(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển microchip pic trong đo lường và điều khiển thời gian thực luận văn ths kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc 2 07 00

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA H À NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Huỳnh Vinh Hà NGHIÊN c ú u ỨNG DỰNG VI ĐIỂU KHIỂN M ICHOCHIP PIC TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỂU KHlỂN t h i g i a n t h ụ c Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc M ã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC s ĩ NGƯỜI HƯỚNG DẨNKHOA HỌC TS Ngô Diên T ập Hà Nội - N ăm 2004 N g h iên cứu ứntị dụng vi điểu khiển P ÌC lường & điều khiển MỤC LỤC T rang PHỤ B ÌA LỜI CA M Đ O A N M Ự C LỤC C Á C KÝ H IỆ U V IẾ T T Ắ T DANH MỤC CÁC BẢNG D A N H M Ụ C C Á C H ÌN H V Ẽ MỚ ĐẦU C h n g I T Ổ N G Q U A N V Ề VI Đ l Ề K H I E N 11 1.1 T ổ n g q u a n vi m c h vi đ iể u k h iể n 11 1.2 M ột s ố h ọ vi điều k h iể n p h ổ b iế n 13 C hư ng V í Đ IÊ U K ì ỈIE N m i c r o c h i p 15 2.1 Lịch s p h t triển h ọ vi đ iề u k h iể n M ic r o c h ip P IC 15 2.2 P h â n lo i c c vi d iề u k h iể n M ic r o c h ip FIC 16 2.3 L ự a c h ọ n loại vi đ iề u k h iể n đ ể n g h iê n cứu ứ n g d ụ n g 20 C h n g C Ấ U T R Ú C VI Đ I Ề U K I ĩ l Ể N 16F877A p ic 21 ] M ô tả k h i q u t tính n ă n g c ủ a vi đ iề u k h iể n PIC F 7 A 21 3.2 Sơ đồ k h ố i c h ứ c n ă n g v c c c h â n v o 22 3.3 T ổ c h ứ c b ộ n h c c th a n h g h i c h ứ c 25 n ă n g đ ặ c biệt 3.4 C c c ổ n g v o /ra 27 3.5 C c khối timer 31 3.6 C ổ n g nối tiế p đ n g b ộ I2 C 34 3.7 Bộ thu p h t k h ô n g đ n g vạn n ă n g U A R T 35 3.8 K h ố i c h u y ể n đổi t ươn li tự /s ố A D C 36 3.9 C c đ ặ c đ i ể m riê n g v th iế t lập c ấ u hình P IC 37 C h o n g L Ậ P T R Ì NH C H O V I Đ l Ề U K H I E N 42 4.1 C h n g trìn h d ịch A s s e m b l e r M P A S M 42 4.2 C h n g trìn h d ịch n g ô n n c ữ b ậ c c a o P C W - H 44 4.3 Bộ n p trìn h c h o vi đ iề u k h iể n P IC 48 C h n g H Ệ TI IỐNCỈ T H U T H Ậ P s ố L I Ệ U 50 T h iế t k ế h ệ th ố n g v c c c h ứ c n ã n e c ủ a hệ th u th ập s ố liệu 5.1.1 C c c h ứ c n ă n « c ủ a h ệ th ố n g th u th ậ p s ố liệu m ô i trư n g 50 50 Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiến P ÌC du lnứng & điều khiến Sơ đ ổ khối c ủ a hệ t h ố n g 50 L ự a c h ọ n c ả m biến đ o n h iệ t đ ộ 52 5.2.1 C c loại c m b iến n h iệ t đ ộ đ iện tử tư n g tự 52 2 C ả m b iế n n h iệ t đ ộ s ố D S 53 5.3 L ự a c h ọ n c ả m biến đ ộ ẩ m đ ộ ẩ m tư n g đ ố i 55 5.3.1 K h i n iệ m đ ộ ẩm tirơng đối 55 D ụ n g c ụ đ o đ ộ ẩ m tư n g đ ố i 55 3 C c c ả m b iến đ ộ ẩm th e o n g u y ê n lý đ iệ n 56 M ô đ u n đo đ ộ ẩrn H T M 5 58 5.4 C ả m b i ế n đ o tốc đ ộ g ió 59 5.5 Đ n g h ổ thờ i g ian thự c 60 B ộ n h sô liệu L C 61 5.7 M ô đ u n h iển thị tinh thể lỏ n g 62 5.8 K ết nối với m y tính m đ e m 63 » N g u n n u ô i v c c n ú t đ iều k h iể n 65 Chương PH A N M EM đ iề u K H IE N hệ th ố n g ghi đ o 6.1 C c k h ố i c h ứ c n ă n g c ủ a c h n g trình 67 67 6.1.1 C h ứ c n ă n g đ ịn h thời 67 L ấ y v đặt thời g ia n c h o đ ổ n g h thời g ia n thực 69 T h a y đ ổ i k h o ả n g lấy m ẫ u 69 Đ ọ c s ố liệu đ o n h iệ t đ ộ từ c c c ả m b iến 70 Đ o tính g iá trị đ ộ ẩ m tư n g đối 72 6 Đ o tính tốc đ ộ g ió 73 L u đ ọ c s ố liệu 73 T h ò n g d ịc h c c lện h đ iều k h iể n 75 6.2 M ã n g u n c h n g trình 77 6.3 L u đ ổ c h n g trình 77 Chương P H A N m ềm g ia o d iệ n đ iề u k h iể n h ệ TH ốNG 78 GHI ĐO 7.1 C h ế đ ộ đ ò n g lệnh 78 7.2 C h n g trinh D A T A E X P L O E R 80 Chương Đ Ặ C T ÍN H KỸ T H U Ậ T H Ệ T H ố N G T H IÊ T K Ế 83 C c b ộ p h ậ n tro n g h ệ th ố n g thu th ậ p d ữ liệu 83 8.2 C c đ ặ c tín h kỹ th u ậ t 84 < N ạhicn cứu ứiiíỊ dụng vi điểu khiến P ỈC lường Á diều khiển 8.3 V í d ụ s ố liệu thu th ậ p 85 NHŨNG K Ế T QU Ả ĐẠ T Đ ợ c VÀ BÀN LUẬN S6 TÀI L IỆ U T H A M K H Ả O 89 Phụ lục I S Đ Ồ N G U Y Ê N L Ý H Ệ T H Ố N G 90 P hụ lục VI M Ạ C H Đ O N H I Ệ T Đ Ộ s ố D S 91 Phụ lục D Ụ N G c ụ Đ O T ố c Đ Ộ G I Ó A N E M O M E T 97 Phụ lục B Ộ N Ạ P C H Ư Ơ N G T R Ì N H C H O P IC 99 N q ỉiicn cứu ứng ciụnq vi điều khiển PỈC lường & điểu khiển CA C KY H IEU V IE T T A T A DC A n a lo g D igital C o n v e r te r ALU A r ith m e tic L o g ic U nit BRG Baud R a te G e n e r a to r CAN C o n tr o lle r A r e a N e tw o rk CPU C e n tra l P r o c e s s o r Unit EEPROM E le ctric a l E r a s a b le R e a d O n ly M e m o r y GPR G e n e l P u rp o s e R e g is te r HS H ig h Speed I2 C In te r In te g te d C o m m u n ic a ti o n IC D In C ircu it D e b u g g e r IC S P In C ircu it Serial P r o g r a m m in g LCD L iq u id C ry s ta l D isplay LVP L o w V o lta g e P r o g r a m m in g MCRL M a s t e r C le a r NRZ N o n R e tu rn to Z e r o OTP O ne T im e P rogram m ing PIC P e rip h e l I n te rfa c e C o n tr o lle r PW M P ulse W id th M o d u la tio n R ISC R e d u c e d In s tru c tio n Set C o d e SFR Special F u n c tio n R e g is te r SPI Serial Port I n te rfa c e UART U n iv e rs a l A s y n c h r o n o u s R e c e iv e T r a n s m i tt e r USB U n iv e rs a l Serial Bus u v EPROM U ltra V io let E E P R O M WDT W a tc h D o g T i m e r N íỊỈiiên cứu ứng dụ n g vi đ iề u kh iển P I C tro n g đu lường & đ iề u khiên DANH M ỤC CÁ C BẢNG Bảng T iê u đ ề T rang T ó m lượ c c c h ọ vi d iề u k h i ể n P IC M ô tả c h ứ c Các chức chép cổng c 29 D a n h s c h c c h m đ ự n g sẵ n tr o n g P C V /-H 46 Các hàm c c h u ẩn c ủ a PC W -H 47 Điện trở c ủ a c ả m b iế n H K t h e o n h iệ t độ đ ộ ẩ m 57 D a n h s c h lệ n h v c ô n g d ụ n g 76 năngc c c h â n c ủ a P IC P 7 A 19 24 N ghiên cứu ứng dụng vi điều khiên P ỈC d o lường & đ iề u khiển D A N H M Ụ C C Á C H ÌN H V Ẽ H ìn h Nội d u n g T rang S đ ổ k h ố i c ủ a vi đ iề u k h iển c ấ u h ìn h đ ầ y đ ủ 11 B ố trí c h â n P IC F 7 A 22 Sư đ ổ kh ố i c h ứ c n ă n g c ủ a P IC F 7 A 23 T ổ c h ứ c n h 25 T ổ c h ứ c c c th a n h g h i c h ứ c n ă n g SF R 26 Cổng A 27 C ổ n g R B < :3 > R B < :7 > 28 C ổ n g R C < :2 - :7 > R C < :4 > 29 Cổng D 30 10 Cổng E 30 11 Sơ đ k h ố i T im erO 31 12 Sơ đồ khối T im e rl 32 13 Sơ đổ khối T im er2 33 14 K hối MSSP 34 15 K h ố i tru y ề n k h ô n g đ n g b ộ 35 16 Khối nhận khổng 36 17 K h ố i c h u y ể n đ ổ i tư n g tự s ố A D C 37 18 C c k h ố i tạo tín hiệu R E S E T 38 19 T ổ h ợ p logic c c n g u n n g ắ t 39 20 K h ố i c h ứ c n ă n g m c h W atchclog 40 21 M P A S M dịch trực tiếp c h n g trìn h th n h m ã m y 42 22 M P A S M dịch c h n g trình th n h tệp đ ô i tượnơ 43 23 Sư đ k hối c ủ a h ệ th ố n g thu th ậ p sô liệu m ô i trư n g 51 24 B us l - w ir e v m c h c ấ p n g u n c h o D S 1820 54 25 Â m k ế k h ô -ư t ẩ m k ế tóc 56 26 Q u a n h ệ đ iện d u n íĩ- đ ộ ẩ m c ủ a c ả m b iến H S 101 51 N ghiên cứu ứng d ụng vi diều khiển P ỈC tro n ẹ đ o lường đ iều khiển 27 G h é p n ố i H T M 1505 với vi đ iề u k h iể n 58 2K A n e m o m e t tự c h ế tạ o 59 29 Sơ đ m c h k h ru n g 60 30 G h é p n ố i D S với vi d iều k h iể n 61 31 G h é p nối m ô đ u n h iển thị L C D với vi đ iề u k h iể n 63 32 M c h c h u y ể n đ ổ i m ứ c R S -2 /T T L 64 33 M c h c u n g c ấ p im u n 65 34 Q u a n h ệ điện p / đ ộ ẩ m c ủ a c ả m b iến H T M 5 72 35 Lưu d c h n g trình 78 36 C a sổ g ia o d iệ n c h n g trình D a t a E x p lo r e r 80 37 C a sổ th êm trạ m k ết nối 8] 38 C a sổ đặt k h o ả n g lấy m ẫ u 81 39 C a sổ n h ậ p thời g ia n thực 81 40 Bèn tro n g thiết bị ghi đ o 83 41 H ệ t h ố n e thu th ậ p c c th ô n g s ố m ô i trư n g 84 N g h iên cửu ứng d ụ n g vi đ iề u khiển P ỈC lườníỊ & diêu khiển M Ỏ ĐẦU Bộ vi xử lý đ ầ u tiê n đời n ă m 1971 đ ã m m ột thời đại m ới t r ô n a c ổ n g n g h ệ đ iệ n tử tin h ọ c , c ó ả n h h n g sâ u sắc đ ế n m ọ i lĩnh vực k h o a h ọ c c ô n g n g h ệ C c hệ th ố n g d ợ c th iế t k ế d ự a n ề n tả n g c ủ a c c b ộ vi x lý c ó c c k h ả n ă n g m c c hệ th ố n g d iệ n tử tư n g t ự / s ố th ô n g th n g k h ô n g thể th ự c h iện dược Với m ụ c tiêu hạn c h ế tối đ a c c linh kiện n g o i x â y d ự n g m ộ t h ệ th ố n g c ó sứ d ụ n s vi x lý, c c h ã n g c h ế tạo b n d ẫ n d ã tích hợp c c m c h ng o i vi b ộ vi x lý lên m ộ t c h ip d u y n h ấ l đ ể tạo c c b ộ vi đ iề u k h iển N h ữ n g b ộ vi đ iề u k h i ể n m ới c ủ a M I C R O C H I P , M O T O R O L A , A T M E L , A V R , d ã c h ứ a b ê n t r o n s n h iề u thiết bị n g o i vi n h loại nh , c c b ộ đ ế m 16 bit, kh ố i A D C p h â n a iả i 10 - 12 bít với n h iề u lối vào, c c c ổ n g tru y ề n t h ô n g loại P S P / Ư A R T / l2C/ C A N / U S B , k h ố i đ iề u k h iể n m n hiển thị tin h th ể lỏ n g , t h ậ m c h í cá k h ố i đ iéu c h ế /g i ả i đ iề u c h ế dải tần U H F d ù n e c h o k ế t nối k h ô n g dây G iả i p h p làm c h o việc ứ n g d ụ n g c c vi đ iề u k h iể n đ ể c h ế tạo c c h ệ t h ố n g có vi x lý Ihèm th u ậ n lợi th u g ọ n đ n g kể kích th c m c h đ iệ n đ t tý s ố h iệu n ă n g /g iá th n h c n e c a o T r o n g m ộ t s ố lĩn h v ự c sản x u ấ t c ũ n g n h đời số n g , việc d o đ c , th eo dõi thu thập c c th ô n g s ố đ iề u k iện m ô i trư n g n h n h iệt đ ộ , đ ộ ẩ m , p su ấ t, gió th e o thời g ian th ự c m ộ t n h u c ẩ u cầ n thiết V iệ c x â y d ự n g đ ợ c m ột hệ t h ố n g tự đ ộ n g đ p ứ n g d ợ c c c y ê u c ầ u c ó ý n g h ĩ a thự c tiễn N h ữ n g hệ t h ố n g tự đ ộ n g th e o d õ i thu th ậ p s ố liệu c ó th ể th ự c h iệ n đư ợ c m y tính b n g c c h lắp th ê m n h ữ n g c a rd m r ộ n g d ể slié p n ố i m y tính với c c c m biến G iải p h p n y c ó ưu đ iể m k h a i th ác đ ợ c k h ả n ă n g đ a n h iệ m c ủ a m y tính: m y tínlì đ ể đ iề u k h iể n việc thu th ậ p s ố liệu đ n g thời d ù n g đ ể x lý kết T u y n h iên tro n g m ộ t s ố c ô n g tác q u a n trắ c cụ th ể, việc s d ụ n g c c hệ t h ố n xây d ự n g c sở m y tín h tỏ c h a h ẳ n đ ã phù h ợ p d o hệ th ố n g c ó k íc h th c lớn, k h ô n g hoạt d ộ n c lâu d i tr o n g đ iề u k iện đ o đ c n g o i trư n g có d iề u kiện thời tiết k h c nghiệt, c c đ ịa đ iể m xa n g u n đ iện lưới M ột hư n g k h c đ ể x â y d ự n g c ấ c h ệ t h ố n g thu th ập sô liệu sử d ụ n g b ộ vi đ iều khiến đ ó n g vai trị b ộ x lý t r u n s tâ m , đ iề u khiển to àn b ộ h o t đ ộ n « c ủ a h ệ N ghiên cứu ÍOIIỊ (lụng vi (Hèn khiên P IC iro n íỊ (lo lườn g & đ iều khiển th ố n ụ , m y tín h ( n ế u c ó ) c hỉ đ ợ c d ù n g n h m ộ t p h n g tiện trợ g i ú p đ é việc g ia o tiếp c iữ a n c i s d ụ n c hệ t h ố n g th êm linh hoại d ễ d n g hơ n T h e o xu h n g p d ụ n g vi đ iều k h iể n đ ể thiết k ế c c hệ th ố n g đ o lường d iề u k h iến tự đ ộ n g , tro n c k h u ô n k h ổ bàn luận vãn n y tậ p tr u n g n g h iê n cứu, p d ụ n g vi đ iề u k h iể n P1C16F8XX c ủ a h ã n g M I C R O C H I P đ ể th iế t k ế c h ế tạ o m ộ t hệ t h ố n ẹ thu t h ậ p s ố liệu n h iệ t đ ộ đ a đ iể m , đ ộ ẩ m , tốc đ ộ g ió t h e o thời g ian thực p h ụ c vụ c ô n g tác n g h i ê n cứu, g iá m sát m ôi trường C c m ụ c tiêu đặt tro n g lu ậ n văn n y là: - H iể u rõ ch ứ c n ă n g làm c h ủ p h n g p h p lập trìn h c h o c c kh ố i bên tro n g c ủ a vi đ iều k h iể n P IC F 7 A 2ổ m c c c ổ n g v o /ra số, c c đ ế m , c ổ n g tr u y ề n k h ô n g đ ổ n g bộ, khối biến đ ổ i s ố tư n g tự A D C - X â y d ự n g sơ đ k h ố i tổ n g thể c h o hệ th ố n g - L ự a c h ọ n vi m c h ph ụ trợ th íc h h ự p n h đ n g h thời g ia n thực, n h E E P R O M , n i ô đ u n h iể n thị L C D v g h é p nối c h ú n g với vi đ iều k h iể n - L ự a c h ọ n g h é p nối c c c ả m b iến đ o n h iệ t độ, đ ộ ẩ m , đ o tốc đ ộ g ió với hệ t h ố n g thu th ậ p s ố liệu - T h iế t k ế , lắp ráp p h ầ n c ứ n g , viết p h ầ n m ề m đ iều k h i ể n h ệ th ố n g - N ù n g c a o k h ả n ă n g ứ n g d ụ n g c ủ a h ệ th ố n g b ằ n g việc đ a k h ả n ă n g truy n h ậ p v o hệ t h ố n g từ x a th ô n g q u a m ô đ e m N íiồi đ ể h o n th n h việc c h ế tạo, lắp ráp, th n g h i ệ m h ệ th ố n g , tác giả c ò n phải x â y d ự n g c ô n g cụ h ỗ trợ n h n p c h n g trìn h , c h ế tạo d ụ n g cụ đ o vận tốc g ió , th iế t k ế c c b ả n m c h in, lựa c h ọ n b ộ ch ươn 2, trìn h d ịc h p h ụ c vụ việc lập trình c h o vi đ iề u khiển T c g iả x in bày tơ l ị n e biết ơn sâu sắc đ ê u g i o viên h n g dẩn: T iế n sỹ N g ô Diên T ậ p , g i n g viên K h o a C ô n g n g h ệ - Đ i học Q u ố c g ia H nội, ngư i đ ã tận tình hư ng d ẫ n đ a c c n h ậ n xét vô c ù n g q u í b u tro n g q u trìn h tlụrc h iện luận vãn T c íỉiả c ũ n g c h â n th n h c ả m ơn Ban lãnh đ o v c c b n đ ổ n g n g h iệ p tro n g C ô n g ty L iên D o a n h T h iế t bị V iễ n t h ô n s A N S V nơi tác g iả đ a n g c ô n g tác đ ã tạ o điều kiện d ể h o n th n h b ả n luận văn 10 Nglĩiên cứu ứng dụng vi diều khiển PIC lường & điều khiển N H Ũ N G K ẾT Q U Ả ĐẠ T Đ ợ c VÀ BÀN LUẬN l NHÙNG KẾT QUẢ ĐẠT Đ ợ c 1.1 