ĐỒ án đo góc sử dụng modul cảm biến gia tốc

Để khắc phục vấn đề này đã có rấtnhiều trang thiết bị quen thuộc với cuộc sống hàng ngày của chúng ta như tủ lạnh,điều hòa, máy sấy,… Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã lựa c

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4

1.1 Mục tiêu của đề tài 4

1.2 Nội dung nghiên cứu 4

1.3 Đối tượng nghiên cứu 4

1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài 4

1.5 Phạm vi nghiên cứu 5

1.6 Ý nghĩa của đề tài 5

1.7 Kết luận chương 5

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Giới thiệu chung về mạch: 6

2.1.1.Chức năng của mạch: 6

2.1.2.Các thành phần chính của mạch: 6

2.1.3.Yêu cầu thiết kế: 6

2.2.1: IC 7805 7

2.2.3 Arduino Nano 13

2.2.5.Các linh kiện khác 16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 18

3.1 Thiết kế sơ đồ mạch: 18

3.1.1.Sơ đồ khối của mạch 18

3.2 Tính toán, lựa chọn linh kiện 22

3.3 Sơ đồ nguyên lý 23

3.4 Sơ đồ mạch board 24

3.5 Hình ảnh thực tế của sản phẩm: 25

3.6.Code 25

3.7 Kết luận chương 25

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26

4.1 Kết luận 26

4.1.1 Kết quả đạt được: 26

4.1.2 Hạn chế: 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

LỜI MỞ ĐẦUTrong những năm gần đây, nền kinh tế của nước ta phát triển rất mạnh mẽ và

nhanh chóng, để đạt được kết quả này thì có sự đóng góp rất lớn của ngành kĩ thuậtđiện tử, kĩ thuật vi xử lý Sự ra đời của các vi mạch điều khiển với giá thành giảmnhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trongngành kỹ thuật điện tử

Việt Nam là một nước nằm trên xích đạo, có khí hậu nhiệt đới nên nhiệt độ và

độ ẩm giữa các mùa có sự chênh lệch rất lớn, tạo nên sự khó chịu trong công việccũng như sinh hoạt hàng ngày của người dân Để khắc phục vấn đề này đã có rấtnhiều trang thiết bị quen thuộc với cuộc sống hàng ngày của chúng ta như tủ lạnh,điều hòa, máy sấy,… Để góp một phần nhỏ vào việc này chúng em đã lựa chọn thựchiện đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đo góc tương ứng sử dụng cảm biến gia tốc “.

Thông qua đề tài này chúng em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tíchlũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang của mình trên con đường đãchọn trong tương lai

Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ởtrường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình của các

thầy cô giáo,các bạn và đặc biệt là với sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Ngọc Thái đã giúp chúng em đã hoàn thành được đồ án môn học lần này.

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhưng với kinh nghiệm và khả năng còn hạnchế nên chúng em không thể tránh khỏi những sai sót và nhầm lẫn, vì vậy chúng emrất mong các thầy, cô giáo cùng các bạn đóng góp những ý kiến quý báu để đồ ánmôn học của chúng em được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm SVTH:

Nguyễn Xuân Trường Mai Xuân Trường

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày tháng năm 2018 Giảng viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Ở chương 1, chúng em sẽ giới thiệu qua về đề tài đã được chúng em nghiên cứu qua các phương diện:

1.1 Mục tiêu của đề tài

Đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đo góc tương ứng sử dụng cảm biến gia tốc ”.

1.2 Nội dung nghiên cứu

- Phần thuyết minh:

+ Nghiên cứu tổng quan về phương pháp quét led, kỹ thuật lập trình vi xử lý.+ Giới thiệu các linh kiện cần dùng trong mạch

- Phần thực hành:

+ Thiết kế chế tạo tổng quan về sơ đồ mạch

+ Tiến hành lắp ráp linh kiện và hàn mạch, thiết kế mô hình thực tế

1.3 Đối tượng nghiên cứu

1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài

- Dựa vào các kiến thức đã học trên lớp trong các môn: Vi xử lí, Kĩ thuật đo lường cảm biến… kết hợp với những kiến thức tìm hiểu ngoài thực tế về mô hình cũng như sơ đồ

mạch để thiết kế và chế tạo mạch

- Giáo trình liên quan đến đề tài, nguồn internet, máy vi tính

- Các linh kiện điện tử để thi công mạch điện: Bộ xử lý trung tâm (Vi điều khiển Arduino Nano), màn hình LCD,la bàn,

- Các phần mềm hỗ trợ như: Arduino,Proteus,Eagle,…

1.5 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài được làm sử dụng các kiến thức và kĩ năng thực hành đã được học trong khoa Điện – Điện tử kết hợp với những kiến thức tìm hiểu bên ngoài để hoàn thành sản phẩm

1.6 Ý nghĩa của đề tài

Để giúp sinh viên có thể có thể củng cố kiến thức, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên nghành cũng như kiến thức ngoài thực tế Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường đặc biệt là sinh viên khoa Điện – Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho các học sinh, sinh viên khoá sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu và học tập

Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp chúng em

có thể hiểu sâu hơn về các thuật toán lập trình,các họ vi điều khiển Từ đó sẽ tích luỹ được kiến thức cho các năm học sau và ra ngoài thực tế

1.7 Kết luận chương

Kết thúc chương 1 chúng em đã làm rõ được mục tiêu của đề tài, nội dung nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu đề tài, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa của đề tài và một số nghiên cứu đã có ở trong và ngoài nước

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Ở chương 2, chúng em sẽ đi sâu vào phân tích và tính toán cho hệ thống đo góc của

4: Điện trở, tụ điện, , IC chỉnh lưu,…

2.1.3.Yêu cầu thiết kế:

 Mạch hoạt động đúng chức năng của đề tài

 Mạch hoạt động có độ ổn định và chính xác cao

 Thiết kế gọn nhẹ

 Giá thành phù hợp

2.2 Giới thiệu các linh kiện trong mạch:

2.2.1: IC 7805

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp

VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V

Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau

Hình 2.5:IC 7805

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân (IC 7812 tương tự)

 Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)

 Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)

 Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)

- Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

+ )Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy.

+) Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên Các giá trị cũng

không nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng ≤ 2/3 max Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

+) Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt.

IC 7805 còn phụ thuộc vào áp rơi trên nó

*Một số điểm lưu ý khác:

+) Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4.8 5.2 V Nên nếu đo

được áp là 4.85V thì ta không vội kết luận là IC bị hỏng.

+) Độ trôi nhiệt của 7805 xấp xỉ: 1mv/1 độ C Nó có hệ số trôi nhiệt âm, nên nhiệt

độ tăng, điện áp ra sẽ giảm

VD:Nếu ở 25 độ C, điện áp lối ra là 4.98V, thì rất có thể tại 65 độ, ta đo được thế

lỗi ra cỡ: 4.94 độ C

+) IC 7805 có bảo vệ chập tải.

2.2.2 Giới thiệu về LCD 16TC2A

LCD (Liquid Crytal Direct) 16TC2A là màn hình hiển thị thể lỏng gồm có:

+ LCD

+ Bộ Driver (Mạch điều khiển )

Màn hình LCD và bộ Driver đã được thiết kế tích hợp sẵn với nhau bởi nhà sản xuất,khi sử dụng chỉ cần giao tiếp với bộ Driver qua các chân LCD 16TC2A là loại màn hình hiển thị được 16 kí tự x2 dòng, bao gồm tất cả các kí tự chuẩn và một số kí tự đặc biệt nhưng không có kí tự có dấu tiếng Việt

a Sơ đồ chân của LCD 16TC2A

Hình 2.1: Sơ đồ chân của LCD 16TC2A

b.Chức năng và nhiệm vụ của các chân

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND

của mạch điều khiển

2 Vdd Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

VCC=5V của mạch điều khiển

3 Vee Lựa chọn độ tương phản của màn hình

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0”

(GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế

độ “đọc” - read)+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/w Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic

“0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD

ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low

transition) của tín hiệu chân E

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường

Bảng 2.1: Chức năng và nhiệm vụ của các chân

c Giá trị điện áp

KíHiệu

Điềukiện

Bảng 2.2: Bảng giá trị điện áp của màn hình LCD

- Để hiển thị chữ cái và con số, mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến z và các

con số từ 0 - 9 được gửi đến các chân này khi bật RS = 1

- Cũng có các mã lệnh được gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ.Cũng có thể sử dụng RS = 0 để kiểm tra bít cờ bận xem LCD đã sẵn sàng nhận thông tin chưa

- Khi R/W = 1 và RS = 0 thì cờ bận D7 thực hiện các chức năng như sau: Nếu D7 = 1

(cờ bận bằng 1) có nghĩa LCD đang bận các công việc bên trong và sẽ không nhận bất

kỳ thông tin mới nào, còn nếu D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới Trong mọi trường hợp cần kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nào lên LCD

- Gửi có trễ lệnh và dữ liệu đến LCD

- Để gửi một lệnh bất kỳ đến LCD, cần đưa chân RS = 0, còn để gửi dữ liệu thì bật RS=1 Sau đó, gửi một sườn xung cao xuống thấp đến chân E để cho phép chốt dữ liệu trong LCD

Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động 5V – DC

Tần số hoạt động 16 MHz

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V – DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V – DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 8 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

Cảm biến la bàn số HMC5883L còn có thể dùng để đo từ trường thô hoặc các nguồn từ trường mạnh hơn gần nó, cảm biến có thể cảm nhận được nguồn từ trường xungquanh nó như của nam châm hoặc điện trường, khi phát hiện được từ trường từ bên ngoài, nó có thể xác định được khoảng cách tương đối hoặc chiều đến vật phát ra từ trường đó.

