điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ

Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sảnphẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt,đồng hồ điện tử, ti vi .... Đề tài

MỤC LỤC

Tên đề tài: “Thiết kế mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ”

Nhóm sinh viên thực hiện:

- Hoàng Văn Thành

- Nguyễn Thanh Tài

Khoá học: 2015 – 2019

Lớp : CĐTK13.2

Ngành đào tạo: Cơ Điện Tử

- Số liệu cho trước:

- Các tài liệu chuyên môn

- Nội dung cần hoàn thành:Thiết kế, tính toán và xây dựng mạch điện đo nhiệt

độ ,hiển thị LCD

-Sản phẩm của đề tài phải đảm bảo kỹ thuật, mỹ thuật

-Quyển thuyết minh

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Bùi Gia Thịnh

DĐ:

Email:

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam ta ngày một phát triển và giàu mạnh Một trong những thay đổi đángkể là Việt Nam đã gia nhập WTO ,một bước ngoặt quan trọng thay đổi đấtnước,để chúng ta - con người Việt có cơ hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại củathế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kĩ thuật nói chung và ngành CơĐiện Tử nói riêng

Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi không ngừng thì chúng ta

sẽ sớm lạc hậu và nhanh chóng thụt lùi.Nhìn ra được điều đó Trường “Đại Học

Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên” đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng,

từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung

và khoa Cơ Điện Tử nói riêng đã tổ chức cho sinh viên làm các Đồ Án Môn

Học nhằm tạo nên tảng vững chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầutuyển dụng việc làm

Ngày nay lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị, sảnphẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người như máy giặt,đồng hồ điện tử, ti vi nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại và tiện lợihơn

Đề tài ứng dụng vi điều khiển trong đời sống thực tế rất phong phú và đadạng nhằm đáp ứng cho cuộc sống tiện nghi của con người.Với mục đích tìmhiểu và đáp ứng những yêu cầu trên chúng em đã lựa chọn một đề tài có tính

ứng dụng trong thực tế, nhưng không quá xa lạ đối với mọi người, đó là:“Thiết

kế mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ”

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn tất cả thầy cô Trường ĐH sư phạm kỹ thuật HưngYên đã dạy dỗ trong suốt thời gian học tập vừa qua

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Gia Thịnh đã tận tình hướng dẫn chúng em trong thời gian làm đồ án

Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện Đồ Án của chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua

và có hướng giúp đỡ để chúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày tháng năm 2018

Giáo viên hướng dẫn

CHƯƠNG 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu chung về mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ

1.1.1: Chức năng của mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ

“ Mạch đo và hiển thị nhiệt độ “ có các chức năng sau:

Đo nhiệt độ

Hiển thị nhiệt độ trên màn hình LCD

1.1.2: Các thành phần chính của “ mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ ”

1: LCD 16x2_R2

2: Cảm biến nhiệt LM35

3: Vi điều khiển AT89C51

4: Các nút nhấn,điện trở,tụ điện,tranzitor,thyzitor…

5: Quạt, rơ le , led

1.1.3: 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

1.2 Giới thiệu các linh kiện trong mạch điều khiển dàn phun sương theo nhiệt độ

1.2.1 Giới thiệu về LCD 16TC2A

Trong những năm gần đây, màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display)ngày càng được sử dụng rộng rãi và đang dần thay thế các đèn LED (7 đoạn vànhiều đoạn) Đó là vì các nguyên nhân sau:

- Dễ dàng lập trình các ký tự và đồ hoạ

Chức năng và nhiệm vụ của các chân

Hình 1.1: Sơ đồ chân của LCD 16TC2A

STT chân Kí hiệu Chức năng 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 chuyểnvào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiệnmột xung (high-to-low transition) của tín hiệu chânE

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở

DB0-chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào DB0-chân Exuống mức thấp

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi 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 bitDB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB

vị

vào Vdd Vdd= +3v 2,7 3 5,3 V Dòng

Bảng 1.2.Giá trị điện áp của 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 vềđầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ Bảng 12.2 liệt kê các mã lệnh này

