độ độ ẩm Bit 0: Bit 1: Hình 2.6 dạng tín hiệu bit Sau tín hiệu đưa 0, ta đợi chân DATA MCU DHT11 kéo lên Nếu chân DATA khoảng 26-28 us 0, cịn tồn 70us Do lập trình ta bắt sườn lên chân DATA, sau delay 50us Nếu giá trị đo ta đọc bit 0, giá trị đo giá trị đo Cứ ta đọc bit 2.1.2 Khối điều khiển Ngày nay, ứng dụng vi điều khiển sâu vào đời sống sinh hoạt sản xuất người Thực tế hầu hết thiết bị điện có góp mặt vi điều khiển vi xử lí Ứng dụng vi điều khiển thiết kế hệ thống làm giảm chi phí thiết kế hạ giá thành sản phẩm đồng thời nâng cao tính ổn định thiết bị hệ thống Trên thị trường có nhiều họ vi điều khiển để lựa chọn như: 8051, Motola68HC, AVR, ARM, Pic…và có lẽ 8051 dịng mà làm quen nhiều môi trường đại học GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ chọn dòng vi điều khiển Pic để thực ứng dụng phát triển khơng ngồi nguyên nhân sau: - Họ vi điều khiển Pic phát triển sử dụng phổ biến nước ta => việc tìm mua trao đổi kinh nghiệm thuận lợi - Giá thành dòng Pic khơng q mắc - Các dịng Pic có đầy đủ tính để hoạt động độc lập - Là bổ sung hợp lý kiến thức ứng dụng cho họ vi điều khiển 8051 - Có hỗ trợ cao nhà sản xuất cơng cụ lập trình, trình biên dịch, mạch nạp Pic từ đơn giản tới phức tạp Không tính đa dạng địng Pic khơng ngừng phát triển - Có nhiều phận ngoại vi chip, bao gồm: Cổng và/ra số, biến đổi ADC, nhớ EEFROM, định thời, điều chế độ rộng xung (PWM)… - Bộ nhớ chương trình nhớ liệu tích hợp chip Đây họ VĐK chế tạo theo kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer) có cấu trúc phức tạp Ngồi tính họ VĐK khác, cịn tích hợp nhiều tính tiện lợi cho người thiết kế lập trình Các dịng cách lựa chọn Các kí hiệu vi điều khiển PIC: - PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit - PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit - PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit C: PIC có nhớ EPROM (chỉ có 16C84 EEPROM) F: PIC có nhớ flash LF: PIC có nhớ flash hoạt động điện áp thấp LV: tương tự LF, kí hiệu cũ Bên cạnh số vi điệu PIC khiển có kí hiệu xxFxxx EEPROM, có thêm chữ A cuối flash (ví dụ PIC16F877 EEPROM, cịn PIC16F877A flash) Ngồi cịn có thêm dòng vi điều khiển PIC dsPIC GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ Ở Việt Nam phổ biến họ vi điều khiển hãng Microchip sản xuất Cách lựa chọn vi điều khiển PIC phù hợp: - Trước hết cần ý đến số chân vi điều khiển cần thiết cho ứng dụng Có nhiều vi điều khiển PIC với số lượng chân khác nhau, chí có vi điều khiển có chân, ngồi cịn có vi điều khiển 28, 40, 44, … chân - Cần chọn vi điều khiển PIC có nhớ flash để nạp xóa chương trình nhiều lần Tiếp theo cần ý đến khối chức tích hợp sẵn vi điều khiển, chuẩn giao tiếp bên - Sau cần ý đến nhớ chương trình mà vi điều khiển cho phép - Ngồi thơng tin cách lựa chọn vi điều khiển PIC tìm thấy sách “Select PIC guide” nhà sản xuất Microchip cung cấp PIC16F628A nằm dòng sản phẩm PIC16F627A/628A/648A nhà sản xuất Microchip với đặc điểm 28/40/44 -Pin Enhanced Flash Microcontrollers with 10- Bit A/D and nanoWatt Technology Dịng sản phẩm có nhiều cải tiến đáng kể tính so dịng Pic trước : - Bộ nhớ chương trình tăng cường - Tăng cường modul CCP 2.1.2.a Sơ lƣợc PIC16F628A Hình 2.7 PIC16f628A Vi điều khiển Pic16F628A có đặc điểm bản: - Sử dụng công nghệ nanoWatl: Hiệu cao, tiêu thụ lượng - Kiến trúc RISC + 75 lệnh mạnh, hầu hết lệnh thực bốn chu kì xung + Tốc độ thực lên tới 10 triệu lệnh 1s với tần số GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ 40Mhz + Có nhân cứng - Các nhớ chương trình liệu cố định + 3.5 Kbytes nhớ flash có khả tự lập trình hệ thống thực 100.000 lần ghi/xóa + 128 bytes EEPROM thực 1.000.000 lần ghi/xóa-+224 bytes SRAM - Những ngoại vi tiêu biểu + định thời/bộ đếm bit với chế độ tỉ lệ đặt trước chế độ so sánh + Bộ đếm thời gian thực với tạo dao động riêng biệt + kênh PWM + 13 kênh ADC 10 bit + Bộ truyền tin nối tiếp USART khả trình + Watchdog Timer khả trình với tạo dao động bên riêng biệt + Bộ so sánh tương tự 2.1.2.b Sơ đồ chân Vi điều khiển chức Hình 2.8 sơ đồ chân vi điều khiển Sau giới thiệu cấu tạo chân loại 18 chân (18 Pin PDIP): • Chân 4( R A / MCLR /VPP/RE3) : GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng 10 Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ Thiết kế hình, với