Đang tải... (xem toàn văn)
Ứng dụng vi điều khiển Atmega16 mô phỏng mạch đo điện áp máy phát điện và dòng điện cấp cho tải trên các ô tô đời mới , có mã code và mạch mô phỏng trên proteus 8.6. đây mà bài làm giúp sinh viên hiểu hơn về Atmega16.
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ MỤC LỤC ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ Ơ TƠ DANH MỤC HÌNH ẢNH ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TƠ LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ tơ ngành khoa học kỹ thuật phát triển nhanh chóng toàn cầu Sự tiến thiết kế, vật liệu kỹ thuật sản xuất góp phần tạo xe ô tô đại với đầy đủ tiện nghi, tính an tồn cao, việc ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý ngày phát triển rộng rãi thâm nhập ngày nhiều vào lĩnh vực kỹ thuật đời sống xã hội Với xu hướng tất yếu với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo, người ta tạo vi điều khiển có cấu trúc mạnh hơn, đáp ứng thời gian thực tốt hơn, chuẩn hóa so với vi điều khiển bit trước Với phát triển mạnh mẽ khoa học, đặc biệt ngành điện, điện tử, phát minh linh kiện điện tử ngày đáp ứng yêu cầu hệ thống Ưu điểm việc sử dụng linh kiện điện tử làm cho hệ thống linh hoạt đa dạng hơn, giá thành thấp độ xác cao Đó ý tưởng để nhóm em tìm hiểu thực đề tài “Ứng dụng vi điều khiển Atmega16 mô mạch đo điện áp máy phát điện dòng điện cấp cho tải ô tô đời ” Bên cạnh chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo: TS Nguyễn Thành Bắc, người trực tiếp hướng dẫn em tận tình chu đáo q trình hồn thiện tập lớn Mặc dù cố gắng học hỏi nhiều, kiến thức kinh nghiệm thân hạn chế nên đề tài nhóm em khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong nhận góp ý, dẫn từ thầy ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ CHƯƠNG : MÔ PHỎNG MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT VÀ DÒNG ĐIỆN CẤP CHO TẢI • • • • 1.1 Giới thiệu đề tài Sử dụng cảm biến đo dòng ACS712 để đo dòng qua tải Sử dụng vi điều khiển Atmega 16 để nhận tín hiệu analog từ cảm biến ACS712 qua phân tích, tính tốn, xử lý vi điều khiển để xuất giá trị dịng điện mà hình hiển thị LCD 16x02 Thiết kế, mô mạch đo điện áp máy phát điện dòng điện cấp cho tải tơ đời (dịng điện dải từ -5A đến 5A) hiển thị số hình Viết chương trình (phần mềm) thiết lập phần cứng để đáp ứng yêu cầu 1.2 Sơ đồ khối Hình 1.1 Sơ đồ khối • Cảm biến nhận tín hiệu dịng điện tải sau trả giá trị điện áp tương ứng, giá trị điện áp gửi đến chân ADC vi điều khiển • Máy phát điện suất giá trị điện áp gửi đến chân ADC vi điều khiển • Vi điều khiển nhận tín hiệu điện áp từ chân ADC dạng Analog sau xử lý chuyển thành tín hiệu digital dạng 8bit 10bit Vi điều ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ Ơ TƠ khiển tính tốn giá trị Digital để đưa giá trị dịng điện tưởng ứng Sau gửi tín hiệu tới LCD • LCD 16x02 nhận tín hiệu từ Vi điều khiển cho phép hiển thị kết đo lên hình 1.3 Giới thiệu phần mềm mơ proteus Proteus phần mềm cho phép mô hoạt động mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch viết chương trình điều khiển cho họ vi điều khiển MCS-51, PIC, AVR, … Proteus phần mềm mô mạch điện tử Lancenter Electronics, mô cho hầu hết linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho MCU PIC, 8051, AVR, Motorola Phần mềm bao gồm chương trình: ISIS cho phép mô mạch ARES dùng để vẽ mạch in Proteus công cụ mô cho loại Vi Điều Khiển tốt, hỗ trợ dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ngồi cịn mơ mạch số, mạch tương tự cách hiệu Proteus công cụ chuyên mô mạch điện tử ISIS nghiên cứu phát triển 12 năm có 12000 người dùng khắp giới Sức mạnh mơ hoạt động hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ Sau đó, phần mềm ISIS xuất file sang ARES phần mềm vẽ mạch in khác Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, thiết kế theo mạch mẫu (templates) Những khả khác ISIS là: - Tự động xếp đường mạch vẽ điểm giao đường mạch - Chọn đối tượng thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ - Xuất file thống kê linh kiện cho mạch - Xuất file Netlist tương thích với chương trình làm mạch in thơng dụng - Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều cơng cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện lên đến hàng ngàn linh kiện - Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design) - Khả tự động đánh số linh kiện 1.3.1 Hướng dẫn sử dụng phần mềm protus Khởi động chương trình , chương trình sau khởi động có giao diện sau ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ Ơ TƠ Hình 1.2 Giao diện proteus ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Để vẽ sơ đồ nguyên lý , vào Start Menu khởi động chương trình ISIS chương trình khởi động có giao diện sau: Hình 1.3 Giao diện làm việc Giao diện gồm có : Vùng làm việc ,vùng hiển thị , công cụ,vùng lựa chọn ,thanh tác vụ nút mơ Vùng làm việc vùng mà ta vẽ linh kiện điện tử , nối dây linh kiện , đặt máy đo, thị đồ thị mong muốn Thanh công cụ gồm thành phần sau : - Section mode : Chức để chọn linh kiện - Component mode :Dùng để lấy linh kiện thư viện linh kiện ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ - Wire lable mode : Đặt tên cho dây - Terminals mode : Chứa Power , Ground - Graph mode : Dùng để vẽ dạng song ,… - Generator mode : Chứa nguồn điện , nguồn xung , - Voltage Probe mode : Dùng để đo điện điểm mạch , dụng cụ có chân khơng có thực thực tế - Curent Probe mode : Dùng để đo chiều độ lớn dòng điện điểm wire - Virtual Instrument mode : Chứa dụng cụ đo dòng áp , dụng cụ mô thực tế Để lấy linh kiện điện tử ta phải vào thư viện isis , bấm vào biểu tượng Component mode , sau nhấn vào chữ P ấn phím tắt P keyboard khung chương trình ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ Ơ TƠ Hình 1.4 Tìm kiếm linh kiện Trong hình có phần Keyword : tìm kiếm , ta đánh từ khóa cần tìm ví dụ resistor Ở phần category hiển thị thư mục liên quan đến từ khóa Phân sub-category nhóm phần Phần manufacturer tên nhà sản xuất linh kiện ,ở ô preview ô hiển thị sơ đồ nguyên lý PCB preview hình dáng sơ đồ mạch in Double Click vào linh kiện cần lấy linh kiện bổ sung vào vùng lựa chọn ngồi giao diện hình 1.4 Giới thiệu phần mềm lập trình CodevisionAVR CodevisionAVR trình biên dịch chéo C, mơi trường phát triển tích hợp tạo chương trình tự động thiết kế cho họ vi điều khiển AVR Atmel Chương trình chạy hệ điều hành 2000, XP, Vista Windows 32/64 bit 10 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thơng tin hay khơng Cờ bận D7 đọc R/W = RS = sau: R/W = 1, RS = D7 = (cờ bận 1) LCD bận công việc bên không nhận thông tin Khi D7 = LCD sẵn sàng nhận thơng tin Lưu ý nên kiểm tra cờ bận trước ghi liệu lên Các lệnh LCD Mã HEX Lệnh đến ghi LCD Xóa hình hiển thị Trở đầu dịng Giảm trỏ (Dịch trỏ sang trái) Tăng trỏ (Dịch trỏ sang phải) Dịch hiển thị sang phải Dịch hiển thị sang trái Tắt hiển thị, tắt trỏ A Tắt hiển thị, bật trỏ C Bật hiển thị, tắt trỏ E Bật hiển thị, nhấp nháy trỏ F Tắt trỏ, nhấp nháy trỏ 10 Dịch vị trí trỏ sang trái 14 Dịch vị trí trỏ sang phải 18 Dịch toàn hiển thị sang trái 1C Dịch toàn hiển thị sang phải 80 Ép trỏ đầu dòng thứ C0 Ép trỏ đầu dịng thứ hai 30 ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI 38 KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Hai dòng ma trận 5x7 Các lệnh giao tiếp LCD Để thực giao tiếp với LCD cần có lệnh địa lệnh Các lệnh mô tả bảng sau: Lệnh RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Xóa hình 0 0 0 0 Trở đầu dòng 0 0 0 0 - Đặt chế độ truy nhập 0 0 0 I/ D S Điều khiển bật tắt hiển thị 0 0 D C B 31 Mơ tả Xóa tồn hình đặt địa DDRAM vào nhớ Đặt địa DDRAM đếm địa Trả hiển thị dịch vị trí gốc DDRAM không đổi Đặt hướng chuyển dịch trỏ xác định dịch hiển thị thao tác thực đọc/ghi liệu Đặt bật/tắt hình (D) Bật/tắt trỏ (C) nhấp nháy kí tự vị trí trỏ (B) ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI Dịch hiển thị trỏ chức Thiết lập chức 0 0 0 0 KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ 1 D L S/ C N R/ L F - - Thiết lập địa CGRA M 0 Thiết lập địa DDRA M 0 Địa DDRAM Đọc cờ bận BF Địa CGRAM/DDRAM - Dịch trỏ/hiển thị qua trái/phải mà đọc/ghi lại liệu - Khởi tạo giao diện độ dài liệu Địa CGRAM Thiết lập địa nhớ tạo kí tự, liệu gửi/nhận sau thiết lập Thiết lập địa nhớ tạo kí tự, liệu gửi/nhận sau thiết lập Đọc cờ bận BF (Busyflag) Các kí hiệu viết tắt bảng là: + DDRAM: RAM liệu hiển thị, Display Data RAM + CGRAM: RAM máy phát kí tự, Character Generator RAM + I/D: thiết lập hướng dịch chuyển trỏ, I/D = 0: giảm, I/D = 1: tăng + S: thiết lập dịch chuyển hiển thị, S = 0: không dịch chuyển hiển thị, S =1: dịch chuyển hiển thị + D: bật tắt hiển thị (D = 0: tắt, D = 1: bật) + C: bật tắt trỏ (C = 0: tắt, C = 1: bật) 32 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ + B: bật tắt trỏ nhấp nháy vị trí kí tự (B = 0: tắt, B = 1: bật) 2.3.1 Biến trở Biến trở thiết bị có điện trở biến đổi theo ý muốn Chúng sử dụng mạch điện để điều chỉnh hoạt động mạch điện Điện trở thiết bị thay đổi cách thay đổi chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ thay đổi, ánh sáng xạ điện từ, Hình 2.5 Kí hiệu biến trở mạch mơ Cấu tạo biến trở: Nhìn từ bên ngồi, dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm phận chính: - Cuộn dây làm hợp kim có điện trở suất lớn - Con chạy/chân chạy Cho khả chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng 33 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ - Chân ngõ gồm có chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực cố định đầu điện trở Các cực làm kim loại Cực lại cực di chuyển thường gọi cần gạt Vị trí cần gạt dải điện trở định giá trị biến trở Hình 2.6 Cấu tạo biến trở Các vật liệu có trở kháng nguyên vật liệu sử dụng để