Đo và điều khiển lò ấp trứng gà hiển thị LCD

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MƠN: VXL Số : ……… Nhóm sinh viên thực : Khoá : 12…………………… Khoa : Điện TT Họ tên Nguyễn Thế Bách Nguyễn Thành Đạt Nguyễn Văn Huy Nguyễn Văn Thành Hồng Cơng Trung Mã số sinh viên 1141240096 2017600175 2017601030 2017600554 2017600501 I NỘI DUNG Đề tài:”Đo điều khiển nhiệt độ lò ấp trứng gà hiển thị LCD” II.PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu nội dung: - Nhóm sinh viên từ 1- người - Được chọn nội dung toán thực tiễn, tự chọn tốn cơng nghệ để xây dựng chương trình vi điều khiển - Các đề tài chọn phải đảm bảo khai thác tối thiểu tài nguyên VĐK sau + Đầu vào phải sử dụng đọc tín hiệu tương tự + Hiển thị phải sử dụng LED LCD +Về thuật toán điều khiển tối thiểu phải thực chế độ on/off cảnh báo Yêu cầu bố cục: 1/ Tổng quan dòng vi điều khiển sử dụng thị trường so sánh với 8051/8052 học (2 trang, đưa dạng so sánh, dạng bảng) 2/ Thiết kế mạch điều khiển sử dụng VĐK 8051/8052 (5-trang) Tổng quát: - Chọn giới thiệu tốn thực tiễn có hình ảnh, biến cần điều khiển, yêu cầu biến điều khiển - Vẽ sơ đồ khối hệ thống, giới thiệu khối Phần cứng: - Tính chọn thiết bị hệ thống - Vẽ sơ đồ nguyên lý Phần mềm: - Lên danh mục việc VĐK phải làm - Xác định cấu trúc chương trình- phân bổ cơng việc vào chương trình, chương trình con, chương trình ngắt hợp lý - Xác định bảng biến cho chương trình, viết lưu đồ thuật tốn - Viết chương trình C 3/ Mô hệ thống phần mềm Proteus 4/ Phân tích nhận xét kết (1 trang) Yêu cầu thời gian : Ngày giao đề /05/2020 Ngày hồn thành : 06 /2020 Chó ý: Ngoài nội dung hướng dẫn lớp sinh viên có câu hỏi, thắc mắc q tr×nh làm tập lớn gửi địa : ttly.haui@gmail.com Trước bảo vệ tập lớn sinh viên phải nộp: File mềm gồm file trình bày tập lớn file mô Quyển in khổ giấy A4 Hà nội ngày….tháng …05 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn Trưởng mơn Chương 1:Tổng quan dịng vi điều khiển 1.Tổng quan dòng vi điều khiển sử dụng thị trường 1.1 Vi điều khiển ? Một vi điều khiển so sánh với máy tính độc lập nhỏ; thiết bị mạnh mẽ, có khả thực loạt tác vụ lập trình sẵn tương tác với thiết bị phần cứng bổ sung Được đóng gói mạch tích hợp nhỏ (IC) có kích thước trọng lượng thường khơng đáng kể, trở thành điều khiển hoàn hảo cho robot máy cần số loại tự động hóa thơng minh Một vi điều khiển đủ để quản lý robot di động nhỏ, máy giặt tự động hệ thống bảo mật Một số vi điều khiển chứa nhớ để lưu chương trình thực thi nhiều dòng đầu vào / đầu sử dụng để hoạt động chung với thiết bị khác, đọc trạng thái cảm biến điều khiển động 1.2 Vi điều khiển 8051 Vi điều khiển 8051 họ vi điều khiển bit Intel phát