Nghiên cứu học thuật - Nghiên cứu cấu trúc, tìm hiểu chức năng, cách lập trình điều khiển khối bên vi điều khiển Microchip PIC16F877A áp dụng kiến ihức để thiết kế hệ thốnc thu thập số liệu mơi trường - Lập trình cho vi diều khiển PIC với cơng cụ chương trình biên dịch ngôn ngữ bậc cao PCW-H -Làm chủ phầm mềm OrCAD Protei để sửdụng vào việc vẽ sư đồ nguyên lý hệ thống thiết kế mạch in - Viết giao diện điều k h i ể n hệ thống Windows Visual Basic 1.2 Thiết kê hệ thống Ilệ thống thu thập số liệu có chức đặt lập kế hoạch thiết kế: - Đ o dược nhiệt độ nhiều điểm khác nhau, cụ thể điểm hệ thống Ưu điểm bật việc đấu nối điểm đo nhiệt độ đến máy thu đơn giản sử dụng bus 1-wire - Đ o dược sai sô - ± g iá trị độ ẩm tư n g đ ố i không khí dải 5% đến 100% với % Đ o tốc độ gió dải km/h đến 80 km/h anemomet chế tạo vật liệu dễ tìm Thực chuẩn việc so sánh số xung anemomet với tốc độ gió biết - Các kết đo thể hình tinh thể lỏn dược truyền máy tính - Lưu dược 800 kết đo lấy theo thời gian thực 86 t h iế t bị Nghiên cửu ứng dụng vi điều khiển PIC đo lường & điều khiển H ệ t h ố n g d o c ó k h ả n ă n g k ế t n ố i t x a v i m y t ín h d ặ t t i t r u n g t â m q u a m n g đ iệ n t h o i c õ n g c ộ n g b ằ n g n iô đ e m Khoảng thời gian liên tiếp hai lần ghi số liệu thay đổi từ I phúi đến 12 - Đổng hồ thời gian thực hệ thống dược trì bàng nguồn riêng đảm bảo đếm thời gian xác ngắt nguồn K íc h th c X 150 X50 C Á C H Ư Ớ N G P H Á T T R I E N ( m i l l ) , t r ọ n e lư ợ n g g tro n g tư ơng lai Để chuyển siao sản phẩm cho địa cụ thể sử dụng nên hoàn thiện thêm hệ thống vổ phẩn cứng phần mềm, cụ thê là: 2.1 Phần cứng - Thêm lối vào điện áp tươnc tự để đo thơng số áp suất khí bàng cảm biến áp suất có lối điện áp - Tăng dung lượng nhớ nhớ liệu để tăng số mẫu ghi dược - T h i ế t k ế v c h ế t o v ỏ m y đ o c ó k iể u d n g c ô n g n g h i ệ p đ ẹ p , c h c c h ắ n , c h ố n g ấ m đ ể t h í c h n g h i v i đ iề u k iệ n m ô i t r n g n h iệ t đ i n ó n g ẩ m 2.2 P h ẩ n m ề m - Lập trình cho phép tăng số lượng cảm biến nhiệt độ ghép nơi, việc nhập số định danh cảm biến thực ẹiao diện máy tính - Lập thêm thư viện hàm giao tiếp chuán I-wire đế ghép với cám biến khác cảm biến xác định hướng gió, tốc độ gió theo chuẩn l-wire - Tạo trình đơn hình LCD cho phép đặt thơng số tần suất lấy mẫu, đặt thời sian thực, thời điểm bắt dầu lấy mẫu qua nút bấm diều k h iể n máy 87 Nghiên cứu ứng dụng 17 điều khiển PIC tron í*đo lường & điều khiển BÀN LUẬN Hệ thống thu thập số liệu mơi trường nói riêng hệ thống thu thập số liệu nói chung râì da dạng, hệ có thơng số, chi tiêu kỹ thuật riêng để phù hợp với mục tiêu đôi tượng cần nghiên cứu Hệ thống thu thập sô liệu môi trường thiết kế luận văn ví dụ minh họa khả ứng dụng vi diều khiển đại việc thiết kế chế tạo hệ thống lường điều khiến Phát triển song song với tiến khỏníì ngừng công nghệ chế tạo linh kiện cảm biến bán dẫn ngày xác "thơn« minh" hơn, vi điều khiển dược tãng cường "sức mạnh" lực xử lý, dung lượng nhớ bổ xune thêm khối chức ngoại vi tưưng ứng để sẵn sàng ghép nối với hệ cảm biến đo lường Trên phương diện thiết kế, nhà kỹ thuật cần phải cập nhật thành tựu dế phát huy khả tư sáng tạo, áp dụng chúng cách hiệu vào sản phẩm