Điều khiển tưới nước theo nhiệt độ và thời gian sử dụng DS1307, LM35 hiển thị LCD

Điều khiển tưới nước theo nhiệt độ và thời gian sử dụng DS1307, LM35 hiển thị LCD Điều khiển tưới nước theo nhiệt độ và thời gian sử dụng DS1307, LM35 hiển thị LCD Điều khiển tưới nước theo nhiệt độ và thời gian sử dụng DS1307, LM35 hiển thị LCD

1 Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc Lập - Tự Do - Hạnh - Phúc - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề : Điều khiển tưới nước theo nhiệt độ thời gian sử dụng DS1307, LM35 hiển thị LCD Môn học : Vi xử lý Đo lường Điều khiển Nhóm STT Tên sinh viên Lê Duy Thái MSSV 1141240004 Lớp TĐH Khoá K11 Chu Văn Thái 1141240069 TĐH K11 Đào Quang Linh 1141240002 TĐH K11 Dương Xuân Quân 1141240007 TĐH K11 Lê Ngọc Duy 1141240012 TĐH K11 ĐỀ TÀI : Xây dựng ứng dụng tưới nước tự động theo nhiệt độ có hẹn  Khi nhiệt độ cao tới nước Đo nhiệt độ sử dụng LM35 thị lên LCD  Hẹn thời gian tưới nước Thời gian thực hiển thị lên LCD Việc chỉnh thực nút bấm điều chỉnh 1|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển Mục lục Mục lục CHƯƠNG 1: Tổng quan Vi xử lý Đo lường Điều khiển .4 1.1 Cấu trúc 8051 1.2 Các ngoại vi 8051 1.2.1 Nguồn cho 8051 hoạt động 1.2.2 Mạch dao động Reset 1.2.3 Các ngoại vi 8051 CHƯƠNG 2: Tổng quan mạch điều khiển tưới nước theo nhiệt độ thời gian sử dụng DS1307, LM35 hiển thị LCD 2.1 Mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 ADC0804 2.1.1 Nguyên lý số linh kiện phục vụ cho công việc đo lường 2.1.2 Bộ chuyển đối ADC0804 11 2.1.3 Nguyên lý đo chuyển đổi tương tự/số ADC 14 2.1.4 Cách ghép nối 15 2.2 Mạch thời gian thực DS1307 16 2.2.1 Cấu trúc sơ đồ chân DS1307 16 2.2.2 Giới thiệu giao tiếp I2C 17 2.2.3 Ghép nối DS1307 với vi điều khiển 21 2.3 Khối hiển thị LCD 22 2.3.1 Các bước điều khiển LCD .22 CHƯƠNG 3: Xây dựng ứng dụng sở 8051 .24 3.1 Lưu đồ thuật toán 24 3.1.1 Thuật toán khởi động động “ khoiđongdc()”: theo chế độ thời gian 25 3.1.2 Thuật toán Theo chế độ nhiệt độ .26 3.1.3 Thuật toán điều khiển tay 27 3.2 Chương trình điều khiển .28 3.3 Kết mô phỏng, thiết kế mạch nguyên lý Thực nghiệm mạch thực 40 3.3.1 Mạch mô dùng proteus 40 3.3.2 Sơ đồ mạch in 41 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN .42 2|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển CHƯƠNG 1: Tổng quan Vi xử lý Đo lường Điều khiển 1.1 Cấu trúc 8051 Hình 1.1 : Cấu trúc 8051  OSC: Bộ phát xung nhịp đồng cho hệ thống, max: 24Mhz -> định tốc độ xử lý 8051 (liên quan đến thời gian/lệnh, Timer, Interrupt sau này), ngày 128 Mhz (ARM)  ROM: Bộ nhớ chương trình 4K (lưu mã lệnh chương trình), ngày lên tới 128K: AVR 128, 1M: STM32F4 -> không cần quan tâm)  RAM: Bộ nhớ liệu 128 byte (lưu trữ liệu tạm thời, ghi đặc biệt), ngày lên tới 4K: AVR 128, 192K: STM32F4  Timer/Counter: Bộ đếm thời gian/bộ đếm xung  Interrupt Control: khối điều khiển ngắt  BUS Control: khối điều khiển Bus địa (Address Bus), Bus liệu (Address Data), Bus điều khiển (Control Bus)  I/O Port: Cổng vào/ra (P0, P1, P2, P3: bit ~ chân)  Serial port: Cổng truyền thông nối tiếp 3|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển Sơ đồ khối ý nghĩa chân 8051: Hình 1.2 : Sơ đồ chân 8051 Vi điều khiển 8051 có cổng vào\ra là: P0, P1, P2 P3  P (32-39): Port port xuất nhập 8-bit hai chiều  P 1(1-8): Port port xuất nhập 8-bit hai chiều  P port xuất nhập 8-bit hai chiều  P Port xuất nhập 8-bit hai chiều Port làm chức khác AT89C51 Các chức liệt kê sau: - P3.0 P3.1 RxD Ngõ vào Port nối tiếp TxD Ngõ Port nối tiếp 4|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển - P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 Ngõ vào ngắt Ngõ vào ngắt T0 Ngõ vào bên định thời T1 Ngõ vào bên định thời Điều khiển ghi nhớ liệu Điều khiển đọc nhớ liệu Các chân khác 8051: Vcc (chân 40): Chân cung cấp điện (5V)  GND (chân 20): Chân nối đất (0V)  Ngõ vào reset (chân 9) Mức cao chân chu kỳ máy dao động hoat động reset 8051  Mạch reset tác động tay tự động reset khởi động máy  X1 X2 (chân 18,19) hai ngõ vào cấu hình để dùng dao động chip  EA (chân 31): External Access - EA nối mass định code lưu nhớ - PSEN & ALE dùng cho ROM ngồi - Với 8051, 8031, 8032 /EA nối Vcc - “/”: định tác động mức thấp  PSEN (chân 29): Program Store Enable Output, cho phép truy xuất nhớ chương trình ngồi Nối tới chân /OE ROM/EPROM Khi thực thi chương trình ROM nội, /PSEN giữ mức  ALE (pin 30)：Address Latch Enable - Là chân output cho phép chốt địa để giải đa hợp (demultiplexing) bus liệu bus địa - ALE xuất tín hiệu để chốt địa (byte thấp địa 16-bit) vào ghi suốt nửa đầu chu kỳ nhớ (memory cycle) Trong nửa chu kỳ nhớ cịn lại, P0 xuất/nhập liệu - ALE có f=1/6fclock - Có ngoại lệ: thời gian thực thi lệnh MOVX, xung ALE bị bỏ qua 5|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển 1.2 Các ngoại vi 8051 1.2.1 Nguồn cho 8051 hoạt động 1.2.2 Mạch dao động Reset Chú ý :  Chân 31 (EA/VPP) VĐK 8051: Khi thiết kế mạch vi điều khiển không sử dụng nhớ ngồi để chứa chương trình (code) thực thi, cần nối chân (EA/VPP) lên nguồn dương (5V) Đây chân chọn nhớ lưu giữ chương trình thực thi vi điều khiển Khi nối lên +5V chọn thực thi chương trình từ nhớ flash bên VĐK  Trở treo cho PORT P0: Đối với VĐK 8051, sử dụng chân port P0 để điều khiển phải sử dụng trở treo cho chân port P0 Thường sử dụng trở băng 10k cho chân port P0  Đưa chân mạch nạp: Đây điều kiện để mạch hoạt động, thiết kế mạch nên vẽ thêm chân mạch nạp để 6|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển trình test code nạp trực tiếp onboard (chỉ dùng với dịng 89S có hỗ trợ chuẩn nạp ISP) tiện lợi nhiều bạn phải tháo chip vào, dễ làm gãy chân chip Hình 1.3 : IC AT89s52 1.2.3 Các ngoại vi 8051  Bàn phím Hex  Quét hình LED 7G  Chốt hình LED 7G  Giao tiếp với hình LCD  Ghép nối với ADC 0804  Ghép nối với DAC 0808  Điều khiển động bước  Ma trận LED  Các cảm biến 7|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển CHƯƠNG 2: Tổng quan mạch điều khiển tưới nước theo nhiệt độ thời gian sử dụng DS1307, LM35 hiển thị LCD 2.1 Mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 ADC0804 Nhiệt độ môi trường MẠCH ĐIỆN Khối hiển thị Khối điều khiển Hình 2.4 : Sơ đồ khối mơ đo nhiệt độ 2.1.1 Nguyên lý số linh kiện phục vụ cho công việc đo lường 2.1.1.1.Cảm biến nhiệt độ LM35 Hình 2.5 : LM35 IC đo nhiệt độ mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt đo chuyển thành tín hiệu điện dạng dịng 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 8|Page Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển 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 Hình 2.6: Sơ đồ chân LM35 2.1.1.2.