tạo biến trở, cụ thể sau Carbon hay gọi biến trở than: Đây vật liệu phổ biến cấu thành từ hạt carbon Chi phí rẻ nên sản xuất với số lượng lớn nhiên độ xác khơng cao 34 ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Dây cuốn: Loại dây thường sử dụng dây Nichrome với độ cách điện cao Do mà chúng sử dụng ứng dụng cơng suất cao địi hỏi độ xác Tuy nhiên độ phân giải nhiên liệu chưa thực tốt Nhựa dẫn điện: Thường bắt gặp ứng dụng âm cao cấp Tuy nhiên chi phí cao khiến chúng bị hạn chế Cermet: Đây loại vật liệu ổn định Tuy nhiên tuổi thọ chúng không cao giá thành lớn Nguyên lý hoạt động biến trở: Đúng tên gọi làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu biến trở dây dẫn tách rời dài ngắn khác Trên thiết bị có vi mạch điều khiển hay núm vặn Khi thực điều khiển núm vặn mạch kín thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở mạch thay đổi Thực tế việc thiết kế mạch điện tử ln có khoảng sai số, nên thực điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc biến trở có vai trị phân áp, phân dịng mạch Ví dụ: Biến trở sử dụng máy tăng âm để thay đổi âm lượng chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng đèn + /C = 0: di chuyển trỏ, S/C = 1: dịch chuyển hiển hị + R/L = 0: dịch trái, R/L = 1: dịch phải + DL = 0: độ dài bit, DL = 1: độ dài bit + N = 0: hàng, N = 1: hàng + F = 0: phông chữ 5x7, F =1: phông chữ 5x10 + BF = 1: LCD bận, BF = 0: LCD nhận lệnh 35 ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ 2.3.2 Mạch mơ Proteus Hình 2.7 Kết nối với LCD 36 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Hình 2.8 Kết nối với Atemega16 2.4 Giới thiệu ACS 712 ACS712 IC cảm biến dịng tuyến tính dựa hiệu ứng Hall ACS712 xuất tín hiệu Analog (tín hiệu tương tự), Vout biến đổi tuyến tính theo thay đổi dịng điện Ip 37 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Hiệu ứng Hall: hiệu ứng vật lý thực áp dụng từ trường vng góc lên làm kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung có dịng điện chạy qua Lúc người ta nhận hiệu điện (hiệu Hall) sinh hai mặt đối diện Hall Tỷ số hiệu Hall dòng điện chạy qua Hall gọi điện trở Hall, đặc trưng cho vật liệu làm nên Hall • Phân loại Có loại cảm biến ACS712: ACS712-5A(x05B): độ nhạy 180-190mV/A, IP= -5 đến 5A ACS712-20A(x20A): độ nhạy 96-104mV/A, Ip=-20 đến20A ACS712-30A(x30A): độ nhạy 63-69mV/A, Ip=-30 đến 30A • Cấu tạo 1.2 IP+: Nối chân IP+ với 3.4 IP- : Nối chân IP- với GND: Điện áp âm nguồn nuôi FILTER( lọc): Tác dụng lọc giúp tín h VIOUT(Vout): Điện áp lối (dạng tín hiệu A VCC: Điện áp dương nguồn ni 38 ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Sơ đồ cấu tạo thể qua H2.11 H2.12 Hình 2.11 Cấu tạo bên ACS712 Hình 2.12 Dạng đóng gói thứ tự chân ACS712 39 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠNG NGHỆ Ơ TƠ • Ngun lý hoạt động: Sơ đồ nguyên lý thể qua hình 2.13 Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý ACS712 Nguyên lý hoạt động Biểu đồ thể tuyến tính dịng Ip điện áp Vout Hình 2.24 Đồ thị thể tuyến tính Ip với Vout 40 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ Dựa vào biểu đồ thể tuyến tính dịng Ip điện áp VIOUT ta đưa nguyên lý hoạt động cảm biến sau: Đầu tiên mắc mạch hình 2.15 Hình 2.15 Sơ Đồ Mạch Khi ACS