triển vào năm 1981 Đây họ vi điều khiển phổ biến sử dụng toàn giới Bộ vi điều khiển gọi hệ thống chip có 128 byte RAM, 4Kbyte ROM, Timers, cổng nối tiếp cổng chip CPU hoạt động cho bit liệu thời điểm 8051 xử lý bit Trong trường hợp liệu lớn bit, phải chia thành phần để CPU xử lý dễ dàng Hầu hết nhà sản xuất có chứa 4Kbyte ROM số lượng ROM vượt 64 K byte 1.3 Vi điều khiển ARM Bộ xử lý ARM họ CPU dựa kiến trúc RISC (máy tính tập lệnh giảm) phát triển Advanced RISC Machines (ARM) ARM tạo xử lý đa lõi RISC 32 bit 64 bit Bộ xử lý RISC thiết kế để thực số lượng nhỏ loại hướng dẫn máy tính để chúng hoạt động tốc độ cao hơn, thực thêm hàng triệu phép tính giây (MIPS) Bằng cách loại bỏ phép tính khơng cần thiết tối ưu hóa lộ trình, xử lý RISC mang lại hiệu suất vượt trội phần nhu cầu lượng quy trình CISC (tính tốn tập lệnh phức tạp) Bộ xử lý ARM sử dụng rộng rãi thiết bị điện tử khách hàng điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy nghe nhạc đa phương tiện thiết bị di động khác, chẳng hạn thiết bị đeo Do tập lệnh giảm xuống , chúng cần bóng bán dẫn hơn, cho phép kích thước nhỏ mạch tích hợp (IC) Bộ xử lý ARM, kích thước nhỏ giảm độ khó chi phí điện thấp khiến chúng phù hợp với thiết bị ngày thu nhỏ 1.4 Vi điều khiển PIC Bộ điều khiển giao diện ngoại vi (PIC) vi điều khiển phát triển Microchip, vi điều khiển PIC nhanh đơn giản để thực chương trình đối chiếu vi điều khiển khác 8051 Dễ dàng lập trình giao tiếp với thiết bị ngoại vi khác PIC trở thành vi điều khiển thành công PIC vi điều khiển bao gồm RAM, ROM, CPU, đếm thời gian, đếm, ADC (bộ chuyển đổi tương tự sang số), DAC (bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự) Vi điều khiển PIC hỗ trợ giao thức CAN, SPI, UART để giao tiếp với thiết bị ngoại vi bổ sung PIC chủ yếu sử dụng để sửa đổi kiến trúc Harvard hỗ trợ RISC (reduced instruction set computer) theo yêu cầu RISC Harvard, đơn giản PIC nhanh điều khiển dựa 8051 chuẩn bị từ kiến trúc VonNewman 1.5 Vi điều khiển AVR Bộ vi điều khiển AVR phát triển vào năm 1996 Tập đoàn Atmel Thiết kế cấu trúc AVR phát triển Alf-Egil Bogen Vegard Wollan AVR lấy tên từ nhà phát triển viết tắt vi điều khiển Alf-Egil Bogen Vegard Wollan RISC, gọi Advanced Virtual RISC AT90S8515 vi điều khiển ban đầu dựa kiến trúc AVR, vi điều khiển tung thị trường thương mại AT90S1200 năm 1997 Vi điều khiển AVR có sẵn ba loại TinyAVR: – Bộ nhớ hơn, kích thước nhỏ, phù hợp dành cho ứng dụng đơn giản MegaAVR: – Đây thiết bị phổ biến chủ yếu có dung lượng nhớ tốt (lên tới 256 KB), số lượng thiết bị ngoại vi sẵn có cao thích hợp cho ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp XmegaAVR: – Được sử dụng thương