phục vụ sản xuất đời sống 88 Nạ/liên cứu ứng dụng vi diều khiến PỈC đo lường & điều khiển T À I LIỆU T H A M KHẢO N guyền Hồne Sơn, Hồng Đức Hải Modem truyền sơ liệu N xb Giáo dục 2000 Ngổ Diên Tập Đo lường điều klĩiển máy tính Nxb KIỈKT, 1996 tr 42 ? A simple Anemometer kbag.schi@astro.uni-bonn.de Chuck Hellebuyck Programming PIC Microcontrollers with PICBASỈC Elsevier Science 2003 Dallas Semiconductor The I-wire Weather Station, Reprinted from Sensors, June 1998 Dallas Semiconductor Trickle Charge Timekeeping Chip DS1302 Ref 092801 Dallas Semiconductor 1-Wire Digital Thermometer D Si Ref 030598 Epson SED 1278 LCD driver Humirel Copr Relative Humidity Sensor H S IỈ0 IH S ỈỈ0 Ỉ 10 f lumirel Copr Relative Humidity and Temperature Module 11 Microchip Inc PỈCỈỔF87XA Data Sheet 28/40 Pin Enhanced FLASH Microcontrollers, DS39582A Microchip 2001 12 Microchip Inc 24AA256I24LC256 256K I2C Serial EEPROM Data Sheet 1)S 191 e Microchip 2002 13 Mvke Predko Programming and Customizing PlCmicro® Microcontrollers 14 Myke Predko Programming Controller Robot 15 Paul Horowitz and Winfield Mill The Art o f Electronics Cambridge University Press, Edition, 1980 16 Peter H Anderson, Baltimore, c , CCS, Interfacing with a Dallas DSJ820 Thermometer MD, April, '99 PIC 17 Simple RS-232C Level Converter using Transistors kswichit(S)kmitl.ac.th Và m ộ t sò t r a n g web 18 http://www.ccs.com 19 hup://www.ic-pro£.com 20 http:// www.microchip.com 21 http://www.rotgradpsi.de/mc/picpros/pioprogispe.html 89 Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển PỈC đo lường & điều khiển P h ụ lục S ĐỔ N G U Y ÊN LÝ HỆ GHI ĐO 90 Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển PỈC đo lường & điều khiển P h ụ lục VI M Ạ C H Đ O N H IỆT ĐỘ s ố D S1820 VEVC_RVANC :CNRCÌ 00'c "T"' ci— 3a1nT:ROM 1-VVI T “Ofv T£M?r^ATURSSSNSC3 SCRA’ , - G- TẸWP£RATUR£ Ị T s 6-8 * GE\EWCn s-==v • SESSE Hình 2.1: Sơ đồ khối vi mạch đo nhiệt độ số DS1820 Sơ đồ khối vi mạch cảm biến nhiệt độ DS1820 eồm phần • 64 bít ROM khắc bằna laser gồm: bít có giá trị lOh mã họ cảm biến nhiệt độ 48 bit số serial cho vi mạch cảm biến bít kiểm tra CRC • Khối đo nhiệt độ, biến đổi thành số • Bộ nhớ khơng phụ thuộc nguồn, lưu thiết lập ngưỡng cảnh báo cao thấp NGUỔN NUÔI CHO VI MẠCH CẢM BIẾN V iệc c ấ p ncuồn cho DS1820 thơng qua dường tín hiệu nên thuận tiện khóng cẩn thêm mội đường dây thứ Thông thường điện trở kéo lên bus 4,7 KQ khơng đủ dịng u cầu lmA cấp cho DS1820 thực đo nhiệt độ dang thực ghi vào nhớ EEPROM, lúc phái cần điện trữ kéo lên có íỉiá trị nhỏ Đê thực u cầu cần dùng tranzito MOSFET làm vai trò điện trở kéo lên - mở thơng hồn tồn DS1820 thực đo nhiệt độ Khi chọn lựa việc cấp nguồn theo đường tín hiệu, chân V(U| phải dược nối với đường GND Một hạn chế cùa việc cấp nguồn cho DS1820 theo cách nhiệt độ đo khơng (lược vượt q 100 ° c nhiệt độ cao dòng diện rò tụ lưu điện tăng mạnh, không đủ cấp nguồn cho vi mạch hoạt động Cách cấp nguồn khác dùng đường ncuổn riêng Ưu điểm không cần điện trở kéo lèn mạnh, bus không bị treo lên mức cao tro ne suốt trình do/ 91 Nghiên (it'll ứng dụng vi điều khiển PIC đo lường & điền khiển hiên đối nhiệt độ, thời gian thơnc tin truyền bus Nếu có nhiều vi mạch đo nơi