Nghiên cứu thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng LM35 va gửi tín hiệu nhiệt độ lên internet

LỜI MỞ ĐẦU Trong nghiên cứu khoa học , công nghiệp đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ điều cần thiết Tuy nhiên, để đo trị số xác nhiệt độ lại vấn đề không đơn giản.Ngày với phát triển công nghệ thông tin, công nghệ bán dẫn, đời cảm biến, vi điều khiển tạo điều kiện thuận lợi cho việc đo nhiệt độ cách chinh xác , sở em xin trình bày đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng LM35 va gửi tín hiệu nhiệt độ lên internet” Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan đo nhiệt độ cảm biến đo nhiệt độ Chương 2: Thiết kế mạch đo nhiệt độ Chương 3: Gửi tín hiệu đo lên internet Em xin chân thành cảm ơn Th.s Trần Thị Phương Thảo hướng dẫn em suốt q trình xây dựng hồn thành đồ án này! Do thời gian thực ngắn kiến thức thân cịn hạn chế đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót.Em mong nhận đóng góp thầy Hải phịng 25 thang 11 năm 2019 Sinh viên CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG 1.1.1.Giới thiệu Để thực phép đo đại lượng tuỳ thuộc vào đặc tính đại lượng cần đo,điều kiện đo,cũng độ xác theo yêu cầu phép đo mà ta thực đo nhiều cách khác sở hệ thống đo lường khác Sơ đồ khối hệ thống đo lường tổng quát Mạch đo Chuyển Chỉ thị Hình 1.1.Sơ đồ khối tổng quát -Khối chuyển đổi: làm nhiệm vụ nhận trực tiếp đại lượng vật lý đặc trưng cho đối tượng cần đo biến đổi đại lượng thành đại lượng vật lý thống nhất(dòng điện hay điện áp) để thuận lợi cho việc tính tốn -Mạch đo: có nhiệm vụ tính tốn biến đổi tín hiệu nhận từ chuyển đổi cho phù hợp với yêu cầu thể kết đo thị -Khối thị:làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận từ mạch đo để thể kết đo Hệ thống đo lường số Hệ thống đo lường số áp dụng để thực đề tài có ưu điểm:các tín hiệu tương tự qua biến đổi thành tín hiệu số có xung rõ ràng trạng thái 0,1 giới hạn nhiều mức tín hiệu gây sai số Mặt khác ,hệ thống tương thích với liệu máy tính,qua giao tiếp với máy tính ứng dụng rộng rãi kỹ thuật Đại lượng cảm Chế biến Tín hiệu biến Dồn kênh tương tự Chế Đại lượng cảm biến biến Tín hiệu Vi xử Hiểnthị lý ADC Sử dụng Điều khiển chọn Chương trình Hình 1.2 Sơ đồ khối hệ thống đo lường số 1.1.2.Nguyên lý hoạt động Đối tượng cần đo đại lượng vật lý,dựa vào đặc tính đối tượng cần đo mà ta chọn loại cảm biến phù hợp để biến đổi thông số đại lượng vật lý cần đo thành đại lượng điện ,đưa vào mạch chế biến tín hiệu(gồm:bộ cảm biến,hệ thống khuếch đại,xử lý tín hiệu) Bộ chuyển đổi tín hiệu sang số ADC(Analog Digital Converter) làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số kết nối với vi xử lý Bộ vi xử lý có nhiệm vụ thực phép tính xuất lệnh sở trình tự lệnh chấp hành thực trước Bộ dồn kênh tương tự (multiplexers) chuyển ADC dùng chung tất kênh Dữ liệu nhập vào vi xử lý có tín hiệu chọn kênh cần xử lý đê đưa vào chuyển đổi ADC đọc giá trị đặc trưng qua tính tốn để có kết đại lượng cần đo 1.2.TỔNG QUAN VỀ ĐO NHIỆT ĐỘ 1.2.1.Khái niệm chung Trong nghiên cứu khoa học, sản xuất đời sống sinh hoạt ngày, luôn cần xác định nhiệt độ môi trường hay vật Vì việc đo nhiệt độ trở thành