chưa có tải lúc giá trị VIOUT(tín hiệu analog) trả 2.5v Khi có tải: dịng qua tải từ IP+ sang IP- giá trị VIOUT trả rả từ 2.5v ~ 3.4v tương ứng với dòng thu từ ~ 5A Khi dòng qua tải từ IPsang IP+ giá trị VIOUT trả từ 2.5v ~ 1.6v tương ứng với dòng thi thu từ ~ -5A 41 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ CHƯƠNG : TÍNH TỐN Sử dụng Atmega16 để nhận tín hiệu Analog từ càm biến qua chân ADC PC0.Khi giá trị chân PC0 tín hiệu Analog, Atmega16 sử lý tín hiệu chuyển sang tín hiệu digital dạng 10bit Qua cơng thức tính tốn mà người lập trình gán cho, Atmega16 tính tốn trả lại giá trị dịng điện ứng với giá trị ADC Sau gửi tới hình Dựa vào độ nhạy ACS712-5A từ 185mV/1A ADC 10bit ATmega8 ta xây dựng cơng thức tính dịng diện sau: Khi chưa có dịng IP thi Vout = 2.5V khí giá trị ADC(Digital) Chân PC0 tính sau: ADC = (Vout/Vref)*1024 = 512 (Chọn điện áp tham chiếu chân Vref =5V) Khi có dịng IP làm Vout thay đổi dịng IP thay đổi tuyến tính theo Vout Cứ 1A số bậc mà ADC nhảy là: ADC = 185*5000/1024 = 38 Vậy nhảy bậc giá trị dịng diện tương ứng là: I = 1000/38 = 26,3 (mA) Cơng thức tính dịng điện: Ip= (ADC – 512 + 1) * 26,3 Với ADC giá trị tương ứng đọc Vout thay đổi Linkdowloadcodevàproteus: https://drive.google.com/drive/folders/1rMYRVWW41X2jkm8OIyUNiG4to_6A96P?usp=sharing 42 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ CHƯƠNG : KẾT LUẬN Sau thời gian làm tập lớn với đề tài “Ứng dụng vi điều khiển Atmega16 mô mạch đo điện áp máy phát điện dòng điện cấp cho tải ô tô đời mới” chúng em hoàn thành với giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn Trong tập lớn chúng em sâu tìm hiểu kết cấu nguyên lý hoạt động hệ thống Qua chúng em bổ sung thêm nhiều kiến thức chuyên ngành đặc biệt nhận thấy tính vượt trội hệ thống Do kiến thức nhiều hạn chế, kinh nghiệm chưa nhiều, tài liệu tham khảo cịn nên tập lớn khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến thầy hướng dẫn thầy giáo khoa để đồ án em hoàn thiện Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: TS Nguyễn Thành Bắc hướng dẫn tận tình để em hồn thành tập lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO CodeVisionAVR User Manual 3.37 Proteus Design Suite Getting Started Guide Tutorials 8.0 Atmega16 and Atmega16L Datasheet ACS712_AllegroMicroSystems datasheet https://www.semiconvn.com/home/hoc-thiet-ke-vi-mach/bai-hc-vi-mch/6295tim-hieu-bo-chuyen-doi-adc.html 43 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 44 KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ ... CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ CHƯƠNG : KẾT LUẬN Sau thời gian làm tập lớn với đề tài ? ?Ứng dụng vi điều khiển Atmega16 mô mạch đo điện áp máy phát điện dòng điện cấp cho tải ô tô đời mới? ??... CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ CHƯƠNG : MÔ PHỎNG MẠCH ĐO ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT VÀ DỊNG ĐIỆN CẤP CHO TẢI • • • • 1.1 Giới thiệu đề tài Sử dụng cảm biến đo dòng ACS712 để đo dòng qua tải Sử dụng. .. cao Đó ý tưởng để nhóm em tìm hiểu thực đề tài ? ?Ứng dụng vi điều khiển Atmega16 mô mạch đo điện áp máy phát điện dòng điện cấp cho tải ô tô đời ” Bên cạnh chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành