Đang tải... (xem toàn văn)
- Lập trình chức năng giao tiếp đọc giá trị nhiệt độ môi trường bằng chức năng giao tiếp truyền thông one – wire với IC DS18B20. - Hiển thị được giá trị nhiệt độ lên màn hình LCD. - Cấu hình ngưỡng cảnh báo nhiệt độ mức cao mức thấp. - Sử dụng phím bấm để xuất dữ liệu nhiệt độ đo được lên máy tính thông qua UART.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - HẬU CẦN CAND KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ================ BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Học phần: Kỹ thuật vi xử lý điều khiển THIẾT KẾ MẠCH GIÁM SÁT TRẠNG THÁI NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẢM BIẾN DS18B20 HIỂN THỊ MÀN HÌNH LCD VÀ TRUYỀN THƠNG DỮ LIỆU GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH Nhóm thực hiện: Lớp: Giáo viên hướng dẫn: Nhóm 20 Hồ Văn Hơn Phan Thị Thu Hường Nguyễn Nhật Hồng B3D6 Trung úy Ngơ Văn Thiện Bắc Ninh, tháng 06 năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - HẬU CẦN CAND KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ================ BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Học phần: Kỹ thuật vi xử lý điều khiển THIẾT KẾ MẠCH GIÁM SÁT TRẠNG THÁI NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẢM BIẾN DS18B20 HIỂN THỊ MÀN HÌNH LCD VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH Nhóm thực hiện: Lớp: Giáo viên hướng dẫn: Nhóm 20 Hồ Văn Hơn Phan Thị Thu Hường Nguyễn Nhật Hồng B3D6 Trung úy Ngơ Văn Thiện Bắc Ninh, tháng 06 năm 2019 BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Thành viên Nhiệm vụ - Làm nội dung báo cáo chương 1,2 Hồ Văn Hơn Nguyễn Nhật Hoàng - Vẽ mạch mô Proteus, nghiên cứu code, nghiên cứu nạp code vào KIT AVR V7 - Làm nội dung báo cáo chương 1,2 - Viết code, làm báo cáo, nghiên cứu mạch mô Proteus - Làm nội dung báo cáo chương 1,3 Phan Thị Thu - Nghiên cứu mạch mô Hường Proteus, nghiên cứu nạp code vào KIT AVR V7 BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT AVR PA PB PC PD LCD LED I/O UART PWM RAM ROM Automatic Voltage Regulatior Port A Port B Port C Port D Liquid Crystal Dislay Light Emitting Diode Input / Output Universal Asynchronous Receiver – Transmitter Pulse Width Modulated Random Access Memory Read Only Memory DANH MỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại cách mạng 4.0, ngành khoa học kỹ thuật, đặt biệt tự động hóa, có tốc độ phát triển nhanh đổi ngày, giờ, tác động trực tiếp làm thay đổi đời sống hàng ngày Các hệ thống diện tử tham gia vào lĩnh vực sống ngày người từ học tập, làm việc vui chơi, giải trí, giảm tải sức lao động người Có thể nói, điện tử ngành phát triển mũi nhọn, có bước tiến vượt bậc công nghệ ứng dụng sống.aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa Trong lĩnh vực-sản-xuất-cũng-như-trong-đời-sống-hằng-ngày,-các-đại-lượng vật lý: nhiệt-độ,-độ-ẩm,-áp-suất,… tạo-ra-những-ảnh-hưởng-lớn-cho-nhân-loại Việc đo tính tốn đại lượng vật lý ln có vai trò quan trọng từ người biết các-thơng-số-mình-đang-làm-việc-và-từ-đó-sẽ-khống-chế-vàđiều khiển chúng cho-phù-hợp-với-mục-đích-của-bản-thân.ggggggggggggggggg Với mục đích tìm hiểu, thiết kế ứng dụng hệ thống đo lường, cụ thể đo nhiệt độ, dựa vào những kiến thức học vi điều khiển Nhóm chúng em thực đề tài: ” Thiết kế lập trình chức đọc giá trị cảm biến nhiệt độ DS18B20 thực thao tác điều khiển phản hồi KIT AVR V7” Ngồi ra-việc-thực-hiện-đề-tài-cũng-là-để-chúng-em-tìm-hiểu-và-nâng-cao kiến thức thân KIT easyAVR V7, chip atmega32, IC DS18B20, hình LCD làm-quen-với-các-thiết-bị-điện-tử-khác.-Mặc-dù-được-sự-chỉ-dẫn-tận tình giảng viên có gắng nhóm em khối lượng kiến thức thời gian hạn chế, nên-khơng-tránh-khỏi-những-thiếu-sót,-hạn-chế-vì-thế em mong đón nhận những-góp-ý-và-nhắc-nhở-từ-thầy-giáo-để-có-thể hồn thiện đề tài mình.hhhhh Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I – CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ỨNG DỤNG 1.1 Tổng quan cấu trúc phần cứng KIT easyAVR V7 ATmega32-là-vi-điều-khiển-mặc-định-của-EasyAVR-V7.-Có-16 thao tác MIPS, 32K byte nhớ chương trình Flash, 2K byte nhớ SRAM 1K byte nhớ EEPROM.-Nó-có-40-chân-với-32-chân-I/O,-bộ-chuyển đổi Analog-to-Digital 10-bit với tối đa kênh (ADC), hai xử lý 8-bit đếm 16-bit, bốn kênh PWM, lập trình-nối-tiếp-USART,-Master/Slave-SPI-và-giao diện I2C-hai-dây,-bộ-định vị MHz RC nội bộ-và-bộ-dao-động-RTC-32-KHz.-Nó-cũng-có-giao-diện-JTAG-cho lập trình gỡ lỗi 1.1.1 Nguồn điện kép KIT có sẵn nguồn điện chuyển đổi tạo điện áp ổn định mức dòng điện cần để-cấp-nguồn-cho-từng-phần-của-bảng-mạch.-Bộ-phận-cung-cấp-điện gồm hai điều chỉnh công suất: ST1S10 tạo VCC-5V MC33269DT3.3 tạo VCC-3.3V Cách-cung-cấp-nguồn-cho-bảng-mạch: - Sử dụng cáp USB - Sử dụng adapter - Sử-dụng-nguồn-điện-của-phòng-thí-nghiệm Hình 1.1 Đơn vị cung cấp nguồn điện kép 1.1.2 Vi điều khiển hỗ trợ Ổ-cắm-vi-điều-khiển:-Bảng-có-7-ổ-DIP.-Bo-mạch-có-thể-lập-trình-khoảng-65bộ-vi-điều-khiển-khác từ AVR 1.1.3 Xung clock Bộ vi điều khiển AVR sử dụng xung clock bên dùng dao động thạch-anh-bên-ngoài.-KIT-EasyAVR-V7-chứa-một-tinh-thể-thạch-anh cho tất ổ cắm vi điều khiển.