*Thông số kỹ thuật:

- Điện áp: 3-5V

- Giao tiếp: I2C

- Dải đo: 1.3-8 gauss

-PCB Board Size: 1.5 x 1.3cm/0.59" x 0.51"(L*W)

2.2.5.Các linh kiện khác

Ngoài ra còn một số linh kiện khác như điện trở, biến trở tinh chỉnh, tụ điện, transistor, nút bấm, rơ-le, IC chỉnh lưu, thạch anh, đèn led,…

Hình 2.4:Các linh kiện khác

2.3 Kết luận chương

Kết thúc chương 2, chúng em đã phân tích và tìm ra những linh kiện phù hợp với yêu

cầu của đề tài và chuẩn bị tiến hành thiết kế mạch điện

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

Trong chương 3, chúng em sẽ thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý , sơ đồ board mạch và giới thiệu hình ảnh thực tế của mạch

3.1 Thiết kế sơ đồ mạch:

3.1.1.Sơ đồ khối của mạch.

Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát

Khối cảm biến

Khối chấp hành

Khối điều khiển

3.1.2 Mạch điều khiển.

Hình 3.2: Mạch điều khiển

a Khối nguồn nuôi.

Hình 3.3: Khối nguồn nuôi

7805

Hình 3.4: Sơ đồ chân của 7805

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:

- Chân số 1 là chân INPUT

- Chân số 2 là chân GND

- Chân số 3 là chân OUTPUT.

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi

- Nguyên lý hoạt động mạch nguồn: Nguồn 220V AC qua biến áp được đưa xuống 5V qua cầu diode biến đổi điện xoay chiều AC thành 1 chiều DC Sau đó được lọc và san phẳng điện áp bằng tụ hóa C1

Công thức tính tụ lọc nguồn : C = I/(Vpp * f ) (F)

C: điện dung của tụ lọc

I : dòng điện Vpp: điện áp đỉnh dỉnh (Biên độ mấp mô của điện áp )

f : Tần số của nguồn điện (50 Hz)Sau khi qua tụ lọc nguồn,điện áp được đưa vào IC ổn áp 7805 và sau ổn áp nguồn điện được lọc nhiễu và san phẳng

b Khối hiển thị

Hình 3.5: Sơ đồ khối hiển thị

3.2 Tính toán, lựa chọn linh kiện

*Tính toán chọn linh kiện mạch nguồn:

- Yêu cầu đề bài là điện áp 5V DC mà điện áp đầu vào là 220V AC nên ta có thể dùngmáy biến áp 220V AC – 24V AC 3A , 220V AC – 12V AC 1A trong đề tài nàychúng em chọn adapter 9V vì có sẵn trong bộ linh kiện của chúng em

- IC ổn áp: Có 2 linh kiện họ ổn áp là 78xx và 79xx

+Họ 78xx là cho ra điện áp dương, còn xx là giá trị đầu ra như 5V, 9V, 12V

-12V

- Tính chọn IC

Do yêu cầu mạch cần nguồn 5VDC nên ta chọn IC ổn áp 7805với

điện áp đầu vào từ 7 ÷ 25V, Io = 100mA

- Chọn tụ:

Thực tế IC 7805 có Io = 100mA

Mà mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ nên cứ 10µF/1mA

=> C = 10.100 = 1000µF

Với giá trị như vậy ta có thể chọn tụ là: 1000µF

3.3 Sơ đồ nguyên lý.

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý

*Nguyên lý hoạt động:

Khối nguồn nuôi cho toàn mạch sẽ cũng cấp một mức điện áp 5V ổn định chomạch,cảm biến gia tốc đo góc sẽ nhận gia trị góc rồi đưa vào Arduino Nano, khối xử lý sẽlàm nhiệm vụ xử lý dữ liệu nhận được từ cảm biết và hiển thị lên LCD.

3.4 Sơ đồ mạch board

Hình 3.7: Sơ đồ mạch bo

3.5 Hình ảnh thực tế của sản phẩm:

Hình 3.8: Hình ảnh thực tế

3.7 Kết luận chương

Kết thúc chương 3, chúng em đã thu được sản phẩm của đề tài

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1 Kết luận

4.1.1 Kết quả đạt được:

- Lí thuyết:

o Tìm hiểu được các phương pháp đo góc cũng như cách ổn định chúng

o Hiều hơn về phương pháp lập trình vi điều khiển để ứng dụng trong thực tế

o Có thêm hiều biết về các loại linh kiện cũng như thiết bị điện tử

- Thực nghiệm:

o Mô hình chạy khá ổn định,sai lệch góctrong khoảng cho phép

o Ổn định được đúng theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn đề ra

4.1.2 Hạn chế:

- Thiết kế mạch còn thiếu kinh nghiệm, còn phải nối dây nhiều

- Các mối hàn còn xấu, trong quá trình hàn mạch còn có linh kiện bị hỏng

- Khả năng lập trình còn yếu kém, còn phải tham khảo ở nhiều nguồn

- Tính thực tế chưa cao

TÀI LIỆU THAM KHẢO

● Wepsite tham khảo: