Nghiên cứu, thiết kế mạch đo nhiệt độ, độ ẩm môi trường hiển thị trên LCD

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - MỤC LỤC …4 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu về LCD 16x2 1.1.1 Sơ đồ chân của LCD 16x2 1.1.2.Chức và nhiệm vụ của các chân 1.1.3 Giá trị điện áp 1.2.Giới thiệu về AT89C52 10 1.2.1 Sơ đồ chân AT89C52 10 1.2.2 Thông số kĩ thuật 11 1.2.3 Chức các chân 11 1.2.4 Khái quát về chức của các port vi điều khiển AT89C52 12 1.4 Giới thiệu về cảm biến DHT11 14 1.5 Giới thiệu về IC ổn áp 7805 18 1.5.1 Sơ đồ chân 11 1.5.2 Thông số kĩ thuật 11 1.6 Các linh kiện điện tử thụ động 20 1.6.1 Điện trở 20 1.6.2 Tụ điện 21 1.7 Linh kiện điện tử tích cực 1.7.1 Diode CHƯƠNG Thiết kế chế tạo mạch 23 23 25 2.1 Mạch đo độ ẩm nhiệt độ 25 2.2 Tính tốn để lựa chọn linh kiện 25 2.3.Sơ đồ khối 27 3.2 Khối nguồn 27 3.3 Sơ đồ nguyên lý 28 3.4 Nguyên lý làm việc 29 3.5 Sơ đồ mạch boar 30 3.6 Chương trình điểu khiển kết nối LCD với AT89C52 31 Đồ án tích hợp 1 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - CHƯƠNG KẾT LUẬN 37 Tài Liệu Tham Khảo 38 Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - Ngày… tháng …năm… Chữ ký giáo viên hướng dẫn Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô Trường ĐH sư phạm kỹ thuật Hưng Yên dạy dỗ chúng em suốt thời gian học tập vừa qua Chúng em xin chân thành cảm ơn cô NGUYỄN THỊ THẮM tận tình hướng dẫn chúng em thời gian làm đồ án Do kiến thức hạn hẹp nên trình thực Đồ Án chúng em khơng thể tránh khỏi sai sót, mong q thầy cô hội đồng khảo thi bỏ qua có hướng giúp đỡ để chúng em hồn chỉnh đồ án hồn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, nền 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 Và lấn dần vào tất ngành khoa học - kỹ thuật khác đáp ứng hầu hết nhu cầu người dân Sự đời vi mạch điều khiển với giá thành giảm, khả lập trình ngày cao mang lại thay đổi sâu sắc ngành kỹ thuật điện tử Việc ứng dụng kỹ thuật vào thực tế giúp ích nhiều cho người Để góp phần nhỏ vào việc chúng em thực đề tài “Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ và độ ẩm hiển thị LCD ” 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, bạn đặc biệt với hướng dẫn tận tình Nguyễn Thị Thắm chúng em hoàn thành tốt đồ án 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 chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực Đỗ Trung Nguyên Đào Văn Nguyên Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu về LCD 16x2  LCD (Liquid Crytal Direct) TC16C2 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, sử dụng cần giao tiếp với Driver qua chân LCD 16x2 Là 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 1.1.1 Sơ đờ chân của LCD 16x2 Hình Sơ đồ chân LCD 16x2 Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - 1.1.2.Chức và nhiệm vụ của các chân STT chân Kí Chức chân hiệu Vss 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 RS Lựa chọn độ tương phản hình 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 Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - DB0-DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp D0 DB7 D1 , bit MSB D2 l 10 D3 11 D4 12 D5 13 D6 DB7 Tám đường bus liệu Đồ án tích hợp Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - 14 D7 15 Vdd Nguồn dương cho đèn nền 16 Vss GND cho đèn nền 1.1.3 Giá trị điện áp K Điều í Giá trị chuẩn Min kiện Đơ Typ Ma n x H vị iệu Đi ện áp vào Vdd = 4,7 5,3 Vdd= 2,7 3,3 +5v Vdd +3v V D òng cung I cấp dd thời Vdd= 5V 1, C nhiệt độ 4, 25 - C - 00 iện áp Vdd m A - 00C Đ bình -2 4, 3, ,1 4, 4, V Đồ án tích hợp 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - 1.7.Các linh kiện điện tử tích cực 1.7.1 Diode a Khái niệm: Điốt loại linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều mà khơng theo chiều ngược lại Có nhiều loại điốt bán dẫn, điốt chỉnh lưu thơng thường, điốt Zener, LED Hình Các loại Diode thực tế b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động  Cấu tạo: Diode bán dẫn cấu tạo dựa chuyển tiếp P - N hai chất bán dẫn khác loại Điện cực nối với bán dẫn P gọi Anot điện cực nối với bán dẫn N gọi Katot Trong kỹ thuật điện thường kí hiệu sau:  Nguyên lý hoạt động: Diode dẫn điện theo hai chiều không giống Nếu phân cực thuận diode dẫn điện gần bão hòa Nếu phân cực nghịch diode dẫn điện yếu, thực chất có dòng điện rò Nói cách gần xem diode dẫn điện chiều từ Anot sang Katot, đặc tính chỉnh lưu Diode bán dẫn c Phân loại - Theo cơng dụng ta có: Diode ổn áp, Diode phát quang, Diode thu quang, Đồ án tích hợp 27 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - Diode biến dung, Diode xung, Diode tác song, Diode tách sóng + Diode phát quang sử dụng điều khiển tivi, đèn led biển quảng cáo, phát ánh sang + Diode chỉnh lưu ứng dụng đổi nguồn + Diode biến dung dùng nhiều thu phát sóng điện thoại, sóng cao tần, siêu cao tần + Diode tách sóng loại diode nhỏ, vỏ thủy tinh gọi diode tiếp điểm mặt tiếp xúc hai chất bán dẫn P-N điểm để tránh điện dung kí sinh, Diode tách sóng thường dùng mạch cao tần dùng để tách song tín hiệu + Diode nắn điện: Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện chỉnh lưu nguồn AC 50 Hz Diode thường có loại là: 1A, 2A 5A - Diode Zenner có cấu tạo tương tự diode thường có hai lớp bán dẫn PN ghép với Diode Zener ứng dụng chế độ phân cực ngược Khi phân cực thuận Diode zenner diode thường phân cực ngược Diode Zenner ghim lại mức điện áp cố đingj giá trị ghi Diode Diode Zenner Đồ án tích hợp 28 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - CHƯƠNG TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN 2.1 Mạch đo nhiệt độ độ ẩm Sử dụng cảm biến DHT11 cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm, nhiệt độ đo từ 0-50 C Lý chọn DHT11 cảm biến thơng dụng, giá thành phù hợp, tích hợp đo nhiệt độ đo độ ẩm đồng thời kết nối giao tiếp với MCU đơn giản Thông số kỹ thuật: o Đo o Nhiệt o Sai số o Sai số nhiệt độ: ±2ºC độ ẩm: độ: độ 20%-95% 0-50ºC ±5% ẩm 2.2 Tính toán để lựa chọn linh kiện Dựa vào yếu tố dòng tải, điều kiện tản nhiệt, điện áp làm việc P: Công suất định mức tải Pđm=100 W U: Điện áp định mức U=220V I : Dòng điện định mức I=0.45 A Khi : - Điện áp làm việc cực đại triac: U = K U = 220 = 311,13 V - Điện áp van cần chọn: U = Kdt U = 1.8.311,13 = 560,034 V Kdt hệ số dự trữ điện áp Chọn Kdt=1.8 - Dòng điện làm việc van tính theo dòng hiệu dụng Dòng điện định mức van cần chọn: Ilv =30%Idmvan => Idmvan =0.45/0.3=1.5A Với thông số theo datasheet độ phổ biến thị trường chúng em định lựa chọn loại van sau : BT-136 600E có thông số sau: Điện áp định mức: Uđm = 600 V Dòng điện định mức: Iđm = A Dòng điện điều khiển: Iđk = 50 m A Đồ án tích hợp 29 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - Điện áp điều khiển: Uđk = 1.5V Dòng điện rò: Ir = 500 Dòng điện trì: Ih = 15 mA Sụt van mở: U = 1.65 V Thời gian giữ xung điều khiển: tx = Tốc độ tăng điện áp: = 500 V/ s Nhiệt độ làm việc cực đại: T0C = 1250C Trên thông số em chọn ứng với tải động điện pha công suất nhỏ.các giá trị nguồn khó vượt qua giá trị nên chúng em định sử dung TCA 600E làm van mạch lực Các giá trị em lấy datasheet triac Với giá trị van đều đáp ứng sát thông số yêu cầu bóng đèn nên chúng em định sử dụng van mạch Chọn cầu chì tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch nguồn: Icc = 1,1Ilv = 1,1.0.45 = 0,5 A Chọn cầu chì loại 1A Đồ án tích hợp 30 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Sơ đồ khối Nguồn nuôi Khối cảm biến Khối khiển điều Khới hiển thị Hình Sơ đờ khối của mạch 3.2 Khối ng̀n Hình Khối nguồn ni Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng chiều 5V cấp cho chân vào PIC 16F877A LCD Ngun lý hoạt đợng: Dòng điện 12V xoay chiều qua cầu chỉnh lưu 3A làm biến đổi từ dòng xoay chiều thành dòng chiều Khi qua IC ổn áp 7805 cho dòng điện có điện áp 5V ổn định Sau khối chỉnh lưu cầu điện áp 5V cho qua tụ 1000µF để san phẳng điện áp tạo điện áp ổn định cho IC ổn áp 7805 mắc song với tụ gốm để loại bỏ thành phần sóng hài điện áp xoay chiều sau IC 7805 ta mắc song song với led để báo mạch điều khiển có nguồn Đồ án tích hợp 31 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - 3.3 Sơ đờ ngun lý Hình 10 Sơ đồ nguyên lí Đồ án tích hợp 32 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - 3.4 Nguyên lý làm việc của mạch Khi xử lý cấp nguồn, vi xử lý khởi tạo truyền liệu cho LCD hiển thị Tiếp đến vi xử lý đọc liệu gửi về từ cảm biến nhiệt độ LM 35 Dữ liệu xử lý tính tốn theo thuật tốn mà người viết lập trình Sau xử lý, xử lý gửi kết hình LCD  Nguyên lý hoạt động mạch: - Nút nhấn S1 nút reset: đầu nối GND, đầu lại nối với trở treo tạo mức lên Vcc nối vào chân MCLR/Vpp vi xử lý Khi chưa tác động chân MCLR/Vpp mức cao, vi xử lý hoạt động bình thường Khi tác động chân MCLR/Vpp đưa xuống mức thấp, xử lý reset nhảy về thực câu lệnh ngăn nhớ nhớ - DHT11 : Chân Vcc,chân GND Dữ liệu chân đưa vào đọc chuyển đổi ADC tích hợp xử lý thơng qua kênh T1OSO - Khối tạo dao động: gồm thạch anh 20MHz tụ đất 33pF - Khối hiển thị LCD, gồm LCD 16x2 LCD truyền liệu bít từ vi điều khiển qua chân D4, D5, D6, D7 Còn lại D0, D1, D2, D3 không xử dụng nối GND Ta cấp nguông cho led hình LCD thơng qua chân 15 16 LCD Ở mạch ta xử dụng chức ghi liệu lên LCD lên chân RW ta nối GND - Khối nút nhấn điều khiển, đầu nối GND, đầu nối vào chân vi điều khiển, có gắn trở treo lên Vcc để định mức Khi chưa tâc động, điện áp chân vi điểu khiển 5V, nút nhấn nhấn, điện áp chân vi điểu khiển kéo xuống mức 3.5 Sơ đờ mạch boar Đồ án tích hợp 33 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - Đồ án tích hợp 34 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Điện Tử Khoa Điện - 3.6 Chương trình điểu khiển kết nối LCD với AT89C52 #include sbit LCD_EN = P2^1; sbit LCD_RS = P2^0; sbit DHT_DATA_OUT = P3^2; sbit DHT_DATA_IN = P3^2; unsigned char nhietdo=0, doam=0; void delay_ms(unsigned int x) { unsigned int i,j; for(i=0;i