-Giá-trị-của-thạch-anh-phụ-thuộc-vào-tần-số-xung clock tối đa cho phép ứng dụng người dùng 1.1.4 Lập trình on-board MikroProg lập trình USB 2.0 nhanh cho phép mikroProg hỗ trợ khoảng 65-bộ-điều-khiển-AVR-trong-một-lập-trình-đơn-lẻ.-Để-bắt-đầu-sử-dụng mikroProg lập trình vi điều khiển cần làm theo bước: Bước 1: Cài đặt phần mềm - Cài-đặt-trình-điều-khiển USB - Cài-đặt-phần-mềm-AVRFlash.Bước 2: Bật máy lên - Cắm-cáp-lập-trình-USB - Đèn-LED-LINK-sẽ-sáng-lên 1.1.5 Phần mềm lập trình Phần mềm AVRFlash:-Chương-trình-on-board-mikroProg-đòi hỏi phần mềm lập trình-đặc-biệt-AVRFlash.-Phần-mềm-này-được-sử-dụng-để-lập-trình-bộ-vi-điều khiển AVR Phần-mềm-có-giao-diện-và-cơng-nghệ-lập trình SingleClick 1.1.6 UART qua RS-232 - UART (thu/phát không đồng bộ) cách phổ biến để trao đổi dữ-liệu-giữa-MCU-và-các-thành-phần-ngoại vi - Giao-tiếp-nối-tiếp-RS-232-được-thực-hiện-thông-qua-đầu-nối SUB-D 9-pin môđun UART vi điều khiển 1.1.7 USB UART Giao-tiếp-USB-UART-được-thực-hiện-thông-qua-bộ-điều-khiển-FT232RL, đầu nối USB (CN4) mô-đun UART-vi-điều-khiển.-Kết-nối-này thực cách sử dụng DIP switch SW10 Hình 1.2 Hệ thống sơ đồ nối chân USB UART 1.1.8 Đầu nối máy chủ mikroBUS Mỗi kết-nối-máy-chủ-mikroBUS-bao-gồm-hai-đầu-1x8-có-chứa-các-chân có nhiều-khả-năng-được-sử-dụng-trong-bảng-phụ-kiện.-Có ba nhóm chân giao tiếp : SPI, UART-và-giao-tiếp-I2C.-Ngồi-ra-còn-có-một chân cho PWM, Interrup, đầu vào Analog, Reset Chip Select 1.1.9 Nhóm đầu vào / đầu Các-đầu-PORT,-các-nút-PORT-và-PORT-LED-đều-nằm kế bên nhóm-lại-với-nhau.-Có-thêm-các-đầu-PORT-ở phía bên trái bảng, người dùng-có-thể-truy-cập-vào-bất-kỳ-chân-nào từ hai mặt bảng mạch Bộ chuyển-mạch-DIP-của-Tri-State-được-sử-dụng để kích hoạt điện trở kéo lên hoặc-kéo-xuống-4K7-lên-bất-kỳ-cổng-nào.-Mỗi thiết bị chuyển mạch có ba trạng thái: - Vị-trí-giữa-vơ-hiệu-hóa-chức-năng kéo lên kéo xuống từ chân PORT - Vị-trí-trên-kết-nối-điện-trở trạng thái kéo lên đến chân chọn 10 - Display on/off control – xác-lập-cách-hiển-thị-cho-LCD: Lệnh bao gồm thông số cho phép LCD-hiển-thị,-cho-phép-hiển-thị-cursor-và-mở/tắt blinking - Function set – xác lập chức cho LCD: Đây lệnh thiết lập phuơng thức giao-tiếp-với-LCD,-kích-thước-font-chữ-và-số-lượng-line-của LCD 1.3.2.8 Giao tiếp bit bit - Mode bit: Nếu bit DL lệnh-Functin-set-bằng-1-thì-mode bit dùng Để sử dụng mode bit,-tất-cả-cac-lines-dữ-liệu-của-LCD-từ-D0-đến D7 phải nối với PORT chip điều khiển bên-ngồi như-trong-hình Ưu điểm liệu ghi đọc nhanh đơn giản Nhược-điểm-là-tổng-số-chân-dành cho giao tiếp LCD q nhiều, tính ln 3-chân-điều-khiển-thì-cần