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  LM35 cho phép đo nhiệt độ xác nhiều so với nhiệt trở, cặp nhiệt điện …  Là cảm biến định khơng phải đối tượng q trình Oxy hoá …  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 ngồi hay xếp trì độ xác nhiệt độ phòng (25 oC) dãy nhiệt độ từ  Đặc tính quan trọng khác LM35DZ chịu đựng dịng 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  Đặc tính điện với dải đo từ đến 150 độ C  Theo thông số nhà sản xuất LM35DZ, quan hệ nhiệt độ điện áp ngõ sau:  Dòng điện đầu khoảng 10mA 2.1.1.3.Dải nhiệt độ thay đổi trở kháng theo 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, dịng, 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 9|Page 10 Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt độ Nhiệt độ (0C) 25 50 75 100 Trở kháng cảm biến (k) 29.490 10.000 3.893 1.700 0.817 Hướng dẫn chọn loạt cảm biến nhiệt họ LM35 Mã sản phẩm LM35A LM35 LM35CA LM35C LM35D Dải nhiệt độ -55 C to + 150 C -55 C to + 150 C -40 C to + 110 C -40 C to + 110 C C to + 100 C Độ xác + 1.0 C + 1.5 C + 1.0 C + 1.5 C + 2.0 C Đầu 10 mV/F 10 mV/F 10 mV/F 10 mV/F 10 mV/F 2.1.2 Bộ chuyển đối ADC0804 Chíp ADC 0804 chuyển đổi tương tự sang số họ loạt ADC 0800 từ hãng National Semiconductor Nó nhiều hãng khác sản xuất, làm việc với +5V có độ phân giải bít Ngồi độ phân giải thời gian chuyển đổi yếu tố quan trọng khác đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Trong ADC 0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN nhanh 110s 2.1.2.1.Các chân ADC 804 Hình 2.7 : Sơ đồ chân ADC804 10 | P a g e 32 Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển 3.2 Chương trình điều khiển Yêu cầu đề bài: thiết kế lập trình mơ hình tưới nước tự động dùng 8051, mạch đo nhiệt độ hiển thị với thời gian thực Thiết kế: mơ hình bao gồm nút ấn SET: để cài đặt thời gian MODE: cài đặt chế độ tưới ( có chế độ tưới tự động tưới theo nhiệt độ tự động tưới theo thời gian hẹn giờ) cài đặt lên ON hiển thị hìn LCD tức chế độ bật UP: tăng DOWN: giảm EXIT: dùng để thoát START STOP: bật tắt điều khiển tay Ta có bảng địa chỉ: #include #define LCD_RS P0_1 #define LCD_RW P0_2 #define LCD_EN P0_3 #define LCD_D4 P0_4 #define LCD_D5 P0_5 #define LCD_D6 P0_6 #define LCD_D7 P0_7 #define SCL P2_0 #define SDA P2_1 #define set P2_3 #define mode P2_4 #define up P2_5 #define down P2_6 #define exit P2_7 #define stop P2_2 #define start P3_2 #define maychay P0_0 #define INTR P3_5 #define RD P3_0 #define WR P3_1 #define SEC 0X00 #define MIN 0X01 #define HOUR 0X02 #define DATE 0X04 32 | P a g e 33 Bài tập lớn vi xử lý đo lường điều khiển #define MON 0X05 #define YEAR 0X06 Danh sách biến: unsigned char *code ht[]={"OFF"," ON"}; int dem,thoat,out,hengio=0,nd=0,khoidong,kd=0; int s=0, m=5,tang,t,ss,mm,a; unsigned char sec,min,hour,date,mon,year,gio,phut,nhietdo,tem=27,ganh,ganp,hsau; Các hàm delay void delay_us(unsigned int t){ unsigned int i; for(i=0;i