Module điều khiển thiết bị điện từ xa thông qua mạng điện thoại di động

HỌC VIỆN HẢI QUÂN KHOA VŨ KHÍ DƯỚI NƯỚC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN XÂY DỰNG HỆ THỘNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT Nha Trang, Tháng 6 Năm 2011 HỌC VIỆN HẢI QUÂN KHOA VŨ KHÍ DƯỚI NƯỚC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TÊN ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN XÂY DỰNG HỆ THỘNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT Người hướng dẫn : Thượng tá – Nguyễn Xuân Phú Học viên thực hiện : Ngô Đăng Hiền – Lớp KMP10 Nha Trang, Tháng 6 Năm 2011 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xửlí, vi mạch số … đựơc ứng dụng vào lỉnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiểncơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước. Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắmbắt được nhiệt độ làm việc cuả các hệ thống, dây chuyền sản xuất … giúp ta biếtđược tình trạng làm việc của các yêu cầu. Và có những xử lý kòp thời tránh được những hư hỏng và sự cố có thể xảy ra. Để đáp ứng được yêu cầu đo và khống chế nhiệt độ tự động, thì có nhiều phương pháp để thực hiện, nghiên cửu khảo sát vi điều khiển tôi nhận thấy rằng: ứng dụng vi điều khiển vào việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phương pháp tối ưu nhất. Được sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn Thượng tá – Nguyễn Xuân Phú đã giúp tôi nhiều trong quá trình tiến hành thực hiện đề tài “Ứng dụng vi điều khiển xây dựng hệ thống ổn đònh nhiệt độ lò nhiệt” . Học viên Ngô Đăng Hiền CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NHIỆT 1.1 – Giới thiệu Lò điện là một thiết bị điện biến điện năng thành nhiệt năng dùng trong các quá trình công nghệ khác nhau như nung hoặc nấu luyện các vật liệu, các kim loại và các hợp kim khác nhau v.v . - Lò điện được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật : + Sản xuất thép chất lợng cao + Sản xuất các hợp kim phe-rô + Nhiệt luyện và hoá nhiệt luyện + Nung các vật phẩm trước khi cán, rèn dập, kéo sợi + Sản xuất đúc và kim loại bột - Trong các lĩnh vực công nghiệp khác : + Trong công nghiệp nhẹ và thực phẩm, lò điện được dùng để sấy, mạ vật phẩm và chuẩn bị thực phẩm + Trong các lĩnh vực khác, lò điện đửợc dùng để sản xuất các vật phẩm thuỷ tinh, gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa v.v . - Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được dùng phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con ngưưười một cách phong phú và đa dạng : Bếp điện, nồi nấu cơm điện, bình đun nước điện, thiết bị nung rắn, sấy điện v.v . 1.2 - Ưu điểm của lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu Lò điện so với các lò sử dụng nhiên liệu có những ưu điểm sau : - Có khả năng tạo được nhiệt độ cao - Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao - Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh chế độ điện và nhiệt độ - Kín - Có khả năng cơ khí hoá và tự động hoá quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận chuyễn vật phẩm - Đảm bảo điều khiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ 1.3 - Nhược điểm của lò điện - Năng lượng điện đắt - Yều cầu có trình độ cao khi sử dụng 1.4 - Nguyên lý làm việc của lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa trên cơ sở khi có một dòng điện chạy qua một dây dẫn hoặc vật dẫn thì ở đó sẽ toả ra một l-ợng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ : Q=I 2 RT Q - Lượng nhiệt tính bằng Jun (J) I - Dòng điện tính bằng Ampe (A) R - Điện trở tính bằng Ôm T - Thời gian tính bằng giây (s) Từ công thức trên ta thấy điện trở R có thể đóng vai trò : - Vật nung : Trường hợp này gọi là nung trực tiếp - Dây nung : Khi dây nung được nung nóng nó sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt hoặc phức hợp. Trường hợp này gọi là nung gián tiếp. Trường hợp thứ nhất ít gặp vì nó chỉ dùng để nung những vật có hình dạng đơn giản ( tiết diện chữ nhật, vuông và tròn ) Trường hợp thứ hai thường gặp nhiều trong thực tế công nghiệp. Cho nên nói đến lò điện trở không thể không đề cập đến vật liều để làm dây nung, bộ phận phát nhiệt của lò. Chương II : Vi điều khiển PIC16F877A và Cảm biến nhiệt DS18B20 2.1. Đặc tính của vi điều khiển PIC16F877A  Sử dụng công nghệ tích hợp cao RISC CPU.  Người sử dụng có thể lập trình với 35 câu lệnh đơn giãn.  Tất cả các câu lệnh đều được thực hiện trong một chu kỳ ngoại trừ một số lệnh rẽ nhánh được thực hiện trong 2 chu kỳ lệnh.  Tốc độ hoạt động là: -Xung đồng hồ vào DC 20MHz.  Chu kỳ thực hiện trong 200ns.  Bộ nhớ chương trình flash 8Kx 14words.  Bộ nhớ Ram 368x8bytes.  Bộ nhớ EFPROM 256x8 bytes. - Khả năng của bộ vi điều khiển này  Khả năng ngắt: lên tới 15 nguồn ngắt trong và ngắt ngoài.  Ngăn nhớ Stack đọc phân chia làm 8 mức.  Truy cập bộ nhớ bằng địa chỉ trực tiếp hoặc giám tiếp  Nguồn khởi động lại (POR).  Bộ tạo xung thời gian(PWRT) và bộ tạo dao động (OST).  Bộ đếm xung thời gian(WDT) với nguồn dao động trên chip nguồn dao động (RC) hoạt động đáng tin cậy.  Có mạch chương trình bảo vệ.  Phương thức cất giữ SLEEP.  Có bản lưa chọn dao động công nghệ CMOS FLASH/EFPROM nguồn mứa  thấp , tốc độ cao  Thiết kế hoàn toàn tĩnh.  Mạch chương trình nối tiếp có hai chân.  Xử lý đọc/ghi tới bộ nhớ chương trình.  Dải điện thế hoạt động rộng 2V đến 5.5V.  Nguồn sử dụng hiện tại 2.5mA.  Công suất tiêu thụ: <0.6mA với 5V, 4MHz.  20uA với nguồn 3V , 32KHz  <1uA với nguồn dự phòng. - Các đặt tính nổi bật của thiết bị ngoại vi trên chip  Timer0: 8 bit với bộ định thời , bộ đếm với hệ số tỉ lệ trước.  Timer1: 16 bit với bộ định thời , bộ đếm với hệ số tỉ lệ trước, có khả năng tăng trong khi ở chế độ SLEEP qua xung đồng hồ được cung cấp bên ngoài.  Timer2: 8 bit với bộ định thời , bộ đếm 8 bit với hệ số tỉ lệ trước , hệ số tỉ lệ sau.  Có 2 chế độ bắt giữ , so sánh, và điều chế độ rộng xung(PWM).  Chế độ bắt giữ với 16 bit, với tốc độ 12,5ns, chế độ so sánh với 16 bit tốc độ xử lý cực đại là 200ns, chế độ điều chế độ rộng xung với 10 bit.  Bộ chuyển đổi tin hiệu số sang tương tự với 10 bit.  Cổng truyền thông nối tiếp SSP và SPI phương thức chủ tớ và I 2 C  Bộ truyền nhận thông tin đồng bộ, dị bộ (USART/SCR) có khả năng hiện 9 bit địa chỉ .  Cổng phụ song song PSP với 8 bit mở rộng với RD , WR , CS điều k Sơ đồ và chức năng các chân Pic 16F877A 2.2 Sensor cảm biến nhiệt DS18B20 2.2.1 Giới thiệu Đây là loại cảm biến số của hảng Dallas chỉ cần kết nối với 1 chân duy nhất của vi điều khiển là có thể đọc được nhiệt độ. Có duy nhất 64 bit nối tiếp được lưu trong ROM. Nguồn nuôi từ 3.0V đến 5.5V Dãi nhiệt độ đo được từ : -55 0 C đến 125 0 C. Với độ chính xác : +/ - 0.5 0 C. Thời gian chuyển đổi nhiệt độ lớn nhất là 750nS. Chính vì những lý do trên mà tôi chọn sensor này, để đảm bảo cho hệ thống làm việc 1 cách tin cậy và chính xác. 2.2.2 Phương pháp lập trình với Sensor DS18B20 Đối với loại Sensor này theo datasheet của Dallas 18B20 chúng ta có 1 thư viện mã nguồn mở để khai thác sensor này. Cơ bản của nó là đọc dữ liệu từ ROM của DS180B20 và lưu vào PIC. Trong chương trình tôi sử dụng thư viện ds18020.c đã được chỉnh sửa cho phù hợp với bài toán. Chương III : Giao tiếp với máy tính và LabView 3.1 Chuẩn truyền thông nối tiếp RS 232 RS-232 là một trong những chuẩn truyền thông được sử dụng phổ biến hiện nay bên cạnh hai chuẩn truyền thông khác là RS-442 và RS-485. Lúc đầu, RS-232 được xây dựng chủ yếu phục vụ trong ghép nối điểm – điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE Data Terminal Equipment), chẳng hạn như giữa hai máy tính, giữa máy tính và máy in, máy tính và modem… Ngày nay, mỗi máy tính cá nhân đều có một hoặc một vài cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232 (cổng COM), có thể sử dụng để kết nối với các thiết bị ngoại vi hoặc các máy tính khác. Nhiều thiết bị công nghiệp cũng tích hợp cổng RS-232 phục vụ cho công việc lập trình hoặc tham số hóa. 3.2 Cấu tạo cổng RS-232 (cổng COM) Cổng RS-232 có ba loại giắc cắm khác nhau: dạng 9 chân DB – 9, dạng 25 chân DB – 25, và dạng 26 chân ALT – A. Trong đó, hai dạng DB – 9 và DB – 25 được sử dụng phổ biến hơn. Trong đề án này, loại DB – 9 được sử dụng vì nó khá phổ biến và được hỗ trợ cho hầu hết các máy tính ngày nay. Sơ đồ chân và ý nghĩa các chân được