"PIC16F877A là một vi điều khiển 8-bit của Microchip, có thể được sử dụng để thiết kế các ứng dụng điều khiển cơ bản. Nó có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị như máy tính, máy in, máy quét, máy đọc thẻ, máy tính bảng và các thiết bị điều khiển khác. IC chuyên dụng AD7730 là một IC để đo điện áp và dòng điện. Nó có thể được sử dụng để đo điện áp từ 0 đến 5V và dòng điện từ 0 đến 20mA. IC này cũng có thể được sử dụng để đo các thông số điện như điện áp, dòng điện, công suất, và các thông số điện khác."
Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2012 Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Mục lục DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU – LƯU ĐỒ LỜI CẢM ƠN NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài .7 1.2 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SƠ LÝ LUẬN .8 2.1 Các phương pháp định lượng 2.2 Cảm biến trọng lượng Loadcell 2.3 Các linh kiện sử dụng mạch 12 2.3.1 IC AD7730 .12 2.3.2 LCD HD44780 16x2 20 2.3.3 Vi điều khiển PIC 16F877A .30 2.3.4 IC TL082 47 2.3.5 IC nguồn 7805 49 2.3.6 IC nguồn 7905 50 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ - THI CÔNG 52 3.1 Sơ đồ khối 52 3.2 Sơ đồ nguyên lý 53 3.3 Tính tốn khối khuếch đại 54 3.4 Lưu đồ chương trình 55 3.5 Chương trình .57 3.6 Sơ đồ mạch in 63 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐỀ NGHỊ 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Danh mục hình vẽ Hình 2.1 Cân đòn cân Hình 2.2 Cấu tạo Strain gage Hình 2.3 Mạch cầu Wheatstone 10 Hình 2.1 Cấu tạo bên loadcell nguồn cấp 11 Hình 2.5 Một số dạng Loadcell 12 Hình 2.2 Loadcell UWE dạng 12 Hình 2.7 Sơ đồ chân IC AD7730 13 Hình 2.8 Sơ đồ kết nối Loadcell DC với IC AD7730 14 Hình 2.9 Giản đồ xung trình đọc liệu từ IC AD7730 17 Hình 2.10 Giản đồ xung trình ghi liệu từ IC AD7730 .18 Hình 2.11 Hình dáng loại LCD thơng dụng 20 Hình 2.12 Sơ đồ chân LCD 21 Hình 2.13 Cấu hình bên PIC 16F877A .33 Hình 2.14 Sơ đồ khối bên PIC 16F877A 34 Hình 2.15 Sơ đồ chân PIC 16F877A 35 Hình 2.16 Kết nối SPI 39 Hình 2.17 Truyền liệu SPI .39 Hình 2.18 Sơ đồ khối ADC PIC 16F877A 43 Hình 2.19 Định dạng cặp ghi lưu kết 46 Hình 2.20 Sơ đồ chân TL082 48 Hình 2.21 Sơ đồ chân IC 7805 .49 Hình 2.22 Sơ đồ chân IC 7905 .50 Hình 3.1 Sơ đồ mạch khuếch đại vi sai 54 Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Danh mục bảng biểu Bảng 2.1 Thông số Loadcell UWE 12 Bảng 2.2 Các giá trị điện áp vào 12 Bảng 2.3 Chức chân IC AD7730 13 Bảng 2.4 Chức bit ghi giao tiếp 14 Bảng 2.5 Các lựa chọn bit RS2 – RS0 15 Bảng 2.6 Chức bit ghi trạng thái .15 Bảng 2.7 Chức bit ghi chế độ 17 Bảng 2.8 Giá trị byte W,Y,Z trình đọc ghi 20 Bảng 2.9 Chức chân LCD .21 Bảng 2.10 Chức RS RW theo mục đích sử dụng 22 Bảng 2.11 Bảng mã ký tự (ROM CODE A00) 24 Bảng 2.12 Tập lệnh LCD 24 Bảng 2.13 Điều kiện hoạt động giới hạn LCD 28 Bảng 2.14 Điều kiện hoạt động bình thường LCD .28 Bảng 2.15 Các đặc điểm PIC 16F877A 32 Bảng 2.16 Chức chân TL082 48 Bảng 2.17 Giá trị tới hạn TL082 49 Bảng 2.18 Chức chân 7805 49 Bảng 2.19 Giá trị tới hạn 7805 .50 Bảng 2.20 Chức chân 7905 50 Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn kết toàn nỗ lực thân em suốt thời gian theo học trường, toàn lực em bắt tay vào q trình nghiên cứu Để thành cơng ngày hôm chúng em không quên giúp đỡ giảng dạy nhiệt tình Thầy cô Bộ môn Điện – Điện Tử - Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Các Thầy đội ngũ trước am hiểu lĩnh vực khoa học kỹ thuật tận tình giảng dạy giúp chúng em hoàn thành nhiều đề tài hay có ứng dụng nhiều thực tế Và khơng thể kể đến thành công em ngày hôm nhiệt huyết tận tình hướng dẫn Thầy Trương Ngọc Anh Thầy em qua ngày khó khăn q trình nghiên cứu dẫn Thầy niềm động lực lớn chúng em Và cuối em xin ghi ơn công lao cha mẹ sinh cho chúng em ăn học đến ngày hôm để có hội tiếp cận với lĩnh vực khoa học, nhờ động viên thường xuyên quan tâm đủ mặt phía gia đình động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, chán nản để chúng em tâm hoàn thành tốt đề tài Chúng em xin cảm ơn đến người bạn thân không ngại chia kinh nghiệm làm đề tài hỗ trợ cơng việc để giúp nhóm em hồn thành tốt đề tài Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Cân thiết bị áp dụng nhiều nhà máy sản xuất Với yêu cầu định lượng sản phẩm cách xác đưa vào trình sản xuất Từ yêu cầu thực tế lòng đam mê nghiên cứu hệ thống cân nên em mạnh dạn chọn đề tài “THIẾT KẾ CÂN DÙNG