mại cho ứng dụng phức tạp, cần nhớ chương trình lớn tốc độ cao 1.6 So sánh khác chip: Chương 2: Thiết kế mạch điều khiển sử dụng vi điều khiển 8051 2.1 Giới thiệu đề tài: Đề tài thiết kế mạch sử dụng vi điều khiển điều chỉnh nhiệt độ lò ấp trứng 2.1.2 Tổng quan lò ấp trứng đơn giản: Để làm máy ấp trứng cần thiết bị sau: Bộ điều khiển nhiệt độ Một bóng đèn 40W Một thùng xốp dài 60cm, rộng 45cm, cao 40cm Một quạt thơng gió loại nhỏ Một ca đựng nước 2.1.3 Yêu cầu lò ấp trứng: Để tạo máy ấp trứng gà cần đáp ứng yêu cầu sau: - Đảm bảo nhiệt độ thích hợp (37-38°C ) ổn định - Đảm bảo độ ẩm từ 50-80% - Đảm bảo thông gió thống khí nơi tủ ấp - Đảm bảo đảo trứng thường xuyên (1-3h lần) 2.1.4 Các biến cần điều khiển yêu cầu biến điều khiển: Với lò ấp trứng ta cần điều khiển thiết bị quạt thơng gió bóng đèn để cấp nhiệt cho lị ấp - Bóng đèn cung cấp nhiệt cho lò ấp: điều khiển vi xử lý Bóng đèn cần bật nhiệt độ lò ấp chưa đạt tới nhiệt độ đặt, bóng đèn tắt nhiệt độ lị ấp vượt q nhiệt độ đặt - Quạt thơng gió: quạt bật liên tục hệ thống hoạt động để lưu thơng khí ẩm tồn lò ấp 2.1.5 Sơ đồ khối hệ thống: Khối cảm biến nhiệt độ Vi điều khiển Mạch điều khiển nhiệt độ Khối hiển thị - Khối cảm biến nhiệt độ: khối có chức đo nhiệt độ bên lị ấp trứng sau đưa vào vi điều khiển - Vi điều khiển: Đọc giá trị nhiệt độ từ cảm biến xử lý thông tin để đưa khối hiển thị mạch điều khiển nhiệt độ - Mạch điều khiển nhiệt độ: Điều khiển quạt thơng gió bật tắt bóng đèn để giữ nhiệt độ lị ấp nằm khoảng setpoint - Khối hiển thị: Hiển thị nhiệt độ đặt nhiệt độ lị ấp 2.1.6 Tính chọn thiết bị hệ thống: Vi điều khiển 8051: AT89S51-24PU DIP40 Tính năng: - Tính tốn phép tốn logic - Lập trình điều khiển nhiều thiết bị - Dùng mạch điều khiển Thông số kỹ thuật: - Điện áp đến 5.5V - Tần số Hz đến 33Mhz - Timer/Counters 16-bit - ngắt: Reset, ngắt 0, Timer 0, ngắt ngồi 1,Timer 1, ngắt truyền thơng Cảm biến nhiệt độ DS18B20 DS18B20 IC cảm biến nhiệt độ, bao gồm chân, đóng gói dạng TO-92 chân nhỏ gọn DS18B20 giao tiếp thông qua giao thức dây dẫn với vi xử lý Đặc điểm DS18B20 sau: - Điện áp nuôi từ 3V đến 5.5V - Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải 12bit - Ngưỡng nhiệt độ rộng: -55°C đến 125°C - Sai số cho phép: ±0.5°C Màn hình LCD: Màn Hình LCD 1602 Thơng số kỹ thuật: - Điện áp hoạt động 5V Kích thước 80x36x12.5 mm Chữ đen,nền xanh Hiển thị tối đa 16 ký tự dòng Thạch anh 12MHz Điện trở Điện trở 10 kW Nút nhấn chân Tụ điện Relay 12V chân Thông số kỹ thuật: - Điện áp điều khiển 12V - Dòng điện cực đại 10A - Thời gian tác động 10ms - Thời gian nhả hãm 5ms - Nhiệt độ hoạt động -45 đến 75 độ 10.Bóng đèn sợi đốt 40W Điện áp hoạt động 