lập trình từ a đến z đo nhiệt độ môi trường và cảnh báo sử dụng vi điểu khiển mc8051, phím ấn, màn hình lcd, cảm biến nhiệt lm35, bộ chuyển đổi adc0808 lập trình bằng ngôn ngữ asambly. đồ án ngành kĩ thuật và tự động hóa, vi điều khiển và ứng dụng
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN I Đề tài: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CẢNH BÁO SỬ DỤNG CẢM BIẾN LM35 LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG Sinh viên thực MSSV: Lớp: Khóa: Hà Nội 31/12/2019 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ VÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG Tổng quan mạch điều khiển nhiệt độ Giới Thiệu Về Các Linh Kiện Sử Dụng 1.2.1 AT89s52 Cảm biến nhiệt độ LM35 Màn hình LCD 1.2.4 ADC0808 10 IC ổn áp LM317 14 Các linh kiện khác: 14 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠCH PHẦN CỨNG .17 Sơ đồ khối: 17 Sơ đồ nguyên lý: 17 Q Trình Thi Cơng .Error! Bookmark not defined CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM 22 Sơ lược phần mềm sử dụng: 22 Phần mềm Proteus 8.7: 22 Phần mềm Altium 23 Phần mềm lập trình Kei 23 3.2 Lưu đồ thuật toán Error! Bookmark not defined CHƯƠNG IV: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THIẾT BỊ 4.1 Phần chạy mô phỏng… 27 KẾT LUẬN 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 MỞ ĐẦU Thế kỷ 21 mở thời đại mới, thời đại khoa học cơng nghệ đòi hỏi người ln ln khơng ngừng tìm tòi học hỏi để phát triển tiến Với nhảy vọt khoa học , kỹ thuật điện- điện tử, mà thời gian ngắn đạt thành tựu to lớn hầu hết lĩnh vực đời sống xã hội.Thiết bị công nghệ ngày đổi để góp phần nâng cao chất lượng sống.Ngày thiết bị vi điều khiển có ứng dụng rộng rãi với ưu điểm nhỏ gọn ,linh hoạt điều khiển rộng rãi.Vi điều khiển ngày chiếm lĩnh đóng vai trò quan trọng kỹ thuật điều khiển tự động hóa Giờ đây, nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ưu(thời gian, khơng gian, giá thành) bảo mật,tính chủ động linh hoạt cơng nghệ… ngày đòi hỏi khắc khe việc đưa công nghệ lĩnh vực chế tạo mạch điều khiển điện tử, để đáp ứng nhu cầu cấp thiết khoa học kỹ thuật điện -điện tử Kỹ thuật vi điều khiển phát triển,nó đáp ứng nhu cầu nhiều ngành lĩnh vực sản xuất cơng nghiệp, tự động hóa ,trong đời sống…So với kỹ thuật số kỹ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn, tập hợp lại có khả lập trình để điều khiển nên tiện dụng động.Với tính chất ưu việc đó, đề tài em sử dụng vi điều khiển đo nhiệt độ đồng thời hiển thị lên LCD Đề tài thiết kế dựa kiến thức học,sách tham khảo số nguồn tài liệu khác Tuy nhiên thời gian trình độ có hạn nên em khơng tránh khỏi sai sót Vì mong thầy,cơ góp ý xây dựng giúp đỡ để hoàn thành đề tài!Em xin chân thành cảm ơn Để thực nội dung báo cáo gồm chương, cụ thể: Chương 1: Tổng quan mạch điều khiển nhiệt độ linh kiện sử dụng Chương 2:Tổng quan mạch phần cứng Chương 3: Chương trình phần mềm Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘVÀ CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG Tổng quan mạch điều khiển nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý gắn liền với sống Nó tác động đến người mặt sống Và lĩnh vực sản xuất vậy,nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp tới