PIC16F877A VÀ IC CHUYÊN DỤNG AD7730” để làm đề tài ĐỒ ÁN cho Trong trình thực đề tài, em nỗ lực hết sức, nhiên không tránh khỏi thiếu sót nội dung trình bày báo cáo hiểu biết thành em đạt suốt trình nghiên cứu hướng dẫn nhiệt tình thầy Trương Ngọc Anh Chúng em xin cam đoan rằng: nội dung trình bày báo cáo đồ án chép từ công trình có trước Nếu khơng thật, em xin chịu trách nhiệm trước nhà trường TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực (ký tên ghi họ tên) Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 1.1LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Nhằm muốn khám phá tị mị, u thích tìm hiểu thiết bị có giá trị đầu Analog Nên đề tài em chọn giao tiếp PIC16F877A với loadcell Để tìm hiểu nghiên cứu thêm cách thức giao tiếp Trong đề tài em sử dụng IC chuyên dụng cho Loadcell, sử dụng giao thức truyền liệu SPI 1.2 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI: Vì em sử dụng Loadcell 6Kg nên khối lượng tối đa mà loadcell cân 6Kg Và độ phân giải 1gram Nếu có kiện em cải tiến để có độ phân giải cân nhỏ đến mức Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ LUẬN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG 2.1.1 Khối lượng vật thể Khối lượng thước đo lượng nhiều hay hay mức độ đậm đặc (lỗng hay đặc) vật chất chứa vật thể Khối lượng hiểu phổ thông sức nặng vật mặt đất Khối lượng vật tính từ tích phân tồn thể tích vật m = ∫ ρ dV ρ với khối lượng riêng (Nguồn: wikipedia.org) Đơn vị tiêu chuẩn đo khối lượng kilogam (kg) Trọng lượng trường hợp công thức Dưới tác dụng sức hút trái đất, vật có khối lượng chịu tác dụng trọng lượng P = m.g ; g gia tốc trọng ≈ trường 9,8 m/s2 số cố định khu vực Các phương pháp đo khối lượng dựa vào quan hệ Có nhiều phương pháp xác định khối lượng vật, từ cổ điển đến đại Tuy nhiên điều sai số điều khó tránh khỏi thiết bị cân khối lượng có cấu tạo đơn giản, thiết bị cân điện tử khắc phục nhược điểm Sau vài cách thức xác định khối lượng vật 2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng vật Cân đòn cân: khối lượng chưa biết đặt đĩa cân Các cân hiệu chỉnh xác có kích thước khác đặt đĩa bên cân Khối lượng chưa biết tổng khối lượng cân đặt lên Hình 2.3 Cân địn cân Cân đồng hồ lò xo thực tế ứng dụng đo khối lượng thông qua dịch chuyển tác dụng trọng lực vật khối lượng m gây Khối lượng chưa biết đặt bàn cân lò xo hiệu chỉnh Lò xo di động lực đàn hồi lò xo cân với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết Lượng di động lò xo dùng để đo khối lượng chưa biết Ở cân đồng hồ thị kim, lượng di động lò xo làm kim quay thông qua cấu bánh với tỷ lệ hợp lý góc quay kim xác định khối lượng vật cần cân Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật, thiết bị cân điện tử đời để xác định khối lượng vật từ nhỏ đến khối lượng tương đối lớn như: cân phân tích, cân vàng, cân xe tải, dùng phổ biến đời sống, sản xuất Để có bàn cân điện tử với độ xác cao loại cảm biến trọng lượng (cảm biến lực) sử dụng với thiết bị Các cảm biến trọng lượng dùng việc đo khối lượng sử dụng phổ biến Loadcell Đây kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào phận đàn hồi, lượng di động phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết 2.2 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL) 2.2.1 Cấu tạo Loadcell Loadcell gồm vật chứng đàn hồi, khối nhôm thép không rỉ xử lý đặc biệt, vật chứng có dán strain gage Khi vật chứng bị biến dạng tác dụng trọng lượng tác động vào loadcell có strain gage bị tác động Strain gage hay gọi cảm biến biến dạng gồm sợi dây dẫn có điện trở suất (thường dùng hợp kim Niken) có chiếu dài l có tiết diện s, cố định phiến cách điện hình sau: Hình 2.4 Cấu tạo Strain gage Khi đo biến dạng bề mặt dùng Strain gage, người ta dán chặt strain gage lên bề mặt cần đo cho bề mặt bị biến dạng strain gage bị biến dạng Các strain gage dùng để đo lực, đo momen xoắn trục, đo biến dạng bề mặt chi tiết khí, đo ứng suất,…và dùng để lắp mạch cầu Wheatstone để chế tạo loadcell 2.2.2 Mạch cầu Wheatstone Loadcell hoạt động dựa nguyên lý cầu điện trở cân Wheatstone Mạch cầu Wheatstone dùng để chuyển đổi thay đổi điện trở (thay đổi điện trở strain gage) tác dụng lực thành thay đổi điện áp đường chéo cầu Đồ án II: Thiết kế cân điện tử Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Hình 2.5 Mạch cầu Wheatstone Trong sơ đồ Rx = Ro + ∆R, ∆U = V+ − V− , ta có: R + ∆R ∆R ∆U = − .Vcc = Vcc ( ) R + ∆ R 2 R + ∆ R Nếu ∆R ∆U =