bus, chúng kíchhoạt dế bắt đầu tiến hành đo nhiệt độ thời điểm NGUYỀN TẮC THỰC HIỆN ĐO NHIỆT ĐỘ Việc biến đổi nhiệt ctộ-số dựa so sánh tần số hai dao động Bộ dao dộng thứ có tần số phụ thuộc nhiệt độ, dao động thứ hai phụ thuộc nhi cu vào nhiệt độ Hiệu hai tần số phản ánh nhiệt độ cần đo Khối logic thực đếm, tính tốn kết nhiệt độ với độ phán giải 0.5°c Nhiệt độ dược dọc theo byte tronu byte đáu dấu, byte sau chí giá trị giá trịtuyệt đối nhiệt độ, bậc 0,5 °c Ví dụ giá trị -25 ° c biểu diễn: MSB LSB Giá trị bít cao dược lặp lại trona byte thứ hai bít cao Muốn đạt độ phân giải cao cần tính tốn giá trị nhiệt độ theo công thức (*): TEMPERA TUB TEMP READ , COUNT P E R _c Trong dó count_per_c, countjremain byte kết qua đếm xung từ đếm, dược đọc lệnh READ SCRATCHPAD Bảin đồ bọ nhớ DS1820 Byte RAM EEROM Nhiệt độ LSB Nhiệt độ MSB TH byte TI I byte TL byte TL byte Không dùng Không dùng Count_Remain Count_per_c CRC 92 ANỉịhién cứu ứnq dụng vi (lie’ll khiển PIC lường & điền khiển Bộ nhớ DSI820 tổ chức hình trên, gổm phần: byte RAM byte EEROM lưu hai giá trị ngưỡng cảnh báo Bộ nhớ RAM gồm bvle Hai bvte chứa giá trị đo nhiệt độ Byte tlhứ ban giá trị TH TL, lại sau mỏi lần khởi độnc bật nisuồn Hai byte không dùng FFh Byte ghi Ciủa đếm, dùng giá trị phép tính (*) để tăng thêm độ phân giải phép íìỉo Bvte cuối nhớ RAM chứa CRC byte trên, dùng vào mục đích kiểm trra j c c L ệ n h đ i ể u k h i ể n I.,ệnh chức ROM • READ ROM (33h) Cho phép đọc byte laser ROM gồm: bít mã họ thiết bị (lOh), 48 bít SÍ.Ố xêri bit CRC Lệnh dùng bus c ó thiết bị Nếu không xảy na xung đột bus tất thiết bị cùne đáp ứng • MATCH ROM (55h) Lệnh gửi với 64 bít tiếp theo, cho phép điều khiển bus chọn chi DS1820 bus có nhiều DS1820 nối vào Chỉ có DS1820 nick) cu bit cùa 64 bit ROM trùng khớp chuỗi 64 bít vừa gửi đáp ứng với c.ác lệnh nhớ • SKIP ROM (CCh) Lệnh cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến lệnh nhớ DS1 820 mà khơng cần gửi chuỗi 64 bit ROM • SEARCH ROM (F0h) Lệnh cho phép điều khiển bus dị tìm sỏ' lượng đơn vị tớ giá trị 64 bit ROM chúng chu trình dị tìm L ện h c h ứ c nhớ • WRITE SCRATCHPAD (4Eh) Viết vào byte vào RAM địa Việc ghi kết thúc có xung reset • READ SCR ATCIIPAD (BEh) 93 NVghién cứu ứntỊ dụng vi điều khiển P!C lường & điều khiên Đ)ọc nội dung RAM từ địa chí 0, liên tiếp byte gồm byte dư liệu byte CRC v/iệc • dọc dừng có xung reset C O N V ER T (44h) Lệnh bát đầu việc đo chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành số Thời gian chuyển đđổi 200 ms, thời gian chuyển đổi thực lệnh đọc giá trị đdọc • R E A D POWER SUPPLY (B4h) Một lệnh đọc tiếp sau lệnh cho biết DS1820 dans sử dụng chế độ cấp naguồn nào, giá trị đọc bằne cấp nguồn dây liệu bàng ciỉấp neuổn qua đường riêng 4,1 HỆ THỐNG BUS 1-WIRE Hộ• thống bus l-wire • bus có • chủ diều khiển bus • • nhiều đ'ỉơn vị tớ Trong trườns hợp DS1820 đóng vai trị tớ Hệ thống bus gồm phhần phần cứng, trình tự trao đổi báo hiệu l-wire BUSfAWTfcfi ?sv > > ATK DS18Ỉ-3 1-iVMKPOR’ '< r > - H ìn h 2 : B u s I - w ire p*hần cứng bus l-wire Bus chi có đường, thiết bị đấu vào bus có năne làm thay đổi imức bus khoảng thời gian Các thiết bị phải lối ba trạng thái hioặc cực máng ngỏ Trạng, thái rỗi bus mức cao Nếu bus