việc làm vô cần thiết Đo nhiệt độ phương thức đo lường không điện Nhiệt độ cần đo thấp (một vài độ Kelvin), cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin) Độ xác nhiệt độ có cần tới vài phần ngàn độ, có vài chục độ chấp nhận Việc đo nhiệt độ tiến hành nhờ dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh … Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo sai số cho phép mà người ta lựa chọn loại cảm biến phương pháp đo cho phù hợp 1.2.2.Các phương pháp đo nhiệt độ Tùy theo nhiệt độ đo dùng phương pháp khác Thông thường nhiệt độ đo chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình, nhiệt độ cao Ở nhiệt độ trung bình thấp phương pháp đo phương pháp tiếp xúc nghĩa cảm biến đặt trực tiếp môi trường cần đo Đối với nhiệt độ cao đo phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ngồi mơi trường đo a)Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường nhiệt xúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với mơi trường đo Đối với mơi trường khí nước, chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt Khi đo nhiệt độ chất hạt (cát, đất…), cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ngồi b)Đo nhiệt độ cao phương pháp tiếp xúc Ở môi trường nhiệt độ cao từ 1600oC trở lên, cặp nhiệt ngẫu không chịu lâu dài, để đo nhiệt độ mơi trường người ta dựa tượng q trình q độ đốt nóng cặp nhiệt : θ = f (t) = ∆T (1 − e1 / τ ) (1.1) Trong : θ - lượng tăng nhiệt độ đầu nóng thời gian t ∆T - hiệu nhiệt độ môi trường đo cặp nhiệt - số thời gian cặp nhiệt ngẫu Dựa quan hệ xác định nhiệt độ đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu làm việc cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ Nhúng nhiệt ngẫu vào môi trường cần đo khoảng (0,4 – 0,6)s, ta phần đầu đặc tính q trình q độ nhiệt ngẫu theo tính nhiệt độ môi trường Nếu nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu thời gian nhúng vào môi trường cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng nửa nhiệt độ mơi trường nhiệt độ tính có sai số không hai lần sai số nhiệt kế nhiệt nhẫu đo trực tiếp Phương pháp dùng để đo nhiệt độ thép nấu chảy c)Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối, tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng mật độ phổ Eλ nghĩa số lượng xạ dơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng Quan hệ mật độ phổ xạ vật đen tuyệt nhiệt độ độ dài sóng biểu diễn cơng thức : −5 E =Cλ (ec2 /(λT ) −1)−1 λ (1.2) Trong : C1, C2 – số, λ - độ dài sóng, T – nhiệt độ tuyệt đối C1=37,03.10-17 Jm2/s; C2=1,432.10-2 m.độ d) - Khoảng nhiệt độ đo Khoảng nhiệt độ đo phương pháp tiếp xúc dùng cặp nhiệt điện từ 2000C đến 10000C,độ xác đạt tới +/-1% -> 0.1% - Khoảng nhiệt độ đo phương pháp tiếp xúc dùng cặp nhiệt điện (cặp nhiệt ngẫu) từ –2700C đến 25000C với độ xác đạt tới +/-1% -> 0.1% - Khoảng nhiệt độ đo phương pháp tiếp xúc dùng cảm biến tiếp giáp P-N (diode, transistor, IC) từ –2000C đến 2000C,sai số đến +/-0.1% - Các phương pháp đo không tiếp xúc xạ,quang phổ… có khoảng đo từ 10000C đến vài chục ngàn độ C với sai số +/-1% -> 10% Thang đo nhiệt độ gồm: thang đo Celcius(0C), thang đo Kelvin (0K), thang đo Fahrenheit (0F), thang đo Rankin (0R) T(0C) = T(0K) – 273.15 T(0F) = T(0R) - 459.67 T(0C) = [ T(0F) –32 ]*5/9 T(0F) = T(0C)*9/5 +32 Bang1.1.Sự liên hệ thang đo nhiệt độ quan trọng: Kelvin(0K) Celcius(0C) Rankin(0R) Fahrenheit(0F) -273.15 -459.67 273.15 491.67 32 273.16 0.01 491.69 32.018 373.15 100 671.67 212 1.2.3.Q trình đo nhiệt độ Ta chia trình đo nhiệt độ làm ba khâu chính: a)Khâu chuyển đổi Khâu chuyển đổi nhiệt độ thường dựa vào biến đổi mang tính đặc trưng vật liệu chịu tác động nhiệt độ Có tính chất đặc trưng sau đây: - Sự biến đổi điện trở Sức điện động sinh chênh lệch nhiệt độ mối nối kim loại khác - Sự biến đổi thể tích, áp suất - Sự thay đổi cường độ xạ vật thể bị đốt nóng Đối với chuyển đổi nhiệt điện, người ta thường dựa vào hai tính chất để chế tạo cặp nhiệt điện (Thermocouple), nhiệt điện trở kim loại hay bán dẫn, cảm biến nhiệt độ dạng linh kiện bán dẫn như: diode, transistor, IC chuyên dùng b)Khâu xử lý Các thông số điện sau chuyển đổi từ nhiệt độ xử lý trước qua đến phần thị Các phận khâu xử lý gồm có: phần hiệu chỉnh, khuếch đại, biến đổi ADC (Analog-Digital-Converter)… Ngồi cịn có mạch điện bổ sung như: mạch bù sai số, mạch phối hợp tổng trở… c)Khâu thị Khâu thị trước thường sử dụng cấu điện, kết đo thể góc quay di chuyển thẳng kim thị Ngày nay, với phát triển công nghệ điện tử, đãsản xuất nhiều loại IC giải mã, IC số chuyên dùng biến đổi ADC, cho phép ta sử dụng khâu thị số dễ dàng dùng LED đoạn hình tinh thể lỏng LCD Ở đó, kết đo thể số hệ thập phân 1.3.CÁC LOẠI CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ 1.3.1.Nhiệt điện trở Nhiệt điện trở thường dùng để đo nhiệt độ nước, khí than đường ống, lị phản ứng hóa học, nồi hơi, khơng khí phòng … Nguyên lý làm việc thiết bị dựa vào thay đổi điện trở theo nhiệt độ vật dẫn điện, tức điện trở hàm theo nhiệt độ: R = f(T) Cuộn dây điện trở thường nằm ống bảo vệ, tùy theo cơng dụng mà vỏ ngồi làm thủy tinh, kim loại gốm Đối với hầu hết vật liệu dẫn điện giá trị điện trở R tùy thuộc vào nhiệt độ T theo hàm tổng quát sau: R(T) = Ro.F(T – To) (1.3) Với : Ro :điện trở nhiệt độ To F : hàm phụ thuộc vào đặc tính vật liệu F = T = To -Đối với điện trở kim loại : R(T) = Ro( + AT + BT2 + CT3) (1.4) T : tính 0C To = 00C -Đối với nhiệt điện trở oxyt bán dẫn : R(T) = Ro.exp[ B(1/T –1/To)] (1.5) T : nhiệt độ tuyệt đối (0K) To = 273.150K Những hệ số cơng thức tính điện trở R thường biết trước cách xác nhờ đo nhiệt độ biết a)Nhiệt điện trở kim loại Đối với nhiệt điện trở kim loại việc chế tạo thích hợp sử dụng kim loại nguyên chất như: platin, đồng, niken Để tăng độ nhạy cảm nên sử dụng kim loại có hệ số nhiệt điện trở lớn tốt Tuy nhiên tùy thuộc vào khoảng nhiệt độ cần kiểm tra mà ta sử dụng nhiệt điện trở loại hay khác Cụ thể: nhiệt điện trở chế tạo từ dây dẫn đồng thường làm việc khoảng nhiệt độ từ -50 0÷+1500C với hệ số nhiệt điện trở α=4,27.10-3; Nhiệt điện trở từ dây dẫn platin mảnh làm việc   khoảng nhiệt độ -1900÷ +6500C với α=3,968.10-3   ; Nhưng làm việc  C ngắn hạn, đặt điện trở nhiệt chân khơng khí trung tính nhiệt độ làm việc lớn cao Cấu trúc nhiệt điện trở kim loại bao gồm: dây dẫn mảnh kép đôi quấn khung cách điện tạo thành phần tử nhạy cảm, đặt vỏ đặc biệt có cực đưa Giá trị điện trở nhiệt chế tạo từ 10÷100Ω Đối với nhiệt điện trở kim loại quan hệ điện trở với nhiệt độ có dạng sau: R(θ) = R0(1+α.θ +β.θ 2+γ.θ 3+ ) (1.6) Trong : R0 -điện trở dây dẫn ứng với nhiệt độ ban đầu 00C Rθ -điện trở dây dẫn ứng với nhiệt độ θ  -nhiệt độ [0C]   α,β,γ -các hệ số nhiệt điện trở = const    C Để thấy rõ chất nhiệt điện trở kim loại, xem qua điện trở suất tính theo cơng thức : ρ= n−.e.μ− Trong đó: n- -số điện tử tự đơn vị thể tích e -điện tích điện tử tự (1.7) Không giống giao thức TCP / IP , tất socket TCP / IP Stack chia sẻ nhiều đệm truyền Cách tiếp cận làm giảm tổng thể yêu cầu RAM, tạo vấn đề khác, vài socket không nhận đủ đệm truyền không báo thới gia sử dụng socket Trong hoàn cảnh máy chủ máy địa phương liên lac với Để tránh điều này, người dùng phải đảm bảo có đủ đệm truyền cho tất socket *Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Lớp DHCP TCP / IP Stack thực tập tin "dhcp.c" Các phần đầu tập tin"dhcp.h" định nghĩa dịch vụ cung cấp lớp DHCP lớp hoạt động mà chương trình phát sóng DHCP yêu cầu, tự động nhận giải mã DHCP phản ứng Các tính bao gồm: -Cấu hình địa IP, địa gateway subnet mask - DHCP tự động cho thuê thời gian, đổi quản lý việc cho thuê Hoạt động hồn tồn tự đơng mà người sử dụng khơng cần cang thiệp Các module DHCP thực khối thống có nhiệm vụ thực hoạt động tự động mà khơng có kiến thức ứng dụng Các DHCP thực tế hội nhập kiểm soát thực quản lý Stack; xử lý tất hoạt động cần thiết phần tiêu chuẩn nhiệm vụ, cách sử dụng API DHCP để kiểm soát module hành vi Người dùng không cần biết DHCP để sử dụng Một ứng dụng người dùng chọn để gọi số API để trực tiếp kiểm soát DHCP hoạt động, chẳng hạn liệu DHCP cấu hình hay khơng, liệu DHCP có vĩnh viễn ngừng hoạt động Thơng thường, ứng dụng người dùng không cần trực tiếp tương tác với DHCP Để sử dụng module DHCP, người sử dụng phải sử dụng tap tin sau: Bỏ ghi “STACK_USE_DHCP “trong tiêu đề tập tin "StackTsk.h" 84 Phả có hai tập tin”dhcp.c " "udp.c" dự án Tăng MAX_UDP_SOCKETS lên (ít UDP socket phải có sẵn cho DHCP điều chỉnh số lượng socket dựa UDP DHCP) Khi DHCP thực hiện, ứng dụng người dùng phải cố gắng truyền thông mạng DHCP cấu hình Thơng thường, ứng dụng người dùng có chứa ứng dụng nhiều khách hàng có yêu cầu thông tin liên lạc điện-up thiết lập lại, việc áp dụng phải kiểm tra xem DHCP cấu hình trước truyền tải liệu cách sử dụng mơ-đun lớp thấp Điềuu thực với chức DHCPIsBound Đặc điểm kỹ thuật thức DHCP (RFC1541) địi hỏi khách hàng DHCP phải làm cấu hình IP trước cho thuê thời gian Để theo dõi thời gian thuê, người sử dụng phải chắn TickUpdate () gọi theo u cầu, xác thời gian hợp lý trì (xem mã nguồn tập tin "websrvr.c"cho ví dụ làm việc) Độ phân giải thời gian cần thiết là15 phút, cộng trừ, có nghĩa TickUpdate () gọi ưu tiên thấp.Đối với module DHCP điều tự động cập nhật cấu hình địa subnet mask, phải có DHCP server mạng Đó trách nhiệm người sử dụng để thực số phương pháp cho "xuất bản" cấu hình lại cho người sử dụng tiềm Gồm có nhiều tùy chọn tự việc đọc thông tin đến việc hiển thị ttrên nút, để lưu trữ thông tin máy chủ trung tâm DHCP ta cần cập nhật kết giá trị MY_IP_BYTE?,MY_GATE_BYTE? MY_MASK_BYTE? * IP Gleaning for IP Address Configuration Như thay DCHP, TCP / IP Stack thực phương pháp đơn giản, gọi IP Gleaning, từ xa thiết lập địa IP TCP / IP Stack Phương pháp giao thức Internet chuẩn, 85 khơng có tương ứng với RFC Gleaning IP cho phép địa IP thiết lập Đối với cấu hình IP hồn tất, DCHP phải sử dụng Gleaning IP không cần phần mềm module Thay vào đó, sử dụng module ICMP ARP.Để sử dụng nó, tập tin "icmp.c" phải khai báo , trình biên dịch xác địnhS TACK_USE_IP_GLEANING ghi chu ben tập tinh StackTsh.h e)HTTP SERVER HTTP Server kèm theo ứng dụng thực khối thống tồn với vi mạch TCP / IP Stack ứng dụng người dùng Các HTTP Server thực tập tin "HTTP.c", với ứng dụng người dùng thực hai chức Các ứng dụng mã nguồn nằm tập tin "Websrvr.c " nên sử dụng mẫu ứng dụng để tạo giao diện cần thiết HTTP Server cung cấp khơng thực tất chức HTTP, máy chủ tối thiểu cho mục tiêu hệ thống nhúng Người sử dụng dễ dàng thêm chức theo yêu cầu mục đích sử dụng HTTP server thích hợp nhũng chức sau: -Hỗ trợ nhiều kết nối HTTP -Hỗ trợ trang web đặt hai nội bộchương trình nhớ EEPROM nối tiếp bên -Bao gồm chương trình dựa PC để tạo MPFS hình ảnh từ thư mục định -Hỗ trợ phương thức HTTP "GET" (các phương pháp khác dễ dàng thêm vào) -Hỗ trợ đổi lần Common Gateway Interface (CGI) để gọi chức xác định trước từ bên trình duyệt từ xa -Hỗ trợ nội dung trang web động hệ 86 Các máy chủ bao gồm phần sau: - MPFS Builder Image - Thư viện MPFS truy cập - MPFS Download thường (thực bởichính ứng dụng) - HTTP Server Task Để sử dụng module DHCP, người sử dụng phải sử dụng tap tin sau: Bỏ ghi “STACK_USE_HTTP_SERVER “trong tiêu đề tập tin "StackTsk.h" Đặt ghi MAX_HTTP_CONNECTIONS tập tin "StackTsk.h" Phải có hai tập tin”http.c " "mpfs.c" dự án Tùy theo nơi lưu trữ trang wed mà bỏ ghi MPFS_USE_PGRM MPFS_USE_EEPROM Nếu liệu vào EEPROM ngồi sử dụng thêm tập tin"Xeeprom.c" Các HTTP Server sử dụng file "index.htm" Trang web mặc định Nếu trình duyệt (một khách hàng từ xa)truy cập HTTP Server địa IP tên miền "index.htm" trang mặc định phục vụ.Điều địi hỏi tất ứng dụng bao gồm tập tin có tên"Index.htm" phải lưu MPFS Nếu cần thiết, tên tập tin thay đổi mặc định cách sửa đổi định nghĩa trình biên dịch HTTP_DEFAULT_FILE_STRING tập tin " http.c " Chú ý trang wed chứa ký tự sau: -Một hai dấu ngoặc kép ("và") -Trái dấu ngoặc vng góc () -Dấu thăng (#) -Những dấu phần trăm (%) -Trái bên phải khung niềng ([,{,] và)) -Ống "" biểu tượng (|) -Các dấu gạch chéo ngược (\) 87 -Dấu sót (^) -Các dấu ngã (~) HTTP trì danh sách loại tập tin mà hỗ trợ Nó sử dụng thơng tin để tư vấn cho từ xa trình duyệt làm để giải thích tập tin cụ thể, dựa tập tin mở rộng ba ký tự Theo mặc định,Vi mạch HTTP Server hỗ trợ " Txt", " Htm","Gif" "Cgi"., " Jpg", "CLA" Và " Wav" files Nếu ứng dụng sử dụng loại tập tin mà khơng có danh sách, người sử dụng sửa đổi bảng "httpFiles", với tương ứng"httpContents" tập tin "http.c" f)FTP SERVER FTP Server có nhiệm vụ hợp tác với TCP / IP Stack để tạo ứng dụng người dùng FTP Server thực tập tin "FTP.c" FTP server có tín sau: -Một kết nối FTP cho biết có người dùng dang sử dụng ứng dụng -Tự đông tương tác với tập tin