Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển cho bình nóng lạnh gia đình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN :KỸ THUẬT MÁY TÍNH ĐỒ ÁN MÔN HỌC HỆ THỐNG NHÚNG Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho bình nóng lạnh gia đình GVHD: ThS.NGUYỄN TUẤN LINH SVTH : NGUYỄN HỒNG QUANG MSSV : 11110750261 SVTH : NGUYỄN HẢI QUÂN MSSV : 11110750258 SVTH : NGUYỄN THỊ THOA MSSV : 111107502 LỚP : K43KDT Thái Nguyên, 15 tháng 04 năm 2011 LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống nhúng là một môn học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển của đất nước trong tương lai. Đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên nghành là kĩ thuật điều khiển, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống tự động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người. Kỹ thuật vi điều khiển là một môn học của nhiều nghành . Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa và còn nhiều lĩnh vực khác nửa. So với kỉ thuật số thì kỉ thuật vi điều khiển nhỏ gọn hơn nhiều do nó được tích hợp một cách tinh vi và có khả năng lập trình được nên việc thay đổi giải thuật điều khiển sẽ dễ dàng hơn. Với tính ưu việt của vi điều khiển, đề tài mà nhóm em thực hiện ở đây là sử dụng vi điều khiển và các thiết bị điện,điện tử để xây dựng hệ thống điều khiển cho bình nóng lạnh gia đình. Sau một thời gian học tập và rèn luyện, với sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo cùng sự trợ giúp của các bạn và các tài liệu có liên quan. Nhóm em đã hoàn thành xong đề tài.Em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Tuấn Linh đã hướng dẫn nhóm em hoàn thành đề tài Đồ án đã hoàn thành xong nhưng không thể tránh nhiều thiếu sót xin các thầy giáo, cô giáo thông cảm cho em và chỉ bảo thêm để đề tài có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Nhóm Sinh Viên Thực hiện Nguyễn Hồng Quang Nguyễn Hải Quân Nguyễn Thị Thoa MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG DẪN NHẬP CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1.Tìm hiểu về bình nóng lạnh 1.1.2 Đặt vấn đề 1.1.3GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.2. CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN 1.2.1 Chức năng của hệ thống 1.2.2.Yêu cầu phi chức năng của hệ thống CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG 2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH 2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ 2.4 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG. 2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN. 2.5.1. Vi điều khiển PIC18F452 1.Giới thiệu về vi điều khiển PIC 2. Tính năng 3. Sơ đồ và ý nghĩa các chân 2.5.2 Cảm biến nhiệt độ LM35 2.5.2.1.Các bộ cảm biến nhiệt họ LM35. 2.5.3 Transistor 2.5.4 Biến trở.   2.5.5 Led 7 thanh. 2.5.6 . Ic 7447 2.5.7 Rơ le 2.5.8 Mayxo. 2.5.9 Cuộn hút 2.5.10 Động cơ giảm tốc 2.5.11.Cảm biến phao. 2.6 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 2.7 CÁC MODULE TRONG HỆ THỐNG 2.7.1 KHỐI ĐIỀU KHIỂN 2.7.2 KHỐI PHẢN HỒI. 2.7.3 KHỐI HIỂN THỊ. 2.7.4 KHỐI XỬ LÝ 2.7.5.KHỐI CHẤP HÀNH. 2.7.5.1 KHỐI BƠM NƯỚC 2.7.5.2 KHỐI ĐUN NƯỚC. 2.7.5.3 KHỐI CHIA NƯỚC. CHƯƠNG 3 :XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 XÂY DỰNG PHẦN CỨNG 3.2 XÂY DỰNG PHẦN MỀM 3.