II. THIẾT KẾ THIẾT BỊ
U 1 M A X 2 3
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM I Thiết kế phần cứng:
I. Thiết kế phần cứng:
Sơ đồ mạch phần cứng PCB được thiết kế từ sơ đồ nguyên lí, sử dụng chương trình Protel DXP.
2. PCB đầu thu Near Sensor:
II.Thiết kế phần mềm
1.Thiết kế vi điều khiển PSoC:
1.1. Xác lập cấu trúc phần cứng cho PSoC:
Bản thân vi điều khiển PSoC ban đầu là một chip trắng. Khác với cỏc dũng vi điều khiển trước, chíp PSoC trắng ban đầu chưa có cấu hình phần cứng xác định. Khi chưa được cấu hình chip PSoC không thể thực hiện được bất kỳ một chức năng nào. Người sử dụng có thể và cần phải thiết đặt cấu hình phần cứng bên trong cho PSoC phù hợp với yêu cầu hệ thống của mình. Điều này cho thấy tính linh hoạt của vi điều khiển PSoC so với các vi điều khiển thông thường khác.
Để hỗ trợ việc thiết đặt cấu hình phần cứng bên trong PSoC được đơn giản và dễ dàng, hãng Cypress đã thiết kế chương trình phần mềm PSoC Designer, sử dụng phương pháp lập trình kéo - thả để người dùng có thể thiết đặt cấu hình phần cứng của PSoC được tiện lợi.
Để thiết lập cấu trúc phần cứng cho chip PSoC thực hiện công việc của thiết kế, ta cần thực hiện các bước như sau, với công cụ PSoC Designer.
B1.Tạo lập 1 project mới
Ta chạy chương trình PSoC Designer, giao diện của chương trình như hình sau:
- Đưa con trỏ về danh mục File trong menu của PSoC Designer, tìm tới danh mục
- Lựa chọn thư mục lưu trữ và tên project, sau đó ấn nút Next, hộp thoại PSoC Designer hiển thị như hình vẽ:
Settings\Thuy Giang\My Documents\DO_AN_TN_FarSensor, lập trình cho họ chíp CY8C29466 với loại chíp 28 chân, ngôn ngữ sử dụng trong tệp main.c là ngôn ngữ C.
B2. Lựa chọn thiết bị sử dụng trong phần cứng
Ta chọn mục Device Editor, màn hình giao diện của chương trình với người sử dụng như hình sau:
- Để lựa chọn thiết bị sử dụng, ta đưa con trỏ tới các danh mục bên trái của màn hình giao diện, kích vào các danh mục, các thiết bị tương ứng trong nhóm sẽ hiển thị. Trong bài thí dụ này, ta cần 1 LCD, 1 Counter 8 bit, 1 AMUX, 1 ADCINCVR, 1 PGA, 1 LED.
- Chọn LCD, ta kích hoạt tới danh mục Misc Digital. Trong danh mục này ta kích chuột chọn LCD
Biểu tượng LCD sẽ hiển thị trong màn hình Selected User Modules như hình sau:
- Nhấp phải chuột vào biểu tượng của LCD, 1 menu hiển thị như hỡnh trờn với các chức năng như:
Delete: Xóa bỏ thiết bị đã lựa chọn
Rename: Thay đổi tên theo yêu cầu của người sử dụng.
Block Diagram: Sơ đồ khối của thiết bị
Data sheet: thông tin xem trực tiếp về thiết bị với đầy đủ thông tin như phần cứng, thí dụ lập trình cho thiết bị…
Properties: đặc tính của thiết bị Hình sau là sơ đồ khối của LCD:
Từ sơ đồ khối này, người sử dụng sẽ biết cỏc chõn trờn thiết bị LCD, để từ đó phối ghép phần cứng bên ngoài cho phù hợp.
- Lựa chọn ADCINCVR trong danh mục ADCs, và lựa chọn PGA trong danh mục Amplifiers.
Tương tự, ta sẽ chọn được Counter8, AMUX, ADCINCVR, LED trong cửa sổ
Seleted User Modules như hình sau:
- Sau khi đã chọn được các thiết bị phần cứng cần thiết, trở về màn hình
Interconnect View bằng việc ấn nút Interconnect View trên thanh điều khiển
hoặc trong danh mục Config -> Interconnect. Giao diện của chương trình với người sử dụng.
- Đặt các thông tin cho các phần tử đã chọn
LCD:
Counter8 và ADCINCVR: Counter8 và ADCINCVR:
PGA
Ở đây, ta đặt bộ khuyếch đại PGA có hệ số khuyếch đại =1, độ phân giải của bộ chuyển đổi ADC là 13 bit, xung đầu vào của bộ đếm là
VC1 = ( CPU_clock = 12 Mhz (SysClk/2))/12 = 1000Khz
Các thông tin trong Global Resource và chân ra của chíp PSoC, chọn như sau:
- Sau khi đã hoàn tất các bước ở trên, đưa con trỏ về danh mục Config ->
Generate Application để tạo các tệp tương ứng của thiết bị vào trong project. Lúc này ta có thể trở về màn hình soạn thảo bằng cách ấn nút Application Editor hoặc vào danh mục Config -> ấn chức năng Application Editor để lập trình thao tác trên thiết bị đã chọn sử dụng.