hệ thống (MPFS) -Upload tap tin cá nhân hỗ trợ Để sử dụng module DHCP, người sử dụng phải sử dụng tap tin sau: Bỏ ghi “STACK_USE_FTP_SERVER “trong tiêu đề tập tin "StackTsk.h" Phải có hai tập tin”FTP.c " "mpfs.c" dự án Tùy theo nơi lưu trữ trang wed mà bỏ ghi MPFS_USE_PGRM MPFS_USE_EEPROM Nếu liệu vào EEPROM ngồi sử dụng thêm tập tin"Xeeprom.c" 88 3.2.6.Sơ đồ kết nối với thiết bị ngoại vi Hình 3.4 Mơ hình hệ thống điều khiển thơng qua mạng Internet Hình 3.5 Sơ đồ vi mạch giao tiếp ethernet ENC28J60 Vi mạch ENC28J60 giao tiếp với vi xử lý khác thông qua chuẩn truyền liệu nối tiếp SPI (Serial Peripheral Interface), chuẩn giao tiếp phổ biến, dùng để nối vi mạch hệ thống với ưu điểm chạy nhanh tốn dây nối tín hiệu, cần dây cho đường ghi đọc, là: 89 Hình 3.6 Sơ đồ ghép nối ENC28J60 với vi xử lý SCK Serial Clock – Xung đồng cho đường nối tiếp SI Serial Input – Tín hiệu nối tiếp vào (ghi) SO Serial Output – Tín hiệu nối tiếp (đọc) Sau lệnh SPI dùng cho vi mạch ENC28J60 giản đồ xung thể trình ghi, đọc liệu, lệnh vi xử lý ENC28J60 Hình 3.7 Quá trình đọc ghi điều khiển Ethernet 90 Hình 3.8 Quá trình đọc ghi điều khiển MAC Hình 3.9 Quá trình ghi vào ghi lệnh Hình 3.10 Quá trình ghi vào đệm lệnh Hình 3.11 Quá trình ghi vào lệnh hệ thống 91 Mặc dù thiết kế theo cấu trúc “stand alone” (một chip làm hết việc) việc điều khiển để vi mạch hoạt động phức tạp địi hỏi có hiểu biết toàn diện vi điều khiển, mạch điện tử mạng Internet Tuy nhiên, may mắn cho người thiết kế lập trình hãng MicroChip (hãng sản xuất vi mạch ENC28J60) hỗ trợ tối đa, cách đưa đầy đủ thư viện phục vụ cho việc lập trình, làm cho việc lập trình giao tiếp với vi mạch trở nên dễ dàng 3.3.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 3.3.1.Sơ đồ nguyên lý chung Sau nghiên cứu thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng LM35,đồng thời gửi tín hiệu nhiệt độ lên internet nhờ IC ENC28J60 với vi điều khiển trung tâm PIC18F4680 ta có sơ đồ ngun lý chung hình 3.12 Hình 3.12 Sơ đồ mạch in 92 3.3.2.Nguyên lý hoạt động Toàn mạch reset ta đưa chân MCLR vi điều khiển xuống - mức thấp - Vi điều khiển PIC 18F4680 hoạt động với dao động tần số 40MHz sử dụng thạch anh dao động nối vào chân OSC1 OSC2 để tạo dao động *Đo nhiệt độ : - Đầu Vout cảm biến nhiệt độ LM35 nối với ngõ vào analog RA0 PIC18F4680, vđk có 11 ngõ vào analog (RA0,RA1 ,RA2,RA3 ,RA4,RA5 ;RE2,RE0 RB0,RB1,RB7),tất ngõ vào analog nối với đầu vào chuyển đổi ADC 10 bit tích hợp sẵn vđk - Khi nhiệt độ môi trường thay đổi ± làm cho trở kháng cảm biến LM35 thay đổi dẫn đến điện áp đầu vào Vin ADC thay đổi Điện áp Vin vào ADC so sánh với Ud ADC Ud thay đổi từ 0V đến 2(Vref/2).Hiệu điện chuẩn Vref lựa chọn VDD,VSS hay hiệu điện chuẩn xác lập chân RA2 RA3 tùy thuộc vào chương trình.Giả sử ban đầu Ud = 0, Vin > Ud Ud cộng thêm giá trị ∆U =10mv; U d = U d + ∆U đồng thời giá trị đếm tăng thêm Quá trình so sánh đến Ud =Vin dừng Khi giá trị đếm giá trị thập phân Giá trị thập phân đưa qua giải mã, giải mã nhị phân đưa đầu 10 bit ADC - Kết đo nhiệt độ trên, hiển thị máy tính thơng qua chuẩn giao tiếp nối tiếp USART vi điều khiển cổng COM máy tinh thông qua IC MAX 232 *Giao tiếp mạng : - Điện áp từ khối nguồn qua mạch sử dụng ic LM317T cho điện áp đầu 3V cấp nguồn cho ic ENC28J60 toàn module giao tiếp mạng 93 - IC ENC28J60 hoạt động với dao động tần số 25MHz sử dụng thạch anh dao động nối vào chân OSC1 OSC2 để tạo dao động - - ENC28J60 hoạt động Vi điều khiển PIC18F4680 giao tiếp với ic ENC28J60 thông qua giao diện SPI (giao tiếp nối tiếp đồng bộ) kiểu chủ - tớ ,với với vi điều khiển đóng vai trị chủ.Các chân SCK,SI,SO,CS ic ENC28J60 nối với RC3/SCK ,RC5/SD0,RC4/SDA,CS (chân CS đưa xuống mức thấp) - SCK : xung giữ nhịp cho giao tiếp SPI,mỗi nhịp chân SCK báo bit nhận hay gửi.Hai chân cịn lại đóng vai trị nhận gửi liệu - Module giao tiếp mạng giao tiếp với thiêt bị ngoại vi (ở modem) thông qua chân TPIN+ , TPIN- ,TPOUT+, TPOUT- - LedA, LedB: có chúc hổ trợ tự động phát Reset -Khi khởi động khối giao tiếp mạng, vi điề khiển 18F4680 đọc cấu hình từ nhớ, cấu hình load từ thư viện Cấu hình kiểm tra xem có liệu SPI gửi từ IC ENC28J60, liệu địa MAC, IP Sau cấu hình xong, vi điều khiển gửi tín hiệu nhiệt độ tới IC IC ENC28J60 theo giao diện SPI, IC lại gửi tín hiệu vừa nhận lên wedsever thơng qua modem mạng 94 Hình 3.13.Module chưa cắm dây mạng Hình 3.14.Module kết nối mạng 95 KẾT LUẬN Trong thời gian nghiên cứu thiết kế giúp đỡ tận tình Th.s Trần Thị Phương Thảo em thu nhiều kiến thức cảm biến nhiệt độ, cấu trúc , cấu tạo vi điều khiển , ứng dụng vào thực tế, hoàn thành yêu cầu đồ án Mạch thi công xong hiển thị nhiệt độ , hiển thị đia IP kết nối vối internet Tuy nhiên khuyết điểm sai số, nhảy gia trị, sử dụng mang day hướn phát triển đề tài kết nối với internet qua wifi Tuy nhiên thời gian có hạn trình độ thân nhiều hạn chế nên đề tài thực cịn nhiều thiếu sót em mong nhận bảo, sửa chữa đóng góp ý kiến thầy cô giáo, bạn lớp để em thựu hồn thành đề tài tốt Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo, hướng dẫn tận tình Th.S Trần Thị Phương Thảo, thầy cô khoa, bạn bè lớp giúp đỡ em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng,ngày 25 tháng 11năm 2012 Sinh viên Nguyễn Văn Hiệp 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO BAI GIẢNG CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ GIÁO TRÌNH CẢM BIẾN CƠNG NGHIỆP Hồng Minh Cơng ( nhà xuất xây dựng năm 2007) CÁC VI ĐIỀU KHIỂN PIC TAP2 ( nha xuat ban khoa hoc va ky thuat) GIÁO TRÌNH HOÀN TRỈNH VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16 WWW DIENTUVIETNAM.NET WWW LINHKIENDIENTU.COM TAILIEU.VN 97 ... cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng nửa nhiệt độ mơi trường nhiệt độ tính có sai số khơng q hai lần sai số nhiệt kế nhiệt nhẫu đo trực tiếp Phương pháp dùng để đo nhiệt độ thép nấu chảy c )Đo nhiệt độ. .. CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ 2.1.CÁC LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MẠCH 2.2.1.CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ LM35 a.Giới thiệu cảm biến đo nhiệt độ LM35 Trong sử dụng LM35DZ * Đặc điểm: - Dải nhiệt độ. .. pháp đo cho phù hợp 1.2.2.Các phương pháp đo nhiệt độ Tùy theo nhiệt độ đo dùng phương pháp khác Thông thường nhiệt độ đo chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình, nhiệt độ cao Ở nhiệt