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.4 ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống điều khiển là một hệ thống được xây dựng để từ tín hiệu vào (tín hiệu đặt , tín hiệu điều khiển)ta có tín hiệu đầu ra theo yêu cầu, thỏa màn lượng đặt , ổn định trong khoảng cho phép. Tuỳ thuộc vào từng hệ thống có mức phức tạp khác nhau, chẳng hạn như để điều khiển rô bốt công nghiệp cần phải có hệ thống điều khiển mạnh chính xác, ngược lại, để điều khiển một bóng đèn 220V 75W ta chỉ cần một công tắc Những đôí tượng được điều khiển có thể đơn giản , hay phức tạp như điều khiển cả một hệ thống sản xuất cho một nhà máy . Thế giới càng phát triển thì lĩnh vực điều khiển cần phải được mở rộng hơn. Việc ứng dụng điều khiển tự động và bán tự động đã mang lại nhiều thuận lợi cho xa hội loài người, năng suất chất lượng tăng cao hơn ,giải phóng được con người .. Ngoài ra điều khiển tự động còn được ứng dụng trong kỹ thuật hàng không , vũ trụ . Trước đây, muốn thực hiện một chuyến bay thành công thì hết sức khó khăn và phức tạp nhưng giờ đây con người có thể thực hiện đơn giản hơn rất nhiều bằng việc sử lý tự động vô vàn thông số đầu vào để có những thông số đầu ra tối ưu nhất mà con người đóng vai chò chính chỉ là giám sát hệ thống . Như vậy, hệ thống điều khiển đã hạn chế được mức độ phức tạp của công việc và giảm thiểu những quyết định sai lầm do con người gây lên . Trong sinh họat hằng ngày của con người như những trò chơi giải trí (robot, xe điều khiển từ xa ) cho đến những ứng dụng gần gũi với con người cũng được cải tiến cho phù hợp với việc sử dụng và đạt mức tiện lợi nhất. Điều khiển tự động đã thâm nhập vào vấn đề này do đó cho ra những loại tivi,điện thoại thông minh đến nhữnng ngôi nhà thông minh . Xuất phát từ những ý tưởng trên nên nhóm em đã chọn đề tài thiết kế hệ thống điều khiển , nhưng vì thời gian quá hạn hẹp, trình độ kỹ thuật cũng như vấn đề tài chính còn nhiều hạn chế nên em chỉ thiết kế và thi công mạch điều khiển ổn định nhiệt độ đầu ra theo nhiệt độ đầu vào cho bình nóng lạnh . CHƯƠNG 1. PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.1 Tìm hiểu về bình nóng lạnh Bình nóng lạnh, từ lâu đã trở thành thiết bị quen thuộc trong mỗi hộ gia đình đáp ứng nhu cầu nước nóng cho người sử dụng vào sinh hoạt. Với các tính năng như hiệu quả,dễ dàng lắp đặt,chi phí không cao,bình nóng lạnh thực sự đã trở nên phổ biến ở Việt Nam cũng như trên toàn thế giới. Về nguyên lý:Việc đun nóng nước là một quá trình nhiệt động mà cần một nguồn năng lượng đun nóng nước,Nguồn năng lượng này có thể là khí tự nhiên,khí xăng đã hóa lỏng,dầu hay điện .Ngày nay,năng lượng mặt trời cũng được dùng cho quá trình đun nóng nước này. Dựa vào phương pháp điện trở mà người ta có thể đun nóng nước: Dựa nguyên lý: Q = I2. R.t Trong đó: Q- nhiệt lượng toả ra khi có dòng điện I chạy qua