Thiết kế bộ đo giám sát nhiệt độ đa kênh sử dụng 8051

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG Khoa: Điện - Cơ - - ĐỒ ÁN HƯỚNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Đề tài: Thiết kế đo, giám sát nhiệt độ đa kênh sử dụng vi điều khiển Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: , Hải phòng, tháng 05 năm 2019 LỜI NÓI ĐẦU Trong thập niên gần cơng nghiệp hóa, đại hóa ngày phát triển mạnh mẽ Kỹ thuật điện tử có bước phát triển mạnh mẽ đặc biệt mạnh kĩ thuật điều khiển tự động với đời phát triển nhanh chóng kỹ thuật vi điều khiển Hòa chung nhịp độ phát triển khoa học kỹ thuật giới, nhiều lĩnh vực khác phát triển khơng ngừng làm cho giới nói chung Việt Nam nói riêng có phát triển chóng mặt vài chục năm trở lại Khoa học kỹ thuật trở thành tảng vững thúc đẩy mạnh mẽ nắm vai trò định sống” tắt đón đầu” Nhiệt độ đại lượng vật lý gắn liền với sống Nó tác động đến mặt sống Trong lĩnh vực sản xuất nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp tới trình vận hành hoạt động máy móc Chính lần làm đồ án này, hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo, cô giáo khoa ĐiệnCơ, đặc biệt cô, chúng em làm đề tài:” Thiết kế đo, giám sát nhiệt độ đa kênh sử dụng vi điều khiển” Với trình độ thời gian nhiều hạn chế, chúng em cố gắng không tránh khỏi thiếu sót, mong thầy đóng góp ý kiến để đề tài ngày hoàn thiện MỤC LỤC Chương I.Tổng quan đề tài…………………………………………………… 1.1.Cơ sở thực tiển đề tài……………………………………………… 1.2.Mục đích nghiên cứu đề tài………………………………………… 1.3 Các phương pháp lựa chọn phương án thiết kế sơ đồ khối………… Chương II Lý thuyết thiết kế………………………………………………… 2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35……………………………………………… 2.2 IC chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC 0808)……… 2.2 1.Giới thiệu ADC 0808……………………………………………… 2.2.2.Đặc điểm chuyển đổi ADC…………………………………… 2.3.Vi điều khiển 89C51…………………………………………………… 2.3.1.Giới thiệu vi điều khiển 89C51…………………………………… 2.3.2.Vi điều khiển AT89C51…………………………………………… 2.4 Khối nguồn…………………………………………………………… 2.5.Màn hình LCD 20x4…………………………………………………… 2.6 Tạo dao động cho bô ADC 0808 Chương III.Thiết kế mạch chương trình điều khiển……………………… 3.1.Mạch điều khiển nguyên lý hoạt động……………………………… 3.1.1.Mạch điều khiển…………………………………………………… 3.1.2 Nguyên lý hoạt động……………………………………………… 3.2.Sơ đồ mạch board……………………………………………………… 3.3.Lưu đồ thuật tốn……………………………………………………… 3.4 Chương trình điều khiển……………………………………………… Chương IV Tổng Kết………………………………………………………… 4.1.Hướng phát triển đề tài………………………………………………… 4.2 Kết luận………………………………………………………………… TÀI LIỆU THAM KHẢO Chương I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở thực tiễn đề tài Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giời nói chung phát triển kỹ thuật tự động hóa nói riêng Trong đời sống xã hội, xuất phát từ nhu cầu thực tế chúng em nghiên cứu hoàn thành mạch đo nhiệt độ Nó có ứng dụng lớn ngành điều khiển tự động, doanh nghiệp có u cầu độ xác cao 1.2.Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu, đo giám sát nhiệt độ đa kênh bit ADC 0808 kết hiển thị lên LCD 20x4, có chức cảnh báo nhiệt nhiệt độ thấp Mục đích đề tài: - Giải vấn đề đo lường nhiệt độ Chuyển đổi tín hiệu đo từ tương tự sang số Chuyển đổi hiển thị lên LCD 20x4 Có cảnh báo ngưỡng nhiệt độ ( tùy người vận hành đặt) Mạch điện có độ tin cậy cao, dễ sử dụng 1.3.Các phương pháp lựa chọn phương án thiết kế sơ đồ khối a.Phương pháp lựa chọn Đề đo lường người ta chọn nhiều loại cảm biến nhiệt khác nhau, loại có ưu nhược điểm khác chúng áp dụng vào thực tế phù hợp, tùy vào nhu cầu riêng Ở nhu cầu chúng em đo nhiệt độ mơi trường nên sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35 tối ưu vì: đậy loại cảm biến có độ xác, đo nhiệt độ dải từ -55 đô C đến 150 độ C, tiêu tán công suất thấp,… Tuong tự, chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số có nhiều loại IC nói chung giống ADC 0808,ADC 0809, ADC 0804, Nhưng chúng em dùng IC ADC 0808 có đầu vào tương tự đầu tín hiệu số sử dụng cho hệ đo đa kênh, chọn kênh thỏa mãn u cầu cảu tốn Còn hiển thị LCD với quy mơ đề tài với u cầu tốn ta dùng hình LCD hợp lý b.Sơ đồi khối Tín hiệu tương tự từ cảm biến nhiệt độ LM35 Bộ chuyển đổi ADC 0808 8bit Vi điều khiển 89c51 Khối Nguồn Hiển thị led đơn ( báo ngưỡng) Hiển thị lên LCD 20x4 Chương II Lý thuyết thiết kế 2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 Các biến đổi (Transducer) chuyển đổi đại lượng vật lý ví dụ nhiệt độ, cường độ ánh sáng, lưu tốc tốc độ thành tín hiệu điện phụ thuộc vào biến đổi mà đầu tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng hay dung kháng Ví dụ, nhiệt độ biến đổi thành tín hiệu điện sử dụng biến đổi gọi Thermistor (bộ cảm biến nhiệt), cảm biến nhiệt đáp ứng thay đổi nhiệt độ cách thay đổi trở kháng đáp ứng khơng tuyến tính Nhiệt độ ( 0C) 25 50 75 Trở kháng cảm biến (k) 29.490 10.000 3.893 1.700 100 0.817 Bảng 2.1 Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ LM35 loại cảm biến tương tự, hoạt động xác, sai số nhỏ, kích thước gọn nhẹ, có giá thành hợp lý nên ứng dụng nhiều đo nhiệt độ thời gian thực phổ biến Loại cảm biến nhiệt độ tương tự dễ dàng đọc thông số, giá trị đo hàm đơn giản Nó với thể đo nhiệt độ xác so với điện trở nhiệt (thermistor) tầm giá Cảm biến tạo điện áp có đầu cao cặp nhiệt điện ko cần điện áp đầu khuếch đại LM35 có điện áp đầu tỷ lệ thuận có nhiệt độ Celsius Hệ số tỷ lệ 01V / ° C Loạt cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Chúng đưa điện áp 10mV cho thay đổi 10 độ C Mã sản phẩm LM35A LM35 LM35CA LM35C LM35D Dải nhiệt độ Độ xác -55 C to + 150 C + 1.0 C -55 C to + 150 C + 1.5 C -40 C to + 110 C + 1.0 C -40 C to + 110 C + 1.5 C C to + 100 C + 2.0 C Bảng 2.2 Loạt cảm biến nhiệt họ LM35 Đầu 10 mV/F 10 mV/F 10 mV/F 10 mV/F 10 mV/F LM35 họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa chất bán dẫn dễ bị tác động thay đổi nhiệt độ , đầu cảm biến điện áp(V) tỉ lệ với nhiệt độ mà đặt mơi trường cần đo Họ LM35 có nhiều loại nhiều kiểu đóng vỏ khác Hình 2.1.Cảm biến nhiệt độ LM35 LM35 có độ chuẩn xác 0,4 ° C nhiệt độ phòng bình thường 0,8 ° C khoảng ° C đến + 100 ° C Một đặc tính quan trọng cảm biến thu 60 microamps từ nguồn cung ứng có khả tự sưởi ấm thấp + Một số tính chất cảm biến LM35: Đầu cảm biến thay đổi diễn tả tuyến tính Điện áp o / p cảm biến IC tỉ lệ với nhiệt độ Celsius Điện áp hoạt động từ -55˚ đến + 150˚C Được vận hành tới 30 vôn + Thông số kỹ thuật: Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Điện áp ra: -1V đến 6V Công suất tiêu thụ 60uA Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC Độ xác cao 25 C 0.5 C Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Độ xác thực tế: 1/4°C nhiệt độ phòng 3/4°C khoảng -55°C tới 150°C 2.2 IC chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (ADC 0808) 2.2.1.Giới thiệu ADC 0808 Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ( ADC 0808) thiết bị CMOS tích hợp với chuyển đổi từ tương tự sang số bit, chọn kênh logic điều khiển tương thích Bộ chuyển đổi ADC bit dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ Bộ chọn kênh truy xuất kênh ngõ vào tương tự cách độc lập Thiết bị loại trừ khả cần thiết điều chỉnh điểm bên khả điều chỉnh tỷ số làm tròn ADC 0808 dễ dàng giao tiếp với vi xử lý Hình 2.2 Bộ chuyển đổi ADC 0808 Chân IN3 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input Chân IN4 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input Chân IN5 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input Chân IN6 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input Chân IN7 - Ngõ vào tín hiệu Analog Input Chân START - chân điều khiển tín hiệu bắt đầu trình biến đổi ADC Chân EOC - Chân phát tín hiệu báo kết thúc q trình chuyển đổi ADC Chân (-5) - Ngõ Tín hiệu số- Data Bit ;Chan ADC 0808 EOC BIT P2.0 OE BIT P2.1 SA BIT P3.0 SB BIT P3.1 SC BIT P3.2 ALE_START BIT P3.4 ;Khai bao cac bien -BUFF EQU 30H SOKENH EQU MOV ADCIN, #0FFH ; -Goi khoi tao LCD -CALL PWR_DELAY CALL INIT MOV R7, #'0' ; -Bat dau chuong trinh -MAIN: ACALL THU_XULY ACALL TIM_MAX ACALL TIM_MIN ACALL BAONGUONG1 ACALL BAONGUONG2 ACALL RESET ACALL CHONKENH ACALL HIENTHI SJMP MAIN 39 ; -Chuong trinh thu va xu ly so lieu -THU_XULY: MOV R0, #BUFF MOV R5, #0 BACK: MOV A, R5 CALL ADC MOV @R0, A INC R0 INC R5 CJNE R5, #SOKENH, BACK RET ; -Bien doi tuong tu- so -ADC: SETB OE MOV P3, A CLR ALE_START NOP SETB ALE_START NOP CLR ALE_START WAIT: JNB EOC, WAIT MOV A, ADCIN RET ; Bao nguong BAONGUONG1: MOV R0, #29H 40 M1: CLR P2.5 INC R0 CJNE R0, #38H, M2 JMP END_M M2: MOV A, TMAX SUBB A, @R0 JNC M1 JC M3 M3: SETB P2.5 RET END_M: RET BAONGUONG2: MOV R0,#30H S1: CLR P2.6 INC R0 CJNE R0, #38H, S2 JMP THOAT3 S2: MOV A,TMIN SUBB A,@R0 JC S1 JNC S3 S3: SETB P2.6 41 RET THOAT3: RET ; -reset nguong -RESET: JNB P2.7,RES SJMP THOAT4 THOAT4: RET RES: CLR P2.5 CLR P2.6 RET ; -Dat nguong nhiet cao nhat MAX TIM_MAX: TMAX EQU 51H CALL DDELAY JNB P2.3,TT1 SJMP THOAT1 THOAT1: RET TT1: INC R6 CJNE R6,#100,TT2 MOV R6,#0 TT2: MOV A,R6 MOV TMAX,A 42 RET ; -Dat nguong nhiet thap nhat MIN TIM_MIN: TMIN EQU 53H CALL DDELAY JNB P2.4,TT3 SJMP THOAT2 THOAT2: RET TT3: INC R4 CJNE R4,#100,TT4 MOV R4,#0 TT4: MOV A,R4 MOV TMIN,A RET ; Hien thi len LCD -HIENTHI: LINE1: MOV A, #80H LCALL CMD MOV DPTR, #MSG_1 AGAIN1: CLR A 43 MOVC A, @A+DPTR JZ LINE2 LCALL DAT INC DPTR SJMP AGAIN1 LINE2: MOV A, #0C0H LCALL CMD CLR A MOV A, #"K" LCALL DAT MOV A, #"e" LCALL DAT MOV A, #"n" LCALL DAT MOV A, #"h" LCALL DAT MOV A, #" " LCALL DAT MOV A, R7 LCALL DAT MOV A, #"," LCALL DAT MOV A, #"t" LCALL DAT MOV A, #"=" 44 LCALL DAT MOV A, R7 MOV R0, A MOV A, @R0 MOV B, #10 DIV AB ADD A, #48 LCALL DAT MOV A,B ADD A, #48 LCALL DAT MOV A, #" " LCALL DAT MOV A, #"C" LCALL DAT LINE3: MOV A,#094H LCALL CMD CLR A MOV A, #"M" LCALL DAT MOV A, #"a" LCALL DAT MOV A, #"x" LCALL DAT 45 MOV A, #"=" LCALL DAT MOV A, #" " LCALL DAT MOV A, TMAX MOV B, #10 DIV AB ADD A, #48 LCALL DAT MOV A,B ADD A, #48 LCALL DAT MOV A, #" " LCALL DAT MOV A, #"C" LCALL DAT LINE4: MOV A,#0D4H CALL CMD CLR A MOV A, #"M" LCALL DAT MOV A, #"i" LCALL DAT MOV A, #"n" LCALL DAT MOV A, #"=" 46 LCALL DAT MOV A, #" " LCALL DAT MOV A, TMIN MOV B, #10 DIV AB ADD A, #48 LCALL DAT MOV A,B ADD A, #48 LCALL DAT MOV A, #" " LCALL DAT MOV A, #"C" LCALL DAT ;Ghi du lieu len LCD -DAT: SETB EN ; H -> L, Tao suon xung tren chan E cua SETB RS ;RS = 1, chon ghi du lieu CLR RW ;RW = 0, cho phep doc du lieu tu LCD LCD MOV DATALCD, A CLR EN NOP LCALL DDELAY RET 47 ; Gui lenh cho phep hien thi len LCD -CMD: SETB EN CLR RS ; RS = 0, chon ghi ma lenh CLR RW MOV DATALCD, A CLR EN NOP LCALL DDELAY RET ;Khoi tao LCD INIT: MOV A,#038H ; Khoi tao ma tran LCALL CMD ACALL DDELAY ; goi ham delay MOV A,#0CH ; Bat hien thi, tat tro LCALL CMD RET ; CLEAR: MOV A,#01H LCALL CMD RET ; -DDELAY: MOV 42H,#41D QT2: MOV 43H,#50D QT1: DJNZ 43H,QT1 48 DJNZ 42H,QT2 RET ; -PWR_DELAY: MOV 44H,#30D H_2: MOV 45H,#250D H_1: DJNZ 45H,H_1 DJNZ 44H,H_2 RET ; -Khai bao bien dem -; Chon kenh CHONKENH: CALL DDELAY JNB P2.2,DEM SJMP THOAT THOAT: RET DEM: INC R3 CJNE R3,#1,KENH1 MOV R7, #'0' JMP HIENTHI SJMP THOAT KENH1: CJNE R3,#2,KENH2 MOV R7, #'1' JMP HIENTHI SJMP THOAT KENH2: 49 CJNE R3,#3,KENH3 MOV R7, #'2' JMP HIENTHI SJMP THOAT KENH3: CJNE R3,#4,KENH4 MOV R7, #'3' JMP HIENTHI SJMP THOAT KENH4: CJNE R3,#5,KENH5 MOV R7, #'4' JMP HIENTHI SJMP THOAT KENH5: CJNE R3,#6,KENH6 MOV R7, #'5' JMP HIENTHI SJMP THOAT KENH6: CJNE R3,#7,KENH7 MOV R7, #'6' JMP HIENTHI SJMP THOAT KENH7: CJNE R3,#8,KENH8 MOV R7, #'7' JMP HIENTHI SJMP THOAT 50 KENH8: CJNE R3,#9,THOAT MOV R3,#0 SJMP THOAT MSG_1: DB "Do an Vi Dieu Khien",00H END Chương IV Tổng Kết 4.1.Hướng phát triển đề tài 51 Có thể mở rộng thang đo để ứng dụng rộng rãi công nghiệp dựa sở lý thuyết kỹ thuật điện, kỹ thuật vi điều khiển đề tài” thiết kế đo giám sát nhiệt độ đa kênh” Đề tài nêu lên ứng dụng vi điều khiển lĩnh vực điều khiển đo lường Bên cạnh đề tài mở hướng phát triển tiếp tục phát triển nghiên cứu phần giao tiếp hệ thống với máy máy tính, smart phone để bắt kịp với cách mạng công nghệ 4.0 nước ta 4.2 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu làm việc cách nghiêm túc với giúp đỡ nhiệt tình cô thầy khoa ĐiệnCơ, chúng em hoàn thành đề tài:”Thiết kế đo giám sát đa kênh” Trong trình làm đồ án chúng em vận dụng kiến thức học, tự đánh giá trình độ thân, nghiên cứu tài liệu học hỏi lẫn để tìm kiến thức Trong trình làm việc chúng em biết kết hợp lý thuyết thực hành Hơn nưa chúng em quen dần với cách làm việc độc lập, biết cách tổ chức công việc, xếp tời gian cách hợp lý, có hiệu 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Văn Thế Minh (2000) “Kĩ thuật vi xử lý” NXB Giáo dục 2.Giáo trình phần tử tự động cảm biến ( Lưu hành nội Khoa Điện-Cơ Trường Đại học Hải Phòng) Bài giảng Kỹ thuật vi xử lý ( Lưu hành nội Khoa Điện-Cơ Trường Đại học Hải Phòng) http://www.alldatasheet.com https://vi.wikipedia.org/wiki/Intel_8051 http://www.dientuvietnam.net 53 ... lượng vật lý ví dụ nhiệt độ, cường độ ánh sáng, lưu tốc tốc độ thành tín hiệu điện phụ thuộc vào biến đổi mà đầu tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng hay dung kháng Ví dụ, nhiệt độ biến đổi thành... khiển…………………………………………………… 3.1.2 Nguyên lý hoạt động……………………………………………… 3.2.Sơ đồ mạch board……………………………………………………… 3.3.Lưu đồ thuật toán……………………………………………………… 3.4 Chương trình điều khiển………………………………………………... đổi nhiệt độ cách thay đổi trở kháng đáp ứng khơng tuyến tính Nhiệt độ ( 0C) 25 50 75 Trở kháng cảm biến (k) 29.490 10.000 3.893 1.700 100 0.817 Bảng 2.1 Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt độ