đến 11 đường giao tiếp cho LCD - Mode bit -LCD-cho-phép-giao-tiếp-với-bộ-điều-khiển theo chế độ bit Trong chế độ có chân từ D4 đến-D7-được-kết-nối-với-chip-bộ điều khiển Các Instruction data bit ghi-và-đọc-bằng-cách-chia-thành-2-phần, gọi Nibbles, nibble gồm bit được-giao-tiếp-thông-qua-4-chân-D7:4, nibble cao xử lý trước nibble thấp sau Ưu điểm tối-thiểu-số-lines-dùng-cho-giao-tiếp LCD Nhược điểm việc đọc ghi nibble tương đối khó khăn đọc ghi liệu bit 1.3.3 Phím bấm (Button) - Đây loại button phổ biến,-cũng-như-đèn-LED, loạ i button có kính thước cạnh 6mm 12m Và chuyên đề sử dụng loại button 6mm Loạ i-6mm-hay-được-dùng-trong-các-dự-án-nhỏ.-giá-thành-thì-khá-rẻ Loạ-i-này-tuy-là-4-chân,-nhưng-thực-chất-cũng chân Hình 1.15 Button 6mm sơ đồ chân 27 Trạng thái logic tất đầu vào số vi điều khiển thay đổi cách-sử-dụng-các-nút-nhấn 28 CHƯƠNG II – THIẾT KẾ ỨNG DỤNG VÀ GIẢI THUẬT PHẦN MỀM 2.1 Nguyên-lý-thiết-kế-ứng-dụng-và-thiết-kế phần cứng Để ứng dụng có khả đo nhiệt độ mơi trường, phần cứng cần có IC DS18B20 IC DS18B20 sử dụng giao tiếp one – wire Ưu điểm giao tiếp cần dây để-truyền-tín-hiệu-và-làm-nguồn-ni-nên-rất-gọn-nhẹ-và-dễ-sử-dụng Chức-năng-hiển-thị-giá-trị-nhiệt-độ-lên-màn-hình-máy tính thực phím bấm giao tiếp với máy tính qua chức UART Phím bấm lập trình để-sau-mỗi-lần-nhấn-phím-thì-sẽ-xuất-giá-trị-ra-máy-tính-một-lần Hình-2.1.-Sơ đồ khối ứng dụng Kết quả-cần-đạt-được: Đã-đo-được-nhiệt-độ IC DS18B20 xuất giá trị nhiệt độ lên LCD - Đã giao-tiếp-được-giữa-KIT-và-PC-giao-tiếp-truyền-thơng-UART.- Đã dùng phím bấm để xuất giá trị đo sang PC thơng qua cổng USB to-COM-và-hiển-thị-lên-màn-hình-máy-tính 29 2.1.1 Khối xử lí trung tâm Khối xử lý trung tâm sử dụng vi điều khiển-Atmega32,-có-nhiệm-vụ-đọc-giá nhiệt độ đo được-từ-cảm-biến-DS18B20.-Sau-đó,-phân-tích, xử lý để có kết ý muốn gửi liệu hiển thị lên hình LCD hay gửi lên máy tính có tín hiệu-u-cầu-truyền-từ-phím-bấm Hình-2.2 Khối xử lý trung tâm 2.1.2 Khối phím bấm - Có chức-năng giúp cho người sử dụng ấn phím để cài-đặt-các-giá-trị-theo-các-chức-năng phím bấm MODE, BACK, UP, DOWN - Khối phím bấm dùng để gửi lệnh đến cho vi điều khiển,-vi-điều-khiển-sẽ xử lý lệnh cho phép xuất giữ liệu-lên-màn-hình-máy-tính-thơng qua khối truyền thơng UART Hình 2.3 Khối phím bấm 2.1.3 Khối hiển thị 30 Khối hiển thị sử dụng hình tinh thể lỏng LCD 16x2, có nhiệm vụ hiển thị giá trị nhiệt-độ-đo-được-từ-IC DS18B20 sau qua khối xử lí trung tâm Khối hiển thị sử dụng một-biến-trở-có-giá-trị-4K7Ω để điều chỉnh-độ-tương-phản-trên-màn-hình LCD Hình 2.4 