nguyên lý hoạt động đơn giản Các khối nguồn mạch tạo xung hoạt động cấp nguồn 5V để giúp giúp linh kiện mạch hoạt động đặc biệt vi điều khiển Mạch hoạt động dựa nguyên lý: - Khi có nguồn ni mạch, vi điều khiển xuất liệu đến cảm biến tương tác với cảm biến sau cảm biến gửi liệu qua vi điều khiển vi điều khiển xữ lý mã hố sau xuất tín hiệu đến hình hiển thị LCD GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng 16 Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ CHƢƠNG : MƠ PHỎNG 3.1 Mơ phần mềm Protues Phần mềm protues phần mềm chuyên dụng cho việc thiết kế mạch điện tử, mô đề tài điện tử Một số ưu điểm phần mềm như: - Thư viện linh kiện phong phú - Hỗ trợ thiết bị đo - Hỗ trợ thiết kế mạch in - Cho phép chạy mô vi điều khiển họ AT89, PIC… Vì Protues phần mềm có ưu điểm vượt trội để dễ dàng hỗ trợ thực thiết kế, mô trước lắp đặt nhằm khắc phục tối đa lỗi xảy Dƣới mạch mơ đo nhiệt độ độ ẩm 3.1.1 Mạch mô làm việc bình thường U2 LCD1 DHT11 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10 11 12 13 14 VSS VDD VEE RS RW E %RH VDD DATA GND > 85 27 °C LM016L R1 5k R2 U1 16 15 5k B2 RA7/OSC1/CLKIN RA6/OSC2/CLKOUT RA5/MCLR button RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF RA3/AN3/CMP1 RA4/T0CKI/CMP2 RB0/INT RB1/RX/DT RB2/TX/CK RB3/CCP1 RB4 RB5 RB6/T1OSO/T1CKI RB7/T1OSI 17 18 10 11 12 13 PIC16F628A Hình 3.1 Mạch mơ hoạt động GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng 17 Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ Khi mạch hoạt động bình thường xuất kết hình 3.1.2 mạch xảy cố Có thể lỗi hỏng thiết bị chân cảm biến không dẫn hay lỗi khác liên quan đến kết nối với cảm biến mạch thơng báo lên hình U2 LCD1 DHT11 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10 11 12 13 14 VSS VDD VEE RS RW E %RH VDD DATA GND > 85 27 °C LM016L R1 5k R2 U1 16 15 5k B2 RA7/OSC1/CLKIN RA6/OSC2/CLKOUT RA5/MCLR button RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREF RA3/AN3/CMP1 RA4/T0CKI/CMP2 RB0/INT RB1/RX/DT RB2/TX/CK RB3/CCP1 RB4 RB5 RB6/T1OSO/T1CKI RB7/T1OSI 17 18 10 11 12 13 PIC16F628A Hình 3.2 Khi bị lỗi Và cho biết phải kiểm tra thiết bị, thiết bị gặp cố, cần kiểm tra bảo dưỡng GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng 18 Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ CHƢƠNG : THI CƠNG LẮP ĐẶT 4.1 Trước thi cơng lắp đặt 4.1.1 Tìm hiểu chuẩn bị linh kiện Tìm hiểu linh kiện chuẩn bị linh kiên cần thiết để tiến hành bước kiểm tra testboard thi công lắp đặt Đảm bảo linh kiện đầy đủ có chất lượng tốt để khơng xảy lỗi đáng có, gây chậm q trình q trình kiểm tra linh kiện cịn tốt trước thực Một số linh kiện cần thiết cho việc lắp đặt : - VĐK PIC16f628A LCD LM16x2 Led Biến Trở 10k Cảm biến DHT11 Biến áp 7805 Điện trở - Nút nhấn Tụ gốm 22pF Tụ thạch anh 4Mhz Tụ 470uF Bảng đồng Nguồn pin 9v Bột sắt Hình 4.1 Thử test board GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng 19 Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ĐỒ ÁN I : THIẾT BỊ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ ẨM TRONG PHỊNG CĨ CHỨC NĂNG HIỂN THỊ Mạch sau mô hoạt động testboard, kiểm tra hoạt động bình thường Và chuẩn bị cho trình thi công lắp đặt 4.2.Thi công lắp đặt Một sô công đoạn lắp mạch như: - Làm mạch in - Kiểm tra so sánh - Lắp đặt linh kiện thi công mạch + Lưu ý : - Mạch in thiết kế vẽ phần mềm protues orcad Và dung để làm mạch lắp đạt linh kiên Hình 4.2 Mạch in - Kiểm tra so sánh mạch làm có bị sai lỗi trình làm, kiểm tra hệ thống - Khi kiểm tra, bắt đầu nối mạch, hàn mạch GVHD : ThS Đỗ Phạm Hoàng 20 Sinh viện : Nguyễn Triệu Vỹ ... D? ?ới m? ??ch m? ? đo nhiệt độ độ ? ?m 3.1.1 M? ??ch m? ? l? ?m việc bình thường U2 LCD1 DHT11 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10 11 12 13 14 VSS VDD VEE RS RW E %RH VDD DATA GND > 85 27 °C LM016L R1 5k R2 U1 16 15 5k... chân c? ?m biến không d? ??n hay lỗi khác liên quan đến kết nối với c? ?m biến m? ??ch thơng báo lên hình U2 LCD1 DHT11 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10 11 12 13 14 VSS VDD VEE RS RW E %RH VDD DATA GND > 85... thi công m? ??ch + Lưu ý : - M? ??ch in thiết kế vẽ phần m? ? ?m protues orcad Và dung để l? ?m mạch lắp đạt linh kiên Hình 4.2 M? ??ch in - Ki? ?m tra so sánh m? ??ch l? ?m có bị sai lỗi q trình l? ?m, ki? ?m tra hệ