Cũng có thể sử dụng RS = 0 để kiểm tra bít cờ bận xem LCD đã sẵn sàng nhậnthông tin chưa

- 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 vềđầu dòng hoặc nhấp nháy con trỏ Bảng 12.2 liệt kê các mã lệnh này

Cũng có thể sử dụng RS = 0 để kiểm tra bít cờ bận xem LCD đã sẵn sàng nhậnthông tin chưa

- Khi R/W = 1 và RS = 0 thì cờ bận D7 thực hiện các chức năng như sau: NếuD7 = 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 nhậnthông tin mới Trong mọi trường hợp cần kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữliệu nào lên LCD.

1.2.2 Giới thiệu về vi điều khiển PIC16F877A

Hình 1.2:Vi điều khiển PIC16F877A

Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trongcác lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa

và điều khiển từ xa Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu hóa (thời gian,không gian, giá thành).Tính bảo mật, tính chủ động trong công việc…ngày càngđòi hỏi khắt khe.Việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực thiết kế mạch điện tửđáp ứng những nhu cầu trên là hoàn toàn cần thiết và mang tính thực tế cao.Khối xử lí trung tâm mà đóng vai trò chính làPIC16F877A sẽ làm nhiệm vụchính là tiếp nhận và xử lí các dữ liệu đến và đi một cách tự động Đề tài sửdụng PIC16F877A vì những ưu điểm vượt trội của nó so với các vi điều khiểnkhác Về mặt tính năng và công năng thì có thề xem PIC vượt trội hơn rất nhiều

so với 89 với nhiều module được tích hợp sẵn như ADC 10 BIT, PWM 10 BIT,EEPROM 256 BYTE, COMPARATER, VERF COMPARATER…Về mặt giá cảthì có đôi chút chênh lệch như giá 1 con 89S52 khoảng 40.000 thì PIC16F877 là80.000 nhưng khi so sánh như thế thì ta nên xem lại phần linh kiện cho việc thiết

kế mạch nếu như dùng 89 muốn có ADC bạn phải mua con ADC chẳng hạn nhưADC 0808 hay 0809 với giá vài chục ngàn và bộ Opamp thì khi sử dung PIC nó

đã tích hợp cho ta sẵn các module đó có nghĩa là bạn ko cần mua ADC, Opam,EPPROM vì PIC đã có sẵn trong nó Ngoài ra chúng ta sẽ gặp nhiều thuận lợihơn trong thiết kế board, khi đó board mạch sẽ nhỏ gọn và đẹp hơn dễ thi cônghơn rất nhiều, vì tính về giá cả tổng cộng cho đến lúc thành phẩm thì PIC có thểxem như rẻ hơn 89 Một điều đặc biệt nữa là tất cả các con PIC được sử dụng thìđều có chuẩn PI tức chuẩn công nghiệp thay vì chuẩn PC (chuẩn dân dụng).Ngoài ra, PIC có ngôn ngữ hỗ trợ cho việc lập trình ngoài ngôn ngữ Asemblycòn có ngôn ngữ C thì có thề sử dụng CCSC, HTPIC, MirkoBasic,…và cònnhiều chương trình khác nữa để hỗ trợ cho việc lập trình bên cạnh ngôn ngữkinh điển là asmbler thì sử dụng MPLAB IDE Bên cạnh đó với bề dày của sựphát triển lâu đời PIC đã tạo ra rất nhiều diễn đàn sôi nổi về PIC cả trong vàngoài nước Chính vì vậy chúng ta sẽ có nhiều thuận lợi trong việc dễ dàng tìmkiếm các thông tin lập trình cho các dòng PIC

Sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của PIC 16F877A

Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16F877A

Hình 1.3:Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F877A

* Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển PIC16F877A

Hình 1.4:Sơ đồ nguyên lý vi điều khiển PIC16F877A

• Nhận Xét

Từ sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý ở trên, ta rút ra các nhận xét ban đầu như sau :

- PIC16F877A có tất cả 40 chân

- 40 chân trên được chia thành 5 PORT, 2 chân cấp nguồn, 2 chân GND,

2 chan thạch anh và một chân dùng để RESET vi điều khiển

- 5 port của PIC16F877A bao gồm :