dây đốt có điện trở R trong thời gian t , về đơn vị : I(A), R( Ω), t (s) thì Q ( J) trong đó có mối quan hệ: 1J = 1 Ws = 0,24cal Bản thân phương pháp đun nóng bằng điện trở này được phân thành: a. Phương pháp điện trở gián tiếp: trong đó khi có dòng điện qua điện trở sẽ toả ra nhiệt năng, nhiệt năng đó dùng để nung nóng vật. b. Phương pháp điện trở trực tiếp: trong đó dòng điện trực tiếp đi qua vật nung, nhờ có điện trở của vật mà vật được nung nóng. Về cấu tạo : Dựa vào nguyên lý hay nguồn năng lượng đun nóng nước mà người tacó nhiều tên gọi đối với bình nóng lạnh thành nhiều loại khác nhau như bình nước nóng gián tiếp, bình nước nóng trực bình nóng lạnh năng lượng mặt trời,bình nóng lạnh điệnNhưng nhìn chung các loại bình nóng lạnh về cơ bản có cấu tạo như sau: Cấu tạo của bình nóng lạnh (hình 1-23) Bình nóng lạnh có cấu tạo giống như ấm đun nước bằng điện, chỉ khác là dung tích lớn hơn, công suất lớn hơn. Bình nóng lạnh có các bộ phận chính sau: Bình chứa nước Thanh điện trở (bộ phận đốt nóng) Thanh lọc nước (thanh Magiê) Rơle điều chỉnh nhiệt độ Van một chiều và van an toàn Đường ống dẫn nước vào, ra. Bộ phận chứa nước: làm bằng nhôm dày, chịu được áp suất và áp lực cột nước lạnh cũng như hơi nước đã được đun nóng gây ra. Có loại bình chứa nước bên trong làm bằng thép, được tráng men tĩnh điện titan (phủ kín tuyệt đối) đảm bảo cho bình chứa không bị rỉ sét, ăn mòn trong mọi nguồn nước. Vỏ ngoài của bình làm bằng nhựa ABS hoặc bằng thép có phủ sơn tĩnh điện chống rỉ tuyệt đối. Giữa bình chứa bên trong và lớp vỏ bên ngoài là lớp xốp cách nhiệt. Bộ phận thanh điện trở có công suất 1,2 - 4 kw tuỳ theo dung tích và kiểu bình. Thanh điện trở vỏ được làm bằng Inox, dây điện trở đặt bên trong và được cách điện với vỏ bằng cát thạch anh. Một số dạng thanh điện trở như ở hình 2-24. Bộ phận ống dẫn nước lạnh vào và ống dẫn nước lạnh ra cao khoảng 0,8 thân bình, nhằm đảm bảo bình luôn đầy nước và thanh đun luôn ngập dưới nước. Thanh lọc nước (thanh Magiê) để tránh cặn nước bám và tích tụ bên trong bình, tăng tuổi thọ của bình. Thanh Magiê dùng làm tác nhân hoá học để trung hoà nước, tiêu huỷ các hợp chất hoá học có trong nước hoặc sinh ra trong quá trình đun nóng, do đó tránh được hiện tượng ăn mòn bình chứa. Bộ phận rơle điều chỉnh nhiệt độ nước dùng để điều chỉnh nhiệt độ nước theo yêu cầu sử dụng, thường từ nhiệt độ môi trường đến khoảng 85 độ C Bộ phận van một chiều và van an toàn: để tránh nước trong bình tăng do nhiệt độ nước trong bình tăng. Van an toàn dùng để xả hơi và nước trong bình trường hợp rơle nhiệt độ bị hỏng, thanh đun nước gây áp lực quá lớn trong bình, tránh cho bình khỏi bị 1.1.2 Đặt vấn đề Như trên đã trình bày,về cơ bản chúng ta hiểu được nguyên lý làm việc và cấu tạo của bình nóng lạnh. Việc thiết kế một hệ thống nhúng cho nó là vấn đề hết sức cần thiết. Trên khuôn khổ đồ án, chúng em lựa chọn thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho bình nóng lạnh. 1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.2.1 Chức năng của hệ thống Tạo ra lượng nước có nhiệt