HỆ THỐNG diều khiển và giám sát đo mực nước CLD

HỆ THỐNG ĐO MỰC NƯỚC HIỂN THỊ LCD 1

HỆ THỐNG ĐO MỰC NƯỚC

HIỂN THỊ LCD

Chương 1 Tổng quan về đề tài1.1 Giới thiệu đề tài

Theo các thống kê của Tổng cục Thủy lợi cả nước có hơn 46380 công trình đangđược quản lý, được khai thác bởi 105 công ty và 16328 tổ chức hợp tác Cùng với đó cácnhu cầu về quan trắc cũng trở nên rất quan trong góp phần vào các quy trình phục vụ sảnxuất, đời sống và phòng chống thiên tai Tuy vậy việc thu thập dữ liệu bằng các biện phápthủ công lại còn nhiều bất tiện và dễ gặp các sai số do các điều kiện khác nhau Vì vậy,với mong muốn khắc phục những vấn đề đó em đã tạo ra một mô hình ứng dụng Hệ thốngnhúng – Hệ thống đo mực nước hiển thị LCD Đây là một mô hình thu thập các dữ liệu vềchiều cao mực nước hiển thị lên LCD hoạt động dựa vào việc thu phát sóng siêu âm đểtính toán thông số dữ liệu về chiều cao mực nước Hệ thống này sẽ giúp người là việc cómột cái nhìn trực quan và chính xác hơn trong việc thu thập dữ liệu về mực nước.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu về các nguyên lý làm việc của cảm biến Srf05 và cách lập trình giúp PIC16f877a làm việc xử lý các tín hiệu hiển thị lên LCD

1.3 Đối tượng nghiên cứu

 Vi điều khiển 16F877A

 Cảm biến siêu âm SRF05

 LCD 1602

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Hệ thống có thể được ứng dụng rộng rãi trong các hộ gia đình cũng như trong sảnxuất với độ chính xác 0.5 cm Khoảng cách đo trong khoảng từ 2 cm đến 450 cm với góccảm biến nhỏ hơn 15o

1.5 Dự kiến kết quả

Mô hình có thể đo được chiều cao của mực nước và hiển thị lên màn hình LCD giátrị đo được

Chương 2 Thiết kế và thi công2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

 Chân trig: kích phát sóng âm đi

 Chân Echo: phát hiện tín hiệu sóng âm dội lại

 Chân OUT: báo phát hiện vật

 Chân GND: nguồn GND

SRF05 PIC 16F877a LCD 1602

Hình 2.1.1.1: SRF05

Nguyên lí làm việc: phát 1 xung rất ngắn từ chân Trig Cảm biến tạo ra xung HIGH

ở chân ECHO cho đến khi xung phản xạ ở chân này Thời gian sóng siêu âm quay trở lạicảm biến sẽ bằng với xung này (vkhông khí = 344m/s) Với thông số đó ta tính được khoảngcách đó bằng tích của vkhông khí một nữa khoảng thời gian đi của sóng âm (thời gian đođược bao gồm thời gian quãng đường đi và về)

Hình 2.1.1.2: Biểu đồ thời gian của SRF05 Hinh 2.1.1.3: Công thức tính khoảng cách của SRF05

2.1.2 PIC 16F877A

Là một loại vi điều khiển tầm trung của hãng microchip Có kiến trúc Havard sửdụng tập lệnh RISC (Reduced Instruction Set Computer) với 35 lệnh cơ bản được thựchiện trong một chu kì trừ lệnh rẽ nhánh

- Cấu trúc tổng quát:

- 8K x14 words Flash ROM

- 368 X8 Bytes RAM

- 256 x 8 Bytes EEPROM

- 5 Port xuất/ nhâp (A, B, C, D, E) tương ứng 33 chân

- 2 bộ định thời 8 bit Timer 0 và 2

- 1 bộ định thời 16 bit Timer 1, có thể hoạt động với chế độ SLEEP MODE từnguồn xung clock ngoài

- 2 bộ CCP Capture/Compare/PWM

- 1 bộ chuyển đổi Analog sang Digital có 10 bit và 8 ngõ vào

- Giao tiếp song song 8 bit (PSP)

- Giao tiếp nối tiếp (MSSP, USART)

- 15 nguồn ngắt (Interrupt).

- Chế độ sleep giúp hạn chế tiêu hao năng lượng (Sleep Mode)

- Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp (ICSPTM)

- Tần số hoạt động tối đa 20MHZ

Hình 2.2.1: Sơ đồ chân PIC 16F877A (dạng PDIP)

Hình 2.2.2: Cấu hình của vi điều khiển

2.1.3 LCD 1602

Còn gọi là Liquid Crystal Display được sử dụng nhiều trong các úng dụng của viđiều khiển với khả năng hiển thị đa dạng kết nối dễ dàng, tiêu tốn ít tài nguyên và giáthành lại rẻ…

Chức năng của từng chân LCD 1602:

- Chân số 1 - VSS : chân nối đất

- Chân số 2 - VDD : cấp nguồn cho LCD, nối với VCC=5V của mạch

- Chân số 3 - VE : giúp chỉnh mức độ tương phản của màn hình LCD

- Chân số 4 - RS : chân chọn thanh ghi, nối với logic "0" hoặc logic "1":

+ Logic “0”: Bus DB0 DB7 nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (chế độ “ghi” write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (chế độ “đọc” - read)

+ Logic “1”: Bus DB0 - DB7 nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

- Chân số 5 - R/W : chọn một trong hai chế độ đọc hoặc ghi, nối chọn mức logic

“0” để ghi hoặc mức logic “1” đọc

- Chân số 6 - E : cho phép (Enable) Các tín hiệu khi được đặt lên bus DB0 đếnDB7, chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này

2.2 Sơ đồ nguyên lý tổng quát

2.3 Thiết kế mô hình

Hình 2.3.1: Sơ đồ nối dây

Hiển thị giá trị mực nước lên

LCDPic xử lí tín hiệu

Pic phát tin hiệu cho SRF05

2.4 Thiết kế giao diện

Hình 2.4.1: Giao diện khởi động.

Hình 2.4.2: Giao diện làm việc

Hình 2.4.3: Mô hình thực tế

Hình 2.4.4: Mô hình thực tế

Hình 2.4.5: Mô hình thực tế

Hình 2.4.6: Mô hình thực tế

Hình 2.4.7: Mô hình thực tế

Chương 3 Giải thuật và điều khiển3.1 Hoạt động của hệ thống

 Cấp nguồn 5 VDC cho mạch hoạt động

 Vi điều khiển kích tín hiệu cho cảm biến SRF05 hoạt động

 SRF05 đo mực nước và gửi dữ liệu về vi điều khiển xử lí

3.2 Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển

 Vi điều khiển kích cho cảm biến làm việc thu phát sóng âm sau đó truyềntín hiệu về cho vi điều khiển xử lý rồi hiển thị lên LCD

Chương 4 Thực nghiệm4.1 Tiến trình thực nghiệm

 Bước 1: cấp nguồn cho hệ thống tiến hành làm đo mực nước

 Bước 2: đặt cảm biến ở vị trí phía trên khu vực cần đo cùng với thông sốchiều cao mực nước thực đã được lập trình sẵn – từ cảm biến cho tới đáykhu vực mà ta muốn đo

 Bước 3: quan sát màn hình LCD để thu thập kết quả khảo sát

 Bước 4: nhấn nút tắt hệ thống để kết thúc việc đo mực nước

4.2 Kết quả thực nghiệm

Dễ dàng thu thập được dữ liệu mực nước bằng việc quan sát các thông số hiển thịtrên LCD

Hình 4.2.1: Thông số trên LCD - 1

Hình 4.2.2: Thông số thực tế - 1

Hình 4.2.5: Thông số trên LCD – 2

Hình 4.2.6: Thông số thực tế - 2

Hình 4.2.7: Thông số trên LCD – 3

Hình 4.2.8: Thông số thực tế - 3

Hình 4.2.9: Thông số trên LCD – 4

Hình 4.2.11: Thông số thực tế - 4

Đo trên LCD (cm) Đo thực tế (cm)

Chương 5 Kết luận5.1 Ưu điểm

 Hệ thống đơn giản, độ bền tương đối tốt

 Dễ thiết kế

 Chi phí thiết kế thấp

 Dữ liệu thu thập một cách nhanh chóng và có độ chính xác cao

 Dễ dàng trong việc sử dụng, thông số dễ dàng quan sát một cách rõ ràng

5.2 Nhược điểm

 Cần phải thu thập và thiết lập thông số môi trường làm việc

 Cần phải làm việc trực tiếp để điều khiển được hệ thống

 Dữ liệu thu thập vẫn có sai số (không đáng kể) hoặc dễ xảy ra sai số nếu lắpđặt không chính xác vị trí

 Cần phải có đối tượng có hình dạng chuẩn để đo VD: Ly nước phải có bềmặt đáy bằng phẳng và có dạng hình trụ thì sóng siêu âm mới có thể phảnhồi đúng, từ đó đưa ra được thông số đo chính xác

5.3 Hướng phát triển

Hệ thống có thể phát triển hơn bằng việc có thể kết hợp với các loại module wifihoặc Bluetooth… giúp người làm việc có thể thu tập dữ liệu từ xa Nếu muốn hệ thốnglàm việc một cách tự động, ta sẽ thiết lập một vài cơ chế có chức năng hẹn giờ Từ đó thìviệc thu thập dữ liệu sẽ có thể được liên tục giúp người sử dụng làm việc ở mọi lúc mọinơi

TÀI LIỆU THAM THẢO

[1] Giáo trình vi điều khiển – Phạm Hùng Kim Khánh – Đại học kỹ thuật công nghệ

Tp Hồ Chí Minh, 2008

[2] Điều khiển mực nước dùng siêu âm: Khóa luận tốt nghiệp – Đinh Quang Trung;Huỳnh Hữu Phương giảng viên hướng dẫn Tp Hồ Chí Minh: ĐH Tôn Đức Thắng,2007