Khối hiển thị LCD 2.1.4 Khối cảm biến nhiệt độ Cảm biến đo nhiệt độ được-sử-dụng-là-DS18B20 dùng giao tiếp tuyền thông one – wire để đo nhiệt độ môi trường gửi về-khối-xử-lý-trung-tâm Hình 2.5 Khối cảm biến nhiệt độ 2.2 Thuật tốn thực 31 Hình 2.6 Sơ-đồ-thuật-tốn-đọc Hình 2.7 Sơ-đồ-thuật-tốn- giá trị nhiệt độ xuất-giá-trị LCD 32 33 Hình 2.8 Sơ đồ-thuật-tốn-phím-bấm-xuất-ra máy tính Chương trình phục vụ phím bấm: THỰC HIỆN CHỨC NĂNG CỦA CÁC PHÍM PHÍM PHÍM PHÍM PHÍM X= ENTER X= UP X= DOWN X= BACK 34 CHƯƠNG III – KẾT QUẢ ỨNG DỤNG 3.1 Kết mô Sau-một-thời-gian-nghiên-cứu-và-được-giáo-viên-hướng dẫn thực hiện, nhóm chúng em-đã-hồn-thành-việc-thiết-kế-mơ phần cứng lập trình phần mềm Từ đó, chạy ứng dụng phần-mềm-mơ-phỏng-Proteus.-Kết-quả đạt hình 3.1 Hình 3.1 Kết mơ phần cứng Nhóm thực đầy đủ tiêu chí đề tài: - Đo-đạc-và-hiển-thị-giá-trị-nhiệt-độ-trên-màn-hình LCD - Cảnh-báo-trạng-thái-vượt-ngưỡng-cho-phép Cấu-hình-ngưỡng-cảnh-báo-của-giá-trị-nhiệt-độ Truyền-dữ-liệu-lên-máy-tính-thơng-qua-UART,-kích-họat-bằng nút bấm 35 Hình 3.2 Cài đặt ngưỡng cao Hình 3.3 Cài đặt ngưỡng thấp 36 Hình 3.4 Cảnh báo vượt ngưỡng cao chng đèn LED Hình 3.5 Kết mơ dùng phím bấm gửi liệu lên máy tính 3.2 Ứng dụng thực tế - Mạch-thiết-kế-trên-được-sử-dụng-cho việc đo nhiệt độ phát cảnh báo nhiệt độ vi mạch điện tử, PC, lap top, thiết kế thiết bị tự động hóa có sử dụng loại-cảm-biến-nhiệt-độ-như-quạt-cảm-biến nhiệt độ, điều hòa, máy ấp trứng, bàn là, bình nóng lạnh,… - Thiết kế mạch có cảm biến để cảnh-báo-nhiệt-độ,-xuất-ra-tín-hiệu-lên-máytính tới gửi tới người sử dụng-thông-qua-các-hệ-thống-truyền-thông để cảnh báo 37 nguy-cơ-có-thể-xảy-ra-theo-yêu-cầu-của-người-dùng - Nhiệt kế điện tử - Ứng dụng tủ lạnh nhiệt độ ngăn tăng lên đến mức quy định thì-hệ-thống-sẽ-tự-động-bật-làm-lạnh-để-ln-giữ-cho-nhiệt-độ-ở-mức-ổn định - Dùng-trong-bàn-là,-khi-làm-nóng-đến-ngưỡng-cho-phép-thì-tự ngắt 3.3 Ưu nhược điểm mạch thiết kế 3.3.1 Ưu điểm - Mạch thiết kế đơn giản, nhỏ gọn, linh kiện dễ kiếm khơng cần dùng nhiều linh-kiện-nên-giá-thành-rất-rẻ,-có-khả-năng-đưa-vào-áp-dụng-trong-thực-tế Mạch-được-tách-thành-các-khối-độc-lập-dễ-dàng cho việc kiểm tra sai sót, thay mở rộng - Số lượng mã nhận diện-lên-đến-64-bit-nên-có-thể-đo-nhiệt-độ-với nhiều IC DS18B20-mà-chỉ-cần-một-đường-dây-dẫn-để-giao-tiếp-với-IC - Sai số đo thấp +5 - Giải nhiệt độ đo lớn - Dòng-tiêu-thụ-tại-chế-độ-nghỉ-rất nhỏ - Có thể-cấp-nguồn-lấy-từ-nguồn-ngồi-hoặc-là-lấy-từ-dây-data 3.3.2 Nhược điểm - Độ-bền-thấp-vì-khơng-chịu-được-nhiệt-độ-cao - Nội-dung-báo-cáo-còn-thiếu-sót,-chưa-hồn-thiện. Thuật-tốn-được-sử-dụng-còn-chưa-được-tối ưu - Trong-q-trình-thực-hiện-đề-tài-còn-gặp-khó-khăn-trong việc sử dụng tài liệu nước ngồi 38 KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu phân tích tài liệu trường, nhóm chúng em trình bày nội dung: “Thiết kế lập-trình-chức-năng-đọc-giá-trị-cảm-biến-nhiệt-độ DS18B20 sử dụng KIT easyAVR V7, hiển thị LCD giao tiếp truyền thơng với máy tính qua chức năng-UART-“-cụ-thể-và-chi-tiết-nhất-có-thể.-Q trình làm mạch thiết kế mạch đem lại-cho-mỗi-thành-viên-trong-nhóm kinh nghiệm, kiến thức thực bổ ích chuyên-ngành-điện-tử-cũng-như vi điều khiển, sử dụng vào sống-thực-tế.-Trong-q-trình-nghiên-cứu nhóm tích cực nghiên cứu tìm hiểu dù q trình làm báo cáo gặp nhiều khó khăn thời-gian-lẫn-tài-liệu-tham-khảo Mặc dù nội dung báo cáo thiếu sót, mạch chưa thể chạy ổn định, thuật tốn sử dụng chưa-được-tối-ưu-nhưng-kết-quả-là-kết-quả-mơ-phỏng-và-mạch hoạt động với u cầu đặt cũng-đã-là-một-thành-cơng-của-nhóm,-là-động-lực-cho thành viên nhóm tích cực-nghiên-cứu-và-ngày-càng-hồn-thiện-khả-năng thân.-Nhóm-đã-đáp-ứng-đầy-đủ-4-nội-dung-u-cầu-của-đề tài: - Lập trình chức-năng-giao-tiếp-đọc-giá-trị-nhiệt-độ-mơi-trường-bằng chức giao tiếp-truyền-thơng-one-–-wire-với-IC-DS18B20. Hiển-thị-được-giá-trị-nhiệt-độ-lên-màn-hình-LCD. Cấu-hình-ngưỡng-cảnh-báo-nhiệt-độ-mức-cao -mức-thấp Sử-dụng-phím-bấm-để-xuất-dữ-liệu-nhiệt-độ-đo-được-lên-máy-tính qua UART 39 thông TÀI LIỆU THAM KHẢO Datasheet ATMEGA32 http://www.atmel.com/Images/Atmel-8155-8-bit-MicrocontrollerAVRATmega32A_Datasheet.pdf Datasheet LCD https://www.sparkfun.com/datasheets/LCD/ADM1602K-NSWFBS-3.3v.pdf Datasheet DS18B20 https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS18B20.pdf HOCAVR.COM http://www.hocavr.com/ Datasheet Easy AVR V7 40 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 41 ... THÁI NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẢM BIẾN DS18B20 HIỂN THỊ MÀN HÌNH LCD VÀ TRUYỀN THƠNG DỮ LIỆU GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH Nhóm thực hiện: Lớp: Giáo viên hướng dẫn: Nhóm 20 Hồ Văn Hơn Phan Thị Thu Hường Nguyễn... IC DS1 820 12 EasyAVR V7 cung cấp ổ cắm riêng (TS1) cho DS1 820 Dây kết nối với vi điều-khiển-được-kết-nối-thông-qua-chân-J18.-EasyAVR-V7-cho phép bạn thiết lập truyền-thơng-1-wire-giữa-DS1 820- và-vi-điều-khiển-thơng-qua-chân... khối IC DS18B20 1.3.1.2 Thanh ghi liệu Mỗi-DS18B20-đều-có-mã-định-danh-với-độ-lớn-64-bit-duy-nhất lưu ROM - bit-thấp-nhất-của-ROM-chứa đựng mã quy ước họ dòng đo nhiệt độ dây DS18B20 với mã 28h