trình vận hành, sản xuất Trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp nhiệt độ có tác động trực tiếp đến chất lượng sản phẩm đầu q trình gia cơng hàn vật liệu, nhiệt độ ảnh hưởng tới độ xác,tính giãn nở nhiệt vật liệu Trong q trình nung nóng,sấy nung gạch men nhiệt độ ảnh hưởng tới chất lượng độ cứng,độ dẻo, màu sắc sản phẩm đầu Trong y học nhiệt độ ảnh hưởng tới kết nghiên cứu chữa bệnh Trong sống nhiệt độ ảnh hưởng tới chất lượng bảo quản lương thực thực phẩm Trong nông nghiệp bạn nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp tới thành suất nơng nghiệp Với yếu tố em xin thiết kế đề tài ổn định nhiệt độ với khoản nhiệt độ ổn định điều khiển -55đến 150 độ C dùng cảm biến LM35,sử dụng vi điều khiển AT89s52 hiển thị lên LCD Ưu điểm cảm biến LM35: loại cảm biến nhiệt có giá thành tương đối rẻ có nhiều thị trường, có khoảng đo phù hợp với yêu cầu đề tài AT89s52: loại chip vi điều khiển đơn giản dễ tiếp cận,nó có ưu điểm giá thành tương đối rẻ,điều khiển ổn định xác phổ biến thị trường Giới Thiệu Về Các Linh Kiện Sử Dụng Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 1.2.1 AT89s52 Hình 1: Ảnh thực tế AT89s52 AT89s52 dòng vđk phổ biến dễ tiếp cận cho người (khả sử lý đủ để xử lý ứng dụng bản, gồm 40 chân, nhớ đủ cho hầu hết ứng dụng thông thường) Cấu trúc tổng quát AT89s52: K Flash ROM 128 Bytes RAM port nhập xuất bit (I/O port) định thời 16 bits (Timers) Mạch giao tiếp nối tiếp (serial port) chiều Bộ điều khiển ngắt xử lý nguồn yêu cầu ngắt có nguồn ngắt ngồi, nguồn ngắt bên từ hai timer nguồn ngắt từ kênh nối tiếp Mức độ ưu tiên ngắt quy định cụ thể 64KB không gian nhớ chương trình ngồi 64KB khơng gian nhớ liệu ngồi 210 bits địa hóa Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Bộ nhân/chia us (với tần số thạch anh 12Mhz) Sơ đồ chân AT89s52 Hình 2: Datasheet AT89s52 Để vxl hoạt động ta cần cấp nguồn cho vxl Ngồi thêm vào dao động thạch anh Hình 3: PIC16F877A gắn thạch anh Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Cảm biến nhiệt độ LM35 Hình 4:Cảm biến LM35 Hình 4: Cảm biến LM35 Nguyên lý hoạt động chung IC đo nhiệt độ: IC đo nhiệt độ mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt đo chuyển thành tín hiệu điện dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính nhạy bán dẫn với nhiệt độ tạo điện áp dòng điện, tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đo tín hiệu điện ta biết giá trị nhiệt độ cần đo.Sự tác động nhiệt độ tạo điện tích tự lổ trống chất bán dẫn Bằng phá vỡ phân tử, bứt electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo xuất lỗ trống Làm cho tỉ lệ điện tử tự lổ trống tăng lên theo qui luật hàm mũ với nhiệt độ IC cảm biến nhiệt LM35: Hình 5: Hình dạng sơ đồ chân IC cảm biến nhiệt độ LM35 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Các đặc điểm tính chất quan trọng LM35 LM35 cảm biến tích hợp dùng để đo nhiệt độ với tín hiệu đầu tỉ lệ với nhiệt độ Celsius (bằng C ) LM35 cho phép đo nhiệt độ xác nhiều so với nhiệt trở, cặp nhiệt điệnv.v… Là cảm biến định đối tượng q trình Oxy hố … LM35 tạo điện áp cao mà không cần khuếch đại Hệ số thang chia độ 0,01V/1 0C (tức độ biến thiên theo nhiệt độ) Nó khơng u cầu kiểm tra bên hay xếp trì độ xác 0,40 