độ theo yêu cầu của người sử dụng Tự động bơm nước vào bình chứa (bình chứa nước nóng và nước lạnh) Yêu cầu : Nhận biết được yêu cầu về nhiệt độ của người sử dụng Làm việc ở hai chế độ : tự động (nhiệt độ bình nóng do nhà thiết kế đặt) , bằng tay (nhiệt độ bình nóng do người dùng đặt) Hệ thống làm việc ổn định Làm việc tin cậy An toàn cho người sử dụng Phù hợp với yêu cầu ngoại cảnh tại nơi lắp đặt hệ thống Tối ưu về mặt giá thành 1.2.2. Yêu cầu phi chức năng của hệ thống Khả năng bảo trì tốt Tính khả chuyển cao Mang tính thiết thực Chi phí phát triển thấp CÁC GIẢI PHÁP VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH BÀI TOÁN Ngày nay khi khoa học kỹ thuật phát triển vô vùng mạnh mẽ,hàng loạt linh kiện điện tử ra đời với nhiều tính năng được ứng dụng.Cuộc cách mạng công nghệ hiện nay đã và đang tạo ra những thay đổi hết sức lớn lao về kinh tế - xã hội của các quốc gia. Để có thể nhanh chóng bắt kịp với xu thế mới của thời đại,cần phải chú trọng nhiều hơn nữa đến vấn đề công nghệ, mà trọng tâm là công tác quản lý công nghệ. Tác động của cuộc cách mạng công nghệ hiện nay.Thế giới đang chứng kiến một cuộc cách mạng công nghệ với những tác động sâu rộng hơn nhiều so với cuộc cách mạng công nghiệp trước đây. Những thay đổi mà nó đưa lại đối với sự tăng trưởng kinh tế và xã hội hết sức lớn lao. Cuộc cách mạng công nghiệp trước đây được khởi đầu ở nước Anh vào thế kỷ XVIII đã biến đổi một cách căn bản nền kinh tế và phương thức làm việc của các nước phương Tây, với sự chuyển dịch từ cơ sở nông nghiệp sang cơ sở công nghiệp. Sức mạnh của động cơ hơi nước và việc ứng dụng các thiết bị cơ khí đã bổ sung cho sức người, làm thay đổi những thói quen trong sản xuất và giao thông vận tải. Những thay đổi này đã làm tăng vọt năng suất lao động của người công nhân và đem lại sự tăng trưởng kinh tế cao cho các nước công nghiệp. Các thói quen trong xã hội và công việc cũng thay đổi. Các luật và quy định mới đã được ban hành để đáp ứng với môi trường mới và phát huy mọi tiềm năng của nó. Cuộc cách mạng công nghệ mà chúng ta đang chứng kiến hiện nay có được sức mạnh nhờ công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT&TT) và sự gia tăng lượng tri thức. Nó góp phần nâng cao trí tuệ, bổ sung thêm những phương diện hoàn toàn mới cho công cuộc phát triển con người. Một lần nữa, cuộc cách mạng này sẽ đem lại những thay đổi lớn lao về phương thức làm việc, thị trường lao động và hành vi xã hội, góp phần làm tăng năng suất, đồng thời có tiềm năng to lớn để thúc đẩy tăng trưởng kinh tế và cải thiện chất lượng cuộc sống. Những thay đổi cũng sẽ diễn ra ở kỷ nguyên mới này - kỷ nguyên của tri thức, đem lại những thách thức mới, một nền kinh tế mới, buộc ta phải xem xét lại các chính sách nhằm tận dụng tối đa tiềm năng của nó Công nghệ đã, đang và vẫn mãi là động lực để tạo ra của cải cho xã hội. Chỉ có một sự khác biệt lớn giữa ngày hôm qua với ngày hôm nay là: Tốc độ thay đổi công nghệ đang gia tăng rất nhanh. Trong khi tiến bộ công nghệ phát triển đều đặn từ hàng nghìn năm trước, thì đến sau cuộc cách mạng công nghiệp, đã tăng tốc rất nhanh và với cuộc cách mạng công nghệ diễn ra từ 2 thập kỷ gần đây, tiến bộ công nghệ sẽ phát triển nhanh hơn gấp bội, đạt tới tốc độ chóng mặt.Nhiều linh kiện điện tử được tạo ra không những đa dạng về chủng loại,mẫu mã với nhiều tính năng ưu việt hơn mà còn rẻ như:điện trở,transistor,pic,cảm biến..Chúng được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như sản xuất,sinh hoạt,giải trí.. Trên đây là một số loại linh kiện thường dùng đang có mặt trên thị trường.Ngoài ra còn có thêm sự xuất hiện của nhiều phần mềm có tính ứng dụng cao trong mô phỏng mạch cũng như trong lập trình rất tiện lợi như:proteus,ccs,protel,mutilsim.Cùng với đó nhiều môn học ứng dụng cho việc thiết kế mạch cũng được đưa vào giảng dạy trong trường học trợ giúp sinh viên rất nhiều trong việc thiết kế mạch như:kỹ thuật điện tử số,lý thuyết điều khiển tự dộng,hệ thống nhúngDo đó với một hệ thống thì lưôn có nhiều cách khác nhau để thực hiện.Với hệ thống điều khiển bình nóng lạnh gia đình nhóm lựa chọn giải pháp,đối với phần cứng: -Pic 18f452. -Sensor đo nhiệt độ LM35. -Led 7 thanh. -Bộ giải mã led 7 thanh 7447. -Điện trở. -Biến trở. -Transistor. -Động cơ DC(giảm tốc). -Cảm biến phao. -Công tắc. Đối với phần mềm lập trình: -Hệ thống được đặc tả theo phương pháp kinh điển sử dụng thuật toán logic để giải quyết vấn đề.Lập trình bằng ngôn ngữ ccs. Khi sử dụng phương pháp trên thiết kế sẽ nhỏ gọn hơn,tính mềm dẻo cao,độ chính xác cao,ổn định,tin cậy,phù hợp với chương trình học của sinh viên. CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 SƠ ĐỒ TỔNG THỂ CỦA HỆ THỐNG 2.2 SƠ ĐỒ CALL GRAPH 2.3 SƠ ĐỒ ĐẶC TẢ Sensornhiệt LM35,cảm biến phao Biến trở (Núm xoay) Vi điều khiển 18f452 Mạch động lực Led 7 thanh 2.4 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG. Phần mềm điều khiển Bình nước nóng Bình trộn Núm xoay Sensor Cuộn hút Mayso ADC Rơle Rơle Sensor Động cơ ADC Bộ biến đổi ADC Nút điều chỉnh Led 7 thanh 2.5 LỰA CHỌN LINH KIỆN. 2.5.1. Vi điều khiển PIC18F452 Giới thiệu về vi điều khiển PIC PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General Instrument . PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc này, PIC1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi). CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600. PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bây giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiển với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động). Năm 1985 General Instruments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án - lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC được bổ sung EEPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC...), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word. 2. Tính năng + Tập lệnh, cấu trúc được tối ưu hóa theo ngôn ngữ C Mã nguồn tương thích với tập lệnh PIC17 và PIC16 + Địa chỉ bộ nhớ chương trình tuyến tính đến 32 Kbytes + Địa chỉ bộ nhớ dữ liệu tuyến tính đến 1.5 Kbytes + Hoạt động lên đến 10MIPs Đầu vào dao động thạch anh lên đến 40 MHz Đầu vào dao động thạch anh với PLL: 4 MHz - 10 MHz + Lệnh rộng 16-bit, độ rộng bit dữ liệu: 8-bit + Hỗ trợ các cấp ưu tiên ngắt + Nhân bằng phần cứng đơn chu kỳ 8 x 8 Tính năng ngoại vi: + Dòng phát/hút cao: 25 mA/25 mA + 3 chân ngắt ngoài + Timer0 module: 8-bit/16-bit timer/counter với 8-bit đặt tỷ lệ lập trình được + Timer1 module: 16-bit timer/counter + Timer2 module: 8-bit timer/counter với thanh ghi 8-bit (thời gian cơ sở cho PWM) + Timer3 module: 16-bit timer/counter + Tùy chọn xung clock thứ 2 - Timer1/Timer3 + Hai bộ Capture/Compare/PWM (CCP). Chân CCP có thể được cấu hình thành: Capture input: capture is 16-bit, max. resolution 6.25 ns (TCY/16) Compare is 16-bit, max. resolution 100 ns (TCY) PWM output: PWM resolution is 1- to 10-bit, max. PWM freq. @: 8-bit resolution = 156 kHz, 10-bit resolution = 39 kHz + Khối truyền thông nối tiếp đồng bộ (Master Synchronous Serial Port - MSSP) Hai chế độ hoạt động: 3-dây SPI™ (Hỗ trợ cả 4 chế độ SPI) I2C™ cả chế độ Master và Slave + Khối USART có thể định địa chỉ: Hỗ trợ RS-485 và RS-232 + Khối cổng song song (Parallel Slave Port - PSP) Tính năng tương tự: + Khối chuyển đổi tương tự sang số độ phân giải 10-bit: Chu kỳ lấy mẫu nhanh Chuyển đổi cả trong khi ngủ Tuyến tính ≤ 1 LSB + Phát hiện điện áp thấp lập trình được Hỗ trợ ngắt khi phát hiện điện áp thấp + Phát hiện reset do sụt nguồn lập trình được (BOR) 3. Sơ đồ và ý nghĩa các chân Hình 1: Sơ đồ chân PIC 18F452 Tên chân Chân số Loại IO Loại Bộ đệm Giải thích MCLR 1 I ST Chân reset PIC, PIC sẽ reset khi chân này mức thấp VPP 1 I ST Chân lập trình (nạp PIC), ngõ vào điện áp cao OSC1 13 I ST Dao động thạch anh đầu vào hoặc nguồn đầu vào đồng hồ bên ngoài. Bộ đệm ST khi cấu hình trong chế độ RC, CMOS khác. OSC2 14 O - Đầu ra của bộ dao động thạch anh VDD 11, 32 P Nguồn 5v cho PIC và logic 1 cho các IO VSS 12, 31 P Mass cho PIC và các mức logic 0 cho IO CLKI 13 I CMOS Nguồn dao động từ bên ngoài vào. Luôn luôn kết hợp với chức năng OSC1 pin. (Xem liên quan chân OSC1/CLKI, OSC2/CLKO) CLKO 14 O - Trong chế độ RC, chân OSC2 xuất xung ra CLKO, trong đó có tần số bằng 1/4 của OSC1 và biểu thị tần số thực hiện lệnh RAi/ANi Chân vào ra 2 chiều, cổng RA (i=0..6) RAi TTL Vào ra số ANi Analog Vào tương tự (cho chuyển đổi ADC) VREF- 4 Analog Điện áp tham chiếu thấp cho ADC VREF+ 5 Analog Điện áp tham chiếu cao cho ADC SS 7 ST Đầu vào chọn Slave trong truyền thông SPI LVDIN 7 Analog Đầu vào phát hiện điện áp thấp RBi 33..40 IO TTL Đầu vào/ra hai chiều, có thể lập trình tạo điện trở treo (yếu) nội(i=0..7) INTi I ST Đầu vào ngắt ngoài (i=0..2) CCPi IO Capture input, Compare output, PWM output. (i=1..2) PGM 38 IO ST Chân cho phép lập trình ICSP điện áp thấp PGC 39 IO ST Chân Clock khi lập trình ICSP và gỡ rối tại mạch (In-Circuit) PGD 40 IO ST Chân dữ liệu khi lập trình ICSP và gỡ rối tại mạch (In-Circuit) RCi IO TTL Đầu vào ra hai chiều, cổng RC (i=0..7) T1OSO 15 O - Chân ra bộ dao động timer1 T1CKI 15 I ST Dao động từ ngoài vào Timer1/Timer3 T1OSI 16 I CMOS Đầu vào bộ dao động Timer1 SCK 18 IO ST Xung clock nối tiếp đồng bộ vào/ra cho SPI SCL 18 IO ST Xung clock nối tiếp đồng bộ vào/ra cho I2C SDI 23 I ST Chân dữ liệu vào trong SPI SDA 23 IO ST Chân dữ liệu vào/ra trong I2C SDO 24 O ST Chân dữ liệu ra trong SPI TX 25 O - Chân truyền dữ liệu không đồng bộ USART CK 25 IO ST Chân xung nhịp truyền thông đồng bộ USART RX 26 I ST Chân nhận dữ liệu nối tiếp trong truyền thông không đồng bộ USART DT 26 IO ST Chân dữ liệu truyền thông đồng bộ USART RDi 19..30 IO ST Vào ra số cổng RD (i=0..7) PSPi 19..30 IO TTL Dữ liệu cổng song song (Slave) (i=0..7) REi 8..10 IO ST Vào ra số cổng RE (i=0..2) RD 8 TTL Điều khiển đọc cho cổng song song Slaver WR 9 TTL Điều khiển ghi cho cổng song song Slaver CS 10 TTL Điều khiển chọn chip trong giao tiếp song song Slaver Trong đó: TTL = TTL tương thích với đầu vào ST = Schmitt Trigger đầu vào với mức CMOS O = ra, I=vào P = Power OD = Open Drain (không có diode P nối tới vdd) CMOS = CMOS compatible input or output. 2.5.2 Cảm biến nhiệt độ LM35. Nhiệt độ là một thông số hết sức quan trọng và có ảnh hưởng rất lớn tới môi trường, sự sống và các hoạt động sản xuất hàng ngằng. Ngày nay với sự biến đổi ngày càng xấu đi và khó lường của thời tiết thì việc đo nhiệt độ môi trường trở nên rất quan trọng. Do vậy vấn đề đo nhiệt độ được nhiều bạn sinh viên quan tâm để thực hành và kiểm tra đồng thời cũng là công cụ để lập trình đo nhiệt độ của thiết bị hay môi trường. Sơ đồ khối của mạch đo:Nhiệt độ môi trường ==> Mạch biến đổi ADC ==> Mạch điều khiển ==> Mạch hiện thị giá trị nhiệt độ + Khối nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt thông dụng LM35 có độ dải nhiệt từ -40 - 150oC và đầu ra tương thích là 10mV/oC + Khối mạch biến đổi ADC sử dụng IC biến đổi ADC 8 bit ADC0804 để chuyển đổi giá trị của LM35 thành dạng số tương ứng. + Khối mạch điều khiển sử dụng vi xử lý AT9C51 để đọc dữ liệu từ ADC0804 và xử lý các tín hiệu vào ra + Khối hiện thị giá trị nhiệt độ: Sử dụng LED 7 thanh để hiện thị. LED 7 thanh được ghép nối theo kiểu quét LED Dải nhiệt độ và sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ của LM35 Các bộ biến đổi (Transducer) chuyển đổi các đại lượng vật lý ví dụ như nhiệt độ, cường độ ánh sáng, lưu tốc và tốc độ thành các tín hiệu điện phụ thuộc vào bộ biến đổi mà đầu ra có thể là tín hiệu dạng điện áp, dòng, trở kháng hay dung kháng. Ví dụ, nhiệt độ được biến đổi thành về các tín hiệu điện sử dụng một bộ biến đổi gọi là Thermistor (bộ cảm biến nhiệt), một bộ cảm biến nhiệt đáp ứng sự thay đổi nhiệt độ bằng cách thay đổi trở kháng nhưng đáp ứng của nó không tuyến tính. Bảng 3.6.2: Trở kháng của bộ cảm biến nhiệt theo nhiệt độ. Nhiệt độ (0C) Trở kháng của cảm biến (kW) 0 29.490 25 10.000 50 3.893 75 1.700 100 0.817 Bảng 3.6.3: Hướng dẫn chọn loạt các cảm biến nhiệt họ LM35. Mã sản phẩm Dải nhiệt độ Độ chính xác Đầu ra LM35A -55 C to + 150 C + 1.0 C 10 mV/F LM35 -55 C to + 150 C + 1.5 C 10 mV/F LM35CA -40 C to + 110 C + 1.0 C 10 mV/F LM35C -40 C to + 110 C + 1.5 C 10 mV/F M35D 0 C to + 100 C + 2.0 C 10 mV/F Vi điều khiển 18f452 Hiển thị