220V/50Hz 11 Nguồn 12V Điện áp vào 220 VAC Điện áp 12 VDC Dòng 5A 2.2 Mạch Sơ đồ nguyên lý: Bắt đầu Định nghĩa biến, khởi tạo cài đặt thông số LCD, DS18B20 Đọc nhiệt độ đặt Đọc giá trị nhiệt độ cảm biến DS18B20 Hiển thị nhiệt độ đặt nhiệt độ đo LCD9 Ye Sai Ngừng cấp nhiệt Đúng Nhiệt độ < nhiệt độ đặt độ cấp nhiệt 2.3 Phần Mềm A, Danh mục việc vi điều khiển cần làm : +Cấu hình vi điều khiển + Cấu hình LCD + Cấu hình Cảm Biến Nhiệt Độ DS18B20 + Đọc nhiệt độ từ DS18B20 + Thiết lập nhiệt độ đặt có ngắt + Hiển thị nhiệt độ nhiệt độ đặt hình LCD + Đưa tín hiệu điều khiển bật tắt mạch gia nhiệt Lưu Đồ Cho Vi Điều Khiển 8051 Start +Cấu hình vi điều khiển +Cấu hình LCD +Cấu hình DS18B20 +Cấu hình tài nguyên khác +Khởi tạo LCD +Khởi tạo DS18B20 + Đọc nhiệt độ từ cảm biến DS18B20 + Hiển Thị hình LCD While(1 ) s Ngắt Đ 10 Thực chương trình ngắt 2.4: Xác định cấu trúc chương trình phân bố cơng việc cho chương trình: A, Chương trình khởi tạo Cấp Nguồn +Cấm tất biến ngắt +Khởi tạo ngăn xếp +Khởi tạo ngoại vi +Khởi tạo biến số, số B, Chương trình ngắt Đợi ngắt INT EX0 Chương trình ngắt Có nhiệm vụ thực Các cơng việc cài đặt Nhiệt độ đặt cho lị ấp …… …… …… C, Chương trình SBR0 … … RET RET SBR1 … … RET 11 …… ………… SBR n … … RET  Các chương trình có nhiệm vụ : +, Tạo hàm delay +, Giao tiếp vi điều khiển với hình LCD +, Giao tiếp vi điều khiển với IC DS18B20 D, Lưu đồ thuật tốn cho chương trình • Lưu đồ thuật tốn cho hàm trễ ms • Lưu đồ thuật tốn cho hàm trễ us 12 • Lưu đồ thuật tốn giao tiếp với IC DS18B20 13 • Lưu đồ thuật tốn hình LCD 14 • Lưu đồ thuật toán ghi chuỗi ký tự LCD 2.5 Chương trình C cho hệ thống 15 16 17 18 19 Chương 3: Thiết kế mạch sử dụng 8051 Proteus  Các thiết bị có mạch mơ : +Vi xử lý AT89C51 +Tụ điện C1,C2 + LCD hiển thị LMO18L + Cảm biến nhiệt độ DS18B20 + AND,NOT +VSINE + RELAY +Điện trở RESPACK-8 + Biến Trở RV1 + Tụ thạch anh CRYBTAL +Nút Ấn + DIODE +Điện Trở +Transistor loại NPN 20 Chương 4: Phân tích nhận xét kết * Phân tích nhận xét kết quả: Với mạch đo điểu khiển nhiệt độ nhóm em thiết kế đề tài đáp ứng yêu cầu việc đo hiển thị khống chế nhiệt độ mong muốn Hệ thống hoạt động ổn định, độ xác cao phương pháp truyền thống Tuy nhiên hạn chế đề tài nghiên cứu chúng em ứng dụng nhiều lĩnh vực nên cần phải có vốn kiến thức tổng hợp để thiết kể sản phẩm hoàn chỉnh Hướng mở rộng đề tài: nghiên cứu thêm thuật toán sử dụng phương pháp điều khiển PID giúp cho việc điều chỉnh nhiệt độ bám sát vào nhiệt độ đặt hơn, độ xác cao Đây lần nghiên cứu vầ đề tài đo lường cảm biến sử dụng vi xử lý nên nhiều hạn chế kiến thức cách nhìn nhận vấn đề nên chúng em mong nhận nhận xét đánh giá cô để sản phẩm hoàn thiện 21