nhiệt độ phòng (250C) 0,80 C dãy nhiệt độ từ C 00 C 1000 C Đặc tính quan trọng khác LM35DZ chịu đựng dòng tối thiểu 60μA từ nguồn cung cấp Đặc biệt ta nung cảm biến dẫn đến nhiệt độ tăng lên mơi trường chân khơng 0,1 C Đặc tính điện Theo thông số nhà sản xuất LM35DZ, quan hệ nhiệt độ điện áp ngõ sau: 0,01*T 0C V out Dòng điện đầu khoảng 10mA Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0→1280C, ta có biến thiên điện áp ngõ là: o Ở C điện áp ngõ V 0V out o Ở 100 C 1V điện áp ngõ Vout o Ở 128 C điện áp ngõ Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ đến 150 Chi tiết bạn xem datasheet Màn hình LCD: Hình 7:LCD 16X2 Hình 6: Sơ đồ chân LCD Chức chân: Chân Ký hiệu Vss VDD Chân cấp nguồn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển VEE Điều chỉnh độ tương phản LCD RS Mô tả Chân nối đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch điều khiển Chân chọn ghi (Register select) Nối chân RS với logic “0” 16 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Thạch anh sử dụng rộng rãi, đâu có giá thành rẻ, khoảng vài nghìn Ứng dụng thạch anh điện tử đa phần để tạo tần số ổn định tần số thạch anh tạo bị ảnh hưởng nhiệt độ mạch dao động RC… Biến trở: Hình 13: Biến trở 10K - Biến trở volume 10K sử dụng rộng rãi mạch công suất, âm li Có tên tiếng Anh potentionmeter - Biến trở volume 10K hoạt động điện trở có khả thay đổi trở kháng vặn núm điều chỉnh - Biến trở volume 10K có chân, chân ngồi nối vào Vcc Gnd, chân cho giá trị điện áp nằm khoảng 0(V) -> Vcc (V) 17 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MẠCH PHẦN CỨNG Sơ đồ khối: Sơ đồ nguyên lý: 18 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Hình 14: Sơ đồ nguyên lý vẽ Altium Designer 18 Cảm biến LM35 quy đổi trực tiếp thay đổi nhiệt độ môi trường thành thay đổi điện áp Với giải thang đo phía phân tích tang độ C điện áp LM35 +10mV Có nghĩa đo nhiệt độ LM35 từ đến 150 độ C tương ứng với giải điện áp đầu đến 1,5V (khơng thể đo hồn tồn vùng nhiệt độ cho phép cảm biến) Do độ phân giải Lm35 10mV ta điều chỉnh kích thước bước ADC 10mV cách điều chỉnh Vref=2,56 18 Hình Khối nguồn Hình 15:16: Shematic Altium 19 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Hình 17: Khối thạch anh reset Hình 18: PCB Altium 20 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Hình 19: Mạch in Tính tốn thiết kế: Chúng ta đo nhiệt độ từ 0-150, thay -55 đến 150 độ C, tức điện đầu LM35 từ 0-1,5 V, Vin ADC Cơng thức tính điện áp chuyển đổi sang dạng số ADC: ADC0808_DATA = (Vin⁄Vref)*255 Từ tính Vin = (ADC0808_DATA * Vref)/255 21 Mạch đo nhiệt độ sử dụng AT89s52 Từ tính nhiệt độ temp = Vin/100 Khi cho Vref = 2,55 V kết temp = ADC0808_DATA Cơng thức tính điện áp chuyển đổi: Vin = (Vref*ADC)⁄256 Do độ phân giải ADC0808 8bit lên có 256 mức điện áp so với Vref Tức ta cấp vào Vref 5V tín hiệu input vào 2.5V chẳng hạn giá trị ADC = 256⁄2 = 128 (do Vin = 1⁄2 Vref) từ suy Vref = 2.56V để ADC=25 điện áp đầu vào input phải 250mV => Cứ tăng/giảm 10mV ADC tăng/giảm giá trị Mà cảm biến nhiệt độ LM35 lại có ngõ 10mV thay đổi độ C suy ADC=25 LM35 25 độ C Với cách ta khơng cần phải tính tốn giá trị nhiệt độ sau chuyển đổi mà xuất ln giá trị ADC hình LCD Các thơng số LM317 Điện áp vào Vin