ĐỒ án đo góc sử dụng modul cảm biến gia tốc

Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .4 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .6 LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, kinh tế nước ta phát triển mạnh mẽ nhanh chóng, để đạt kết có đóng góp lớn ngành kĩ thuật điện tử, kĩ thuật vi xử lý Sự đời vi mạch điều khiển với giá thành giảm nhanh, khả lập trình ngày cao mang lại thay đổi sâu sắc ngành kỹ thuật điện tử Việt Nam nước nằm xích đạo, có khí hậu nhiệt đới nên nhiệt độ độ ẩm mùa có chênh lệch lớn, tạo nên khó chịu công việc sinh hoạt hàng ngày người dân Để khắc phục vấn đề có nhiều trang thiết bị quen thuộc với sống hàng ngày tủ lạnh, điều hòa, máy sấy,… Để góp phần nhỏ vào việc chúng em lựa chọn thực đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đo góc tương ứng sử dụng cảm biến gia tốc “ Thông qua đề tài chúng em có điều kiện tốt để học hỏi, tích lũy kinh nghiệm quý báu, bổ xung thêm vào hành trang đường chọn tương lai Trong thời gian nghiên cứu làm đồ án dựa vào kiến thức học trường, qua số sách, tài liệu có liên quan với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo,các bạn đặc biệt với hướng dẫn tận tình thầy Trần Ngọc Thái giúp chúng em hồn thành đồ án mơn học lần Mặc dù cố gắng hoàn thành với kinh nghiệm khả hạn chế nên chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót nhầm lẫn, chúng em mong thầy, giáo bạn đóng góp ý kiến quý báu để đồ án môn học chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP Nhóm SVTH: Nguyễn Xn Trường Mai Xuân Trường Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày tháng năm 2018 Giảng viên Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Ở chương 1, chúng em giới thiệu qua đề tài chúng em nghiên cứu qua phương diện: 1.1 Mục tiêu 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 phương pháp quét led, kỹ thuật lập trình vi xử lý + Giới thiệu linh kiện cần dùng mạch - Phần thực hành: + Thiết kế chế tạo tổng quan sơ đồ mạch + Tiến hành lắp ráp linh kiện hàn mạch, thiết kế mơ hình thực tế 1.3 Đối tượng nghiên cứu − Các phần mềm lập trình − Màn hình LCD − La bàn − Arduino nano − Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 1.4 Phương pháp nghiên cứu đề tài - Dựa vào kiến thức học lớp mơn: Vi xử lí, Kĩ thuật đo lường cảm biến… kết hợp với kiến thức tìm hiểu ngồi thực tế mơ sơ đồ mạch để thiết kế chế tạo mạch - Giáo trình liên quan đến đề tài, nguồn internet, máy vi tính - Các linh kiện điện tử để thi cơng mạch điện: Bộ xử lý trung tâm (Vi điều khiển Arduino Nano), hình LCD,la bàn, - Các phần mềm hỗ trợ như: Arduino,Proteus,Eagle,… 1.5 Phạm vi nghiên cứu Đề tài làm sử dụng kiến thức kĩ thực hành học khoa Điện – Điện tử kết hợp với kiến thức tìm hiểu bên để hoàn thành sản phẩm 1.6 Ý nghĩa đề tài Để giúp sinh viên có thể củng cố kiến thức, tổng hợp nâng cao kiến thức chuyên nghành kiến thức thực tế Đề tài thiết kế chế tạo thiết bị, mơ hình để sinh viên trường đặc biệt sinh viên khoa Điện – Điện tử tham khảo, học hỏi tạo tiền đề nguồn tài liệu cho học sinh, sinh viên khố sau có thêm nguồn tài liệu để nghiên cứu học tập Những kết thu sau hoàn thành đề tài trước tiên giúp chúng em hiểu sâu thuật tốn lập trình,các họ vi điều khiển Từ tích luỹ kiến thức cho năm học sau thực tế 1.7 Kết luận chương Kết thúc chương chúng em làm rõ mục tiêu đề tài, nội dung nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu đề tài, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa đề tài số nghiên cứu có nước Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ở chương 2, chúng em sâu vào phân tích tính tốn cho hệ thống đo góc la bàn 2.1 Giới thiệu chung mạch: 2.1.1.Chức của mạch: “Mạch đo góc tương ứng sử dụng cảm biến gia tốc “ có chức sau: • Đo góc • Hiển thị góc hình LCD 2.1.2.Các thành phần chính của mạch: 1: LCD 16TC2A 2: La bàn số 3: Arduino Nano 4: Điện trở, tụ điện, , IC chỉnh lưu,… 2.1.3.Yêu cầu thiết kế: • Mạch hoạt động chức đề tài • Mạch hoạt động có độ ổn định xác cao • Thiết kế gọn nhẹ • Giá thành phù hợp Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 2.2 Giới thiệu linh kiện mạch: 2.2.1: IC 7805 Với mạch điện khơng đòi hỏi độ ổn định điện áp q cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản.Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx, với xx điện áp cần ổn áp VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V Việc dùng loại IC ổn áp 78xx tương tự Hình 2.5:IC 7805 Sơ đồ phía IC 7805 có chân (IC 7812 tương tự) • • • Chân số chân IN (hình vẽ trên) Chân số chân GND (hình vẽ trên) Chân số chân OUT (hình vẽ trên) *Một số thơng số kỹ thuật - Dòng cực đại trì 1A - Dòng đỉnh 2.2A Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP - Cơng suất tiêu tán cực đại không dùng tản nhiệt: 2W - Công suất tiêu tán dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W + )Nếu vượt ngưỡng ý 7805 bị cháy +) Thực tế ta nên dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị Các giá trị không nên dùng gần giá trị max thông số Tốt nên dùng ≤ 2/3 max Hơn thống số 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 tản nhiệt IC 7805 phụ thuộc vào áp rơi *Một số điểm lưu ý khác: +) Thực tế áp lối đạt giá trị khoảng 4.8 5.2 V Nên đo áp 4.85V ta khơng vội kết luận IC bị hỏng +) Độ trôi nhiệt 7805 xấp xỉ: 1mv/1 độ C Nó có hệ số trơi nhiệt âm, nên nhiệt độ tăng, điện áp giảm VD:Nếu 25 độ C, điện áp lối 4.98V, 65 độ, ta đo lỗi 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 hình hiển thị thể lỏng gồm có: + LCD + Bộ Driver (Mạch điều khiển ) Màn hình LCD Driver thiết kế tích hợp sẵn với nhà sản xuất,khi sử dụng cần giao tiếp với Driver qua chân LCD 16TC2A loại hình hiển thị 16 kí tự x2 dòng, bao gồm tất kí tự chuẩn số kí tự đặc biệt khơng có kí tự có dấu tiếng Việt Trang Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP a Sơ đờ chân của LCD 16TC2A Hình 2.1: Sơ đồ chân LCD 16TC2A b.Chức nhiệm vụ của chân STT chân Kí hiệu Vss Chức chân Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển Vdd Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Vee Lựa chọn độ tương phản hình Trang Khoa Điện – Điện tử RS ĐỒ ÁN TÍCH HỢP Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” (GND) logic “1” (VCC) để chọn ghi + Logic “0”: Bus DB0-DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD R/w Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động chế độ ghi, nối với logic “1” để LCD chế độ đọc E Chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào(chấp nhận) ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp D0 D1 D2 10 D3 Tám đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường Trang 10 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 2.2.4.Cảm biến la bàn số Hình 2.3:Cảm biến la bàn số *Tổng quan: Cảm biến la bàn số HMC5883L có kích thước nhỏ gọn sử dụng giao tiếp I2C, dùng để đo từ trường trái đất nhằm xác định phương hướng với độ xác lên đến độ, cảm biến có cách đo riêng biệt cho trục kết hợp lại để tính tốn 3D Cảm biến la bàn số HMC5883L dùng để đo từ trường thơ nguồn từ trường mạnh gần nó, cảm biến cảm nhận nguồn từ trường xung quanh nam châm điện trường, phát từ trường từ bên ngồi, xác định khoảng cách tương đối chiều đến vật phát từ trường *Thơng số kỹ thuật: - Điện áp: 3-5V Trang 16 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP - 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 Ngồi số linh kiện khác điện trở, biến trở tinh chỉnh, tụ điện, transistor, nút bấm, rơ-le, IC chỉnh lưu, thạch anh, đèn led,… Trang 17 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP Hình 2.4:Các linh kiện khác Trang 18 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 2.3 Kết luận chương Kết thúc chương 2, chúng em phân tích tìm linh kiện phù hợp với yêu cầu đề tài chuẩn bị tiến hành thiết kế mạch điện Trang 19 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG Trong chương 3, chúng em thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý , sơ đồ board mạch giới thiệu hình ảnh thực tế mạch 3.1 Thiết kế sơ đồ mạch: 3.1.1.Sơ đồ khối của mạch Khối cảm biến Nguồn Khối điều khiển Khối chấp hành Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát Trang 20 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 3.1.2 Mạch điều khiển Hình 3.2: Mạch điều khiển a Khối ng̀n ni Hình 3.3: Khối nguồn ni Trang 21 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP Ta sử dụng họ IC ổn áp 78XX để tạo nguồn: Là loại IC ổn áp tốt mạch điện đơn giản Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx, với xx thông dụng, cho đầu (chân 3) IC mức điện áp ổn định 5V,12V,24V Với mạch điện khơng đòi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng điện áp cần ổn áp Ví dụ 7812 ổn áp 12V, 7824 ổn áp 24V Việc dùng loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, minh họa cho IC ổn áp 7805 Hình 3.4: Sơ đồ chân 7805 Sơ đồ phía IC 7805 có chân: - Chân số chân INPUT - Chân số chân GND Trang 22 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP - Chân số chân OUTPUT Ngõ OUT ổn định 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi - Nguyên lý hoạt động mạch nguồn: Nguồn 220V AC qua biến áp đưa xuống 5V qua cầu diode biến đổi điện xoay chiều AC thành chiều DC Sau lọc san phẳng điện áp tụ hóa C1 Cơng thức tính tụ lọc nguồn : C = I/(Vpp * f ) (F) C: điện dung tụ lọc I : dòng điện Vpp: điện áp đỉnh dỉnh (Biên độ mấp mô điện áp ) f : Tần số nguồn điện (50 Hz) Sau qua tụ lọc nguồn,điện áp đưa vào IC ổn áp 7805 sau ổn áp nguồn điện lọc nhiễu san phẳng Trang 23 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP b Khối hiển thị Hình 3.5: Sơ đồ khối hiển thị 3.2 Tính tốn, lựa chọn linh kiện *Tính tốn chọn linh kiện mạch nguồn: - u cầu đề điện áp 5V DC mà điện áp đầu vào 220V AC nên ta dùng máy biến áp 220V AC – 24V AC 3A , 220V AC – 12V AC 1A đề tài chúng em chọn adapter 9V có sẵn linh kiện chúng em - IC ổn áp: Có linh kiện họ ổn áp 78xx 79xx +Họ 78xx cho điện áp dương, xx giá trị đầu 5V, 9V, 12V +Họ 79xx cho điện áp âm, xx giá trị đầu -5V, -9V, Trang 24 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP -12V - Tính chọn IC Do yêu cầu mạch cần nguồn 5VDC nên ta chọn IC ổn áp 7805với điện áp đầu vào từ ÷ 25V, Io = 100mA - Chọn tụ: Thực tế IC 7805 có Io = 100mA Mà mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ nên 10µF/1mA => C = 10.100 = 1000µF Với giá trị ta chọn tụ là: 1000µF 3.3 Sơ đờ ngun lý Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý *Nguyên lý hoạt động: Trang 25 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP Khối nguồn ni cho tồn mạch cấp mức điện áp 5V ổn định cho mạch,cảm biến gia tốc đo góc nhận gia trị góc đưa vào Arduino Nano, khối xử lý làm nhiệm vụ xử lý liệu nhận từ cảm biết hiển thị lên LCD 3.4 Sơ đờ mạch board Hình 3.7: Sơ đồ mạch bo Trang 26 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 3.5 Hình ảnh thực tế sản phẩm: Hình 3.8: Hình ảnh thực tế Trang 27 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 3.6.Code 3.7 Kết luận chương Trang 28 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP Kết thúc chương 3, chúng em thu sản phẩm của đề tài CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận 4.1.1 Kết đạt được: - Lí thuyết: o Tìm hiểu phương pháp đo góc cách ổn định chúng o Hiều phương pháp lập trình vi điều khiển để ứng dụng thực tế o Có thêm hiều biết loại linh kiện thiết bị điện tử - Thực nghiệm: o Mơ hình chạy ổn định,sai lệch góctrong khoảng cho phép o Ổn định theo yêu cầu giáo viên hướng dẫn đề 4.1.2 Hạn chế: Trang 29 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP - Thiết kế mạch thiếu kinh nghiệm, phải nối dây nhiều - Các mối hàn xấu, q trình hàn mạch có linh kiện bị hỏng - Khả lập trình yếu kém, phải tham khảo nhiều nguồn - Tính thực tế chưa cao TÀI LIỆU THAM KHẢO ● Wepsite tham khảo: - www.google.com - www.diendandientu.com - www.dientuvietnam.net - www.alldatasheet.com - www.hoiquadientu.com - www.wepdien.com Trang 30 ... Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 2.2.4 .Cảm biến la bàn số Hình 2.3 :Cảm biến la bàn số *Tổng quan: Cảm biến la bàn số HMC5883L có kích thước nhỏ gọn sử dụng giao tiếp I2C, dùng để đo từ trường trái... 3.6: Sơ đồ ngun lý *Nguyên lý hoạt động: Trang 25 Khoa Điện – Điện tử ĐỒ ÁN TÍCH HỢP Khối nguồn ni cho toàn mạch cấp mức điện áp 5V ổn định cho mạch ,cảm biến gia tốc đo góc nhận gia trị góc đưa... xác lên đến độ, cảm biến có cách đo riêng biệt cho trục kết hợp lại để tính tốn 3D Cảm biến la bàn số HMC5883L dùng để đo từ trường thô nguồn từ trường mạnh gần nó, cảm biến cảm nhận nguồn từ