Trong tệp của project cú cỏc tệp lcd. asm, lcd.h, lcd.inc, dac9.h, dac9.asm, dac9.inc counter8.asm. counter8.inc, counter8.h, adcincvr.h, adcincvr.inc, adcincvr. asm …do bước Generate Application tạo ra:
B3. Lập trình cho ứng dụng
Sau khi đã lập trình xong những yêu cầu cần thiết, đưa con trỏ tới danh mục
Build -> Rebuild All.
Trong cửa sổ Output của trình biên dịch hiển thị như hỡnh trờn có nghĩa project không mắc lỗi cú pháp khi lập trình.
1.2. Lưu đồ thuật toán phần mềm cho PSoC: Lưu đồ thuật toán đầu dò Far Sensor
Khởi tạo các module ADC, AMUX, LCD, PGA,
COUNTER, UART
AMUX lần lượt chọn tín hiệu đầu vào X, Y, Z đưa qua PGA vào ADC
Tính giá trị X, Y, Z và cường độ từ trường H
1
Đợi lệnh từ đầu thu và Truyền dữ liệu đến Đầu
thu Near Sensor Start ADC finish ? + - Reset
Khởi tạo các module ADC, AMUX, LCD, PGA,
Counter, UART
AMUX lần lượt chọn tín hiệu đầu vào X, Y, Z đưa
qua PGA vào ADC
Tính giá trị X, Y, Z và cường độ từ trường H
2
Ra lệnh và nhận dữ liệu H
1 từ Đầu dò Far Sensor Đầu dò Far Sensor
Tính giá trị ∆H= H1 - H2
Reset
Hiển thị LCD và truyền lên máy tính Start ADC finish ? + - ∆H > ∆Hngưỡng
Phát loa, nháy led báo hiệu
Yes
Chương trình phần mềm viết cho PSoC ở Phụ lục 1.1
2.Truyền thông máy tính:
Chương trỡnh trên máy tính
Thiết kế chương trình trên máy tính dùng VB
Lưu đồ thuật toán. Start
Đợi chỉ thị lệnh
III. Kết quả đo thực nghiệm
Bảng giá trị biến thiên ∆H đo được khi đưa một vật sắt từ khối lượng 300g lại gần và ra xa cảm biến ở các độ cao khác nhau:
Khoảng cách h ∆H (mGauss) h = 10 cm 55 56 53 70 73 87 101 197 218 220 232 311 386 444 471 661 756 569 500 502 224 229 173 152 76 58 66 h = 20 cm 34 37 41 67 71 75 84 86 92 113 191 224 275 298 312 336 545 456 436 412 394 195 151 92 44 36 24 t h = 10 cm h = 20 cm 500 ∆H 1000
Bảng giá trị biến thiên ∆H đo được khi đưa một vật sắt từ khối lượng 950g lại gần và ra xa cảm biến ở các độ cao khác nhau:
Khoảng cách h ∆H h = 10 cm 112 114 148 158 1083 1786 2517 3608 3516 3386 3431 3427 3128 2875 1706 1557 1375 887 804 172 h = 20 cm 66 101 456 569 756 1091 1198 1202 1207 1218 1275 1899 2199 2122 2202 1793 1687 1486 1245 1186 637 507 499 125
Hình ảnh trang bên minh họa giá trị ∆H hiển thị trên LCD khi không có vật sắt, t ∆H h = 10 cm h = 20 cm 1000 2000 3000 0 4000
KẾT LUẬN
Đề tài ‘‘Nghiờn cứu và chế tạo máy dò kim loại’’ là một đề tài mang tính thực tiễn rất lớn. Đề tài được ứng dụng công nghệ cảm biến từ trở không đẳng hướng, đây là một công nghệ mới, nhất là ở Việt Nam hiện nay. Do vậy việc tiếp cận, đặc biệt là ứng dụng công nghệ mới này đòi hỏi cần phải có thời gian nghiên cứu thỏa đáng. Thời gian làm đồ án tốt nghiệp có hạn, nên những kết quả em thu được còn nhiều hạn chế, nhưng quá trình làm đồ án đó giỳp em thu lượm được rất nhiều kiến thức quý báu, giúp em tăng khả năng nghiên cứu công nghệ mới và ứng dụng những kiến thức đã được học vào thực tế.
Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới những người đã đóng góp cho em những ý kiến và sự giúp đỡ quý báu. Em xin cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Quốc Cường. Em xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án.
Hà nội tháng 5 năm 2007 Sinh viên