1.2.3 Giới thiệu về cảm biến nhiệt LM35

LM35 là họ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao có điện áp đầu ra tỷ lệtuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Họ cảm biến này cũng không yêucầu căn chỉnh ngoài vì vốn nó đã được căn chỉnh

Hình 1.5: Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM 35LM35 là cảm biến nhiệt độ analog ,nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệuđiện thế ngõ ra của LM 35

Đơn vị nhiệt độ : 0C

Có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo 0C ( 10 mV/0C)

Có hiệu năng cao,công suất tiêu thụ là 60 uA

Sản phẩm không cần phải căn chỉnh nhiệt đội khi sử dụng

Độ chính xác thực tế : 1/4 0C ở nhiệt độ phòng và ¾ 0C ở ngoài khoảng -55 0Ctới 150 0C

Chân + Vs (1) là chân cung cấp điện áp cho LM 35 DZ hoạt động từ 4 – 20 VChân Vout ( 2) là chân điện áp đầu ra LM35 được đưa vào chân Analog của các

bộ ADC

Chân GND là chân nối mass: Chân này này tránh hỏng cảm biến cũng như làmgiảm sai số quá trình đo

* Phối hợp tín hiệu và nối ghép LM35

Phối hợp tín hiệu là một thuật ngữ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thunhận dữ liệu Hầu hết các bộ cảm biến đều đưa ra tín hiệu dạng điện áp, dòngđiện, dung kháng hoặc trở kháng Tuy nhiên, chúng ta cần chuyển đổi các tínhiệu này về điện áp để đưa đến đầu vào của bộ chuyển đổi ADC Sự chuyển đổi(biến đổi) này được gọi chung là phối hợp tín hiệu

Nhiệt độ (OC)

Vin(mV)

Vout (D7 DO)

có 256 mức (28), và LM35 (hoặc ML34) tạo ra điện áp ỈOmV

CHƯƠNG 2:THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÀN

PHUN SƯƠNG THEO NHIỆT ĐỘ 2.1 Quá trình đo nhiệt độ

Quy trình đo

Một số thông số chính của cảm biến đo nhiệt độ LM35:

Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh

Đặc điểm chính của cảm biến LM35

+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/°C

+ Độ chính xác cao ở 25 C° là 0.5° C

+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 °C - 150° C với các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau :

- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV

- Nhiệt độ 25° C điện áp đầu ra 250mV

- Nhiệt độ 150° C điện áp đầu ra 1500mV

Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 0 °Cđến 150°C

• Tính toán nhiệt độ đầu ra của phép đo khi hiển thị

Việc đo nhiệt độ sự dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách LM35 - > ADC - > Vi điều khiển

Như vậy ta có

Bộ ADC 8 bit thì giá trị của ADC sẽ là từ 0-256 (2^18)

Vì thế bước thay đổi của mỡi lần nhiệt độ thay đổi sẽ là n==19,5mv

HiểnThị

Xử lýChuyển

đổiADC

Cảmbiến

Đối

tượng

cần đo

Tại 0 độ C thì giá trị đầu ra của LM35 là 0mV tương ứng với ADC = 0

Với ADC = 1 thì điện áp tương úng là 19,5mV mà LM35 thay đổi trong 10mV Nên giá trị ADC thay đổi trong 1 đơn vị thì nhiệt độ phải thay đổi là

(19,5mV/10mV) = 1,95

Khi thay đổi 1 độ thì điện áp ra của LM35 sẽ thay đổi 10mV

Vì vậy công thức nhiệt độ sẽ là T=

• Sai số của LM35

+Tại 0 độ thì điện áp của LM35 là 10mV

+ Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V

==> Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)

+ Độ phân giải mỗi bước là €===20m (V)

Tả tính được sai số củả LM35 khi đo là

X=%

2.2.Sơ đồ khối của mạch

Nguyển lý hoạt động chung của mạch : Khối nguồn có nhiện vụ cấp nguồn 5Vchung cho toàn bộ mạch hoạt đông,Cảm biến đo nhiệt độ ở đây là LM35 với tínhiệu vào là nhiệt độ tín hiệu ra là tín hiệu tương tự chuyển cho khối vi điềukhiển.Khối vi diều khiển gồm ADC0804 có nhiệm vụ chuyển tín hiệu tương tựnhận được sang tín hiệu số và IC 89C51 sẽ kết nối với ADC hiên thị ra LCD

nhiệt độ

2.3 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của mạch

- Nguyên lí hoạt động của mạch : cảm biến lm35 nhận đo giá trị môitrường cảm ứng và xuất dữ liệu kiểu tương tự vào vi điều khiển để xử

lí Các nút nhấn để cài đặt giá trị nhiệt độ vào vi điều khiển Vi điềukhiển sẽ so sánh giá trị nhận được từ cảm biến với giá trị đã cài đặt từnút nhấn

- Nếu giá trị nhận được thấp hơn giá trị đã cài đặt từ nút nhấn thì đầu ra

vi điều khiển sẽ ở mức thấp ( mức 0) =>> máy bơm sẽ không chạy

- Nếu giá trị nhận được cao hơn giá trị đã cài đặt từ nút nhấn thì đầu ra

vi điều khiển sẽ ở mức cao( mức 1) Lúc này led được nối với chânđầu ra vi điều khiển sẽ được cấp điện và sáng Led được nối với 1 lớpcách li quang, lớp cách li quang có tín hiệu điều khiển sẽ khiến dòng điqua trở hạn dòng đi qua transitor và làm cuộn hút của rơ le sáng , tiếpđiểm thường mở của rơ le được nối với quạt được đóng lại mạch kín

=>> máy bơm chạy

2.4 Sơ đồ Board mạch.

2.5 Xây dựng mô hình.

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH, ĐIỀU KHIỂN 3.1 Chương trình

}

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận

Sau thời gian thực hiện đồ án, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy :, chúng

em đã hoàn thành đồ án đúng theo thời gian quy định Để thực hiện được yêucầu của đề tài, chúng em đã nghiên cứu, tìm hiểu nhũng vấn đề về các loại cảmbiến, LCD, Vi Xử Lý,… và các vấn đề khác liên quan đến đề tài.Chúng em đãđạt được những kết quả sau:

 Có khả năng nghiên cứu và làm việc độc lập

 Thiết kế được hệ thống phun sương: Nhiệt độ tăng, cảm biến nhận biết

 Hệ thống dùng LCD hiển thị chuyển động, hiển thị nhiệt độ, quá trình làmviệc của vi điều khiển nên dẽ dàng phát hiện sai và sửa chữa cho phầnmềm…

 Đối với phần thiết kế và thi công : Việc vẽ mạch được thực hiện nhờ sự hỗtrợ của phần mềm Eagle sau đó ngâm mạch, khoan, ráp linh kiện và cuốicùng là cho chạy thử

 Mặc dù vậy đồ án còn tồn tại một số hạn chế như cảm biến hoạt động chưađược nhạy để đáp ứng được các yêu cầu của để tài mong muốn

4.2 Hướng phát triển của đề tài

Tuy nhóm thực hiện đã hoàn thành tốt đồ án được giao, nhưng do giới hạn vềmặt thời gian cũng như kinh tế nên mới chỉ dừng lại ở một số ứng dụng đơngiản Tuy nhiên nhóm thực hiện cũng có một số hướng phát triển thêm để có thểhoàn thiện thêm cho đề tài sau này như sau:

 Điều khiển giám sát bằng tin nhắn SMS, ta cũng có thể điều khiển Camera đểchụp hình rồi sau đó gửi tin nhắn đa phương tiện đến điện thoại

 Kết hợp thêm nhiều loại cảm biến khác nhau như : cảm biến thu phát, cảm biếnnhiệt độ… với tính năng tự động điều khiển khi có sự cố để hệ thống có thể hoạtđộng tự động, ứng dụng trong các ngôi nhà vườn thông minh

 Mở rộng điều khiển được nhiều hơn nữa các thiết bị trong nhà