led 7 đoạn Điều khiển hệ thống cảnh báo ADC 0804 Cảm biến nhiệt LM35 Môi trường cần điều khiển nhiệt độ Cảm biến nhiệt LM35DZ: Trong bài này chúng ta sử dụng con LM35DZ * Đặc điểm: + Dải nhiệt độ biến đổi: 0 đến 100 độ +Nhiệt độ ra thẳng thang đo Celcius nghĩa là ở 25 độ C điện áp ra là 0.25V + Tương ứng 10mV/độ C + Đảm bảo độ chính xác 0.5 độ C tại nhiệt độ 25 độ C. + Làm việc với nguồn nuôi 4V đến 30V + Trở kháng ra thấp 0.1 ohm với tải 1mA + Khả năng tự làm nóng thấp, 0.08 độ C trong không khí. *Cách mắc: đơn giản là nối chân +Vs với nguồn và chân GND với đất chân OUTPUT nối với chân Vin+ của ADC0804 * Ghép nối LM35 với ADC0804 Sơ đồ thời gian hoạt động: Nguyên lý đo và chuyển đổi tương tự/số của ADC Khi nhiệt độ môi trường thay đổi làm cho trở kháng của cảm biến LM35 thay đổi dẫn đến điện áp đầu vào Vin của ADC thay đổi. Điện áp Vin vào ADC sẽ được so sánh với Ud của ADC. Ud có thể thay đổi từ 0V đến 2(Vref/2) . Ban đầu Ud = 0, nếu Vin > Ud khi đó Ud sẽ được cộng thêm một giá trị là . , trong đó : đồng thời giá trị bộ đếm tăng thêm 1. Quá trình so sánh cứ như vậy đến khi nào Ud =Vin thì dừng. Khi đó giá trị của bộ đếm chính là giá trị thập phân. Giá trị thập phân này sẽ được đưa qua một bộ giải mã, giải mã ra nhị phân rồi đưa ra các chân AD0 – AD7. Đánh giá độ chính xác của phép đo Khả năng tự làm nóng của LM35DZ trong không khí là 0,1oC.Cảm biến LM35 có hệ số nhiệt là 10mV/oC, do đó sai số về nhiệt độ của LM35DZ sẽ là 0,5oC. Khi đó điện áp đầu vào Vin sẽ được làm tròn lên hoặc xuống . Khi Vin đi vào so sánh với điện áp Ud của ADC, ta nhận thấy rằng mức điện áp của ADC là 10mV nên sai số mà nó gây ra là 0,5mV tương ứng với giá trị nhiệt độ là 0,5oC.Vậy sai số tổng cộng của hệ thống là 1.1oC. Do vậy nhiệt độ thưc tế của ta sẽ là : treal = tđo 1,1 oC. Phương pháp mà ta dùng ở đây là phương pháp vi phân bậc thang.Độ chính xác của ADC0804 bị giới hạn bởi tần số lấy mẫu (thường là 600->640KHz) và số bít của dữ liệu đầu ra (8 bít) tương ứng với tối đa là 256 mức điện áp có thể chuyển đổi và so sánh,ngoài ra điện áp đưa vào chân Vref/2 cũng quyết định điện áp vi phân bậc thang trong phép chuyển đổi của ADC.Nếu điện áp đưa vào chân này là 1.28 V thì điện áp so sánh max là 2x1.28= 2.56 V kết hợp với dải nhiệt độ chuyển đổi của LM35DZ là từ 0->100oC ( vẫn nhở hơn 255) nên mỗi bước điện áp ứng với 2.56/256=10mV.Điện áp Vref/2 càng lớn thì bước điện áp bậc thang càng lớn do đó độ chính xác của phép đo càng nhỏ hay nói cách khác ta mắc phải một sai số lớn hơnĐể tăng độ chính xác của phép đo lên ta có thể dùng một cảm biến khác có độ chính xác cao hơn, có thể giảm điện áp đưa vào chân Vref/2 để giảm bước điện áp vi phân bậc thang của ADC, Tuy nhiên, khi bước điện áp của ADC và cảm biến không đồng nhất thì sẽ gây khó khăn cho quá trình xử lý dữ liệu đưa ra khâu hiển thị hoặc có thể gây ra sai số.Tùy thuộc vào phép hiện thị mà người ta có thể đặt giá trị điện áp cho chân Vref/2 sao cho hợp lý. Ta có thể mắc theo sơ đồ sau để tăng độ chính xác của phép đo : 2.5.3 Transistor Định nghĩa Transistor đ