bị giữ mức thấp lâu 4180 LiS tất thiết bị nối vào bus bị khởi độne lại G ia o thức trao đổi bus l-w ire sau I -wire bus sử dụne giao thức phức tạp để gửi/nhận liệu sở độ 1'íộng khe thời gian Các tín hiệu truyền bus là: xung reset, xung có mặt, ghi bit 94 Nýghién Clin ứng dụng vi (lií'II khiên PỈC trono, đo Iườn ti & diếu khiên 0.1, glhi hit I, đọc bit 0, đọc hit I Các tín hiệu trên, trừ xung có mặt thực boởi Ibộ điều khiển bus • Khơi tạo (reset) bus 1-wire Bộ điều khiển bus gửi xung khởi tạo tín hiệu mức thấp độ dài 480 sau trả mức cao chuyển sang chế độ thu Sau nhận biết sườn lên tíiín hiệu lại cổng I/O, DS1820 chờ 15 - 60 ill hấp 60- 240 JLIS gửi tín hiệu có mặt: tín hiệu mức Ị.IS Sau trình khởi tạo, byte đưực gửi đến thiết bị tớ f/a*t#rTx ¿so -3 iwm.1!! 5*6*1¿i mvnrr.ưr Vacar 3x ¿8Du* mmi.-.T DS*Ồ?J vratE m ’ i -fiGJS '*zc *-W Rr 3.5 ► 3S-3Ỉ-: "x crẽ&è-ce cC - 2¿c as / n / LIVE TYPE _EGENO ■ —"“u- 3uS flVM!** activa Jew 0S*820acbv* IG’A' 9cr cu* ras:-' and OS‘620 acr.vé lew ftMiaw pu:i-up H in li : K h i tạo bus V iế l r a b u s l- w ir e VASTERWRj’ S■ £*SlS~ w Í-» »_ \USTÍ3 w5.T5 -' S.CT 3n.g quay cúa bánh xe khoảng thời gian giây lưu giá trị vào nhhió" Sau chạy với vận tốc khác để thu thập số liệu, số liệu đdọ)C vào máy tính dùng bảng tính EXCEL xử lý để tìm quan hệ sô' xung/vận tốc Báng sô liệu thu thập sau Sỏ xung từ iinemomct Sô xung từ bánh xe 101 104 47 46 53 109 157 185 198 195 194 148 99 88 Vận tóc xe km/h 52 32.3 56 34.8 16.7 27 19 11.8 30 18.6 54 33.5 41.6 67 85 52.8 107 66.5 107 66.5 86 53.4 56 34.8 30.4 49 55 34.2 97 Hệ sỏ xung / km/h 6.245 5.971 5.597 7.784 5.680 6.490 7.534 6.998 5.950 5.859 7.253 8497 6.496 5.144 ¡Mạhicn cứu ứ/ìíỊ dụng vi diều khiển PIC đo lường & diều khiển 103 145 97 83 57 78 112 163 190 219 252 265 283 233 160 91 130 167 185 187 179 143 125 147 122 49 40 76 108 103 85 74 51 60 58 66 99 112 121 108 34 52 35 59 60 53 46 29 30 45 79 104 121 132 137 154 131 79 43 67 105 140 135 118 60 60 65 55 21 25 39 54 57 54 53 49 43 44 53 59 65 60 49 23 29 19 36.6 37.3 32.9 28.6 18.0 18.6 27.9 49.1 64.6 75.2 82.1 85.2 95.7 81.4 49.1 26.7 41.6 65.3 87.0 83.9 73.3 37.3 37.3 40.4 34.2 13.0 15.5 24.2 33.5 35.4 33.5 32.9 30.4 26.7 27.3 32.9 36.6 40.4 37.3 30.4 14.3 18.0 11.8 5.613 7.770 884 5.801 6.319 8.360 8.002 6.634 5.874 5.819 6.138 6.219 5.908 5.719 6.512 6.804 6.238 5.114 4.248 4.453 4.877 7.663 6.698 7.271 7.132 7.502 5.144 6.265 6.430 5.813 5.061 4.489 346 4.486 4.238 4.004 5.395 5.540 6.484 7.087 4.753 5.765 5.923 Hệ số tìm lấy trung bình 6,05 số xunc đếm 10 giây cùa anemomet vận tốc ció lkm/h Kết khảo sát thực tế cho thấy ngưỡng bắt đầu quay anemomet - km/h 98 Nghiên cứu ứng (lụnạ vi diêu khiển PÌC tronạ du lường & điều khiển 05.10.2002 Hình 4.1: Sơ đồ neuve» lý mạch nạp 99 Copyright tK* Mar*tirt CỈ4»u clụniỊ VI (licit khiển PỈC... CHỌN LOẠI VI Đ lỂU KHIỂN đ ể n g h i ê n c ứ u ÚN ( ỉ D Ụ N í ; Tronu khn khổ luận văn vi điều khiển PIC1 6F877A lựa chọn nghiên cứu ứng dụng có ưu điếm sau: - Là vi điều khiển flash PIC thuộc... T ổ chức hộ nhớ Nghiên cửu ứng dụng 17 điều khiển PỈC đo lường & diêu khiển nạp trình cho vi điều khiển qua nạp trình Do có kha tự ghi vào nhớ chươnc trình nên vi điều khiển PIC 16F877A cịn nạp