BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

Một trong những yếu tố chính giúp nền nông nghiệpnước ta tăng trưởng mạnh trong những năm gần đây là ứng dụng khoa học công nghệ.Ứng dụng khoa học công nghệ vào sản xuất nông nghiệp tạo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỂN THÔNG

-

-BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN

KỸ THUẬT VI XỬ LÝ

Phạm Quang Thảo 20182795 Lập trình, chạy

mô phỏng thao.pq182795@sis.hust.edu.vnNguyễn Thị Thùy

Linh 20180817 Viết báo cáo, khảosát, xử lí số liệu linh.ntt180817@sis.hust.edu.vnTrịnh Quang Anh 20172413 Mua linh kiện, lắp

ráp mạch, đo đạcthực nghiệm

anh.tq172413@sis.hust.edu.vn

Đề tài: THIẾT KẾ ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Mạnh Thắng

Nhóm sinh viên thực hiện:

Hà nội, ngày 14 tháng 7 năm 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH SÁCH HÌNH ẢNH 2

DANH MỤC BẢNG BIỂU 2

ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.1 Giới thiệu đề tài 5

1.1.1 Lý do chọn đề tài 5

1.1.2 Khả năng ứng dụng của đề tài 6

1.2 Kế hoạch thực hiện 6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 7

2.1 Nguyên lý hoạt động 7

2.2 Lựa chọn linh kiện 8

2.2.1 Vi điều khiển STM32F103C8T6 8

2.2.2 Cảm biến DHT11 11

2.2.3 Màn hình LCD 16x2 11

2.3 Sơ đồ mạch, lập trình 12

2.3.1 Sơ đồ mạch 12

2.3.2 Lập trình 12

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 16

3.1 Kết quả mô phỏng 16

3.2 Mạch thực tế 16

3.3 Đánh giá kết quả 17

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 7

Hình 2.2 Sơ đồ chân STM 32F103C8T6 9

Hình 2.3 Cấu hình Clock trong STM32F103C8T6 10

Hình 2.4 Cảm biến DHT11 11

Hình 2.5 Màn hình LCD 16x2 11

Hình 2.6 Mạch mô phỏng trên Proteus 12

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động giao tiếp giữa DHT11 với MCU 12

Hình 2.8 Toàn bộ quá trình giao tiếp giữa MCU với DHT11 13

Hình 2.9 MCU gửi tín hiệu Start 13

Hình 2.10 DHT11 gửi tín hiệu phản hồi 13

Hình 2.11 Mô tả bit 0 và bit 1 ở mỗi byte 14

Hình 2.12 Mô tả thuật toán giao tiếp giữa DHT11 với STM32 15

Hình 3.1 Kêt quả mô phỏng trên proteus 16

Hình 3.2 Mạch thực tế 16

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Kế hoạch thực hiện 6

Bảng 3.1 Kết quả đo bằng máy cảm biến 17

Bảng 3.2 So sánh nhiệt độ và độ ẩm đo được bởi máy đo và kết quả của Trạm khí tượng ở Cầu Giấy 18

Biểu Đồ 3.1 Nhiệt độ đo được bởi máy đo và kết quả của Trạm khí tượng ở Cầu Giấy .18 Biểu Đồ 3.2 Độ ẩm đo được bởi máy đo và kết quả của Trạm khí tượng ở Cầu Giấy 19

ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Giảng viên đánh giá: ………

Tên báo báo: Thiết kế máy cảm biến nhiệt độ và độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 và DHT11 Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: Rất kém (1) Kém (2) Đạt (3) Giỏi (4) Xuất sắc (5) Nhận xét thêm của Thầy/Cô ………

………

………

………

………

……… Người nhận xét

(ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nền nông nghiệp càng ngày càng phát triển đóng vai trò chủ đạotrong nền kinh tế của nước ta Một trong những yếu tố chính giúp nền nông nghiệpnước ta tăng trưởng mạnh trong những năm gần đây là ứng dụng khoa học công nghệ.Ứng dụng khoa học công nghệ vào sản xuất nông nghiệp tạo ra những sản phẩm nôngnghiệp công nghệ cao được coi là xu hướng tất yếu giúp sản xuất nông nghiệp pháttriển vượt bậc, qua đó làm thay đổi bức tranh nông nghiệp nước nhà Với mục đíchnghiên cứu các sản phẩm theo định hướng trên, nhóm em đã thực hiện sản phẩm:

Thiết kế máy cảm ứng nhiệt độ và độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 và DHT11.

Nhóm chúng em đã rất cố gắng để có thể hoàn thành tốt nhất đề tài của mình.Tuy nhiên, do vốn kiến thức còn chưa nhiều, cũng như có nhiều yếu tố khách quankhác mà sản phẩm của nhóm còn nhiều thiếu sót Chúng em rất mong thầy và các anhchị trợ giảng đóng góp ý kiến, phê bình và hướng dẫn thêm để các sản phẩm sau đượchoàn thiện hơn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Phạm Ngọc Nam và cácanh chị trợ giảng đã hướng dẫn tận tình, chi tiết hằng tuần để chúng em có thể hoànthành tốt bài tập lớn này Qua đây, chúng em không chỉ có thêm nhiều kiến thức vềchuyên môn mà còn nâng cao hơn được kỹ năng làm việc nhóm, trau dồi thêm ngoạingữ, biết cách phân tích và tư duy, cùng nhiều kỹ năng mềm khác

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu đề tài

1.1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, nông nghiệp đóng vai trò chủ đạo trong nền kinh tế của nước ta Sản xuất nông nghiệp là lĩnh vực sản xuất quan trọng nhất đối với sự phát triển của Việt Nam Những con số báo cáo hàng năm cho chúng ta thấy sự tăng trưởng mạnh của nông nghiệp, thậm chí một số lĩnh vực còn đứng top đầu thế giới như xuất khẩu gạo đứng thứ hai thế giới, Việt Nam đứng số một thế giới về xuất khẩu tiêu, điều

Một trong những yếu tố chính giúp nền nông nghiệp nước ta tăng trưởng mạnhtrong những năm gần đây là ứng dụng khoa học công nghệ Ứng dụng khoa học côngnghệ vào sản xuất nông nghiệp tạo ra những sản phẩm nông nghiệp công nghệ caođược coi là xu hướng tất yếu giúp sản xuất nông nghiệp phát triển vượt bậc, qua đólàm thay đổi bức tranh nông nghiệp nước nhà Việt Nam là một quốc gia đang pháttriển, nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế Tuy nhiên, sự bùng nổcủa công nghệ thông tin; quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càngcao; cùng với diện tích đất bị thu hẹp do đô thị hóa, do biến đổi khí hậu trong khi dân

số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên… là những thách thức rất lớnđối với sản xuất nông nghiệp

Giải bài toán cho các vấn đề này, theo các chuyên gia, phát triển nông nghiệpứng dụng công nghệ cao là xu hướng tất yếu, là câu trả lời cho việc phát triển nềnnông nghiệp nước nhà Nông nghiệp công nghệ cao là một nền nông nghiệp ứng dụnghợp lý những công nghệ mới, tiên tiến vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả, tạo bướcđột phá về năng suất, chất lượng nông sản, thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của xã hội

và bảo đảm sự phát triển nông nghiệp bền vững

Xác định tầm quan trọng của nông nghiệp ứng dụng công nghệ giúp thay đổibức tranh nông nghiệp nước nhà, đưa nền nông nghiệp Việt Nam hội nhập và pháttriển trong thời đại cách mạng công nghiệp 4.0, Hội nghị lần thứ 4, Ban Chấp hànhtrung ương Đảng khóa XII ban hành Nghị quyết số 06-NQ/TW, 05/11/2016 về thựchiện có hiệu quả tiến trình hội nhập kinh tế quốc tế, giữ vững ổn định chính trị - xã hộitrong bối cảnh nước ta tham gia các hiệp định thương mại tự do thế hệ mới nhấn mạnh

những định hướng về phát triển nông nghiệp hiện đại, ứng dụng công nghệ cao như:

“Hiện đại hóa, thương mại hóa nông nghiệp, chuyển mạnh sang phát triển nông nghiệptheo chiều sâu, sản xuất lớn, dựa vào khoa học - công nghệ, có năng suất, chất lượng,sức cạnh tranh và giá trị gia tăng cao Chuyển nền nông nghiệp từ sản xuất lương thực

là chủ yếu sang phát triển nền nông nghiệp đa dạng phù hợp với lợi thế của từngvùng”…

Hưởng ứng nhà nước, với những kiến thức chúng em được học từ môn Kĩ thuật

vi xử lý dưới sự hướng dẫn của thầy Hoàng Mạnh Thắng, chúng em thực hiện ý tưởng:

“Thiết kế máy cảm biến nhiệt độ và độ ẩm sử dụng giao tiếp STM32F103 và DHT11” để giúp đỡ bà con nông dân có thể tạo ra một môi trường trồng trọt, chăn

nuôi tốt nhất nhằm tăng cao năng suất lao động

1.1.2 Khả năng ứng dụng của đề tài

- Sử dụng trong nhà màng giúp tăng suất cây trồng

- Sử dụng để kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm trong chuồng, trại chăn nuôi

- Trong một ngôi nhà có thể sử dụng chúng trong một hệ thống kiểm soát độ ẩm, giám sát các khu vực khác nhau của ngôi nhà để ngăn ngừa nấm mốc phát triển

1.2 Kế hoạch thực hiện

ST

T

3 Đọc tài liệu, tìm hiểu các linh kiện, datasheet 2 tuần

Bảng 1.1 Kế hoạch thực hiện

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CHI TIẾT 2.1 Nguyên lý hoạt động

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống

Ngyên lý hoạt động của máy cảm biến nhiệt độ và độ ẩm như sau:

+ Cảm biến độ ẩm: Sự hấp thụ hơi nước làm biến đổi tính chất của thành phần cảmnhận trong cảm biến làm thay đổi điện trở của cảm biến qua đó xác định được độ ẩm.+ Cảm biến nhiệt độ: Dựa trên đặc tính của nguồn nhiệt tác động đến các yếu tốbên ngoài Sự thay đổi của các yếu tố bên ngoài đó sẽ được đo lại và chuyển thành tínhiệu điện truyền vào mạch xử lý tín hiệu

Sau đó cảm biến sẽ chuyển tín hiệu nhiệt độ, độ ẩm thành tín hiệu điện để truyền đến

2.2 Lựa chọn linh kiện

Sau quá trình tìm hiểu thị trường, nhóm chúng em quyết định chọn các linh kiện sau:

bộ chuyển đổi DMA giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu củaCPU: có 7 kênh DMA và được hỗ trợ cho ADC, I2C, SPI, UART.Nó có 7 timer với 3timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM; 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơvới các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time; 2 watdog timer dùng để bảo vệ vàkiểm tra lỗi; 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàmDelay….Bên cạnh đó, vi điều khiển này được hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm: 2 bộI2C(SMBus/PMBus); 3 bộ USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modemcontrol); 2 SPIs (18 Mbit/s); 1 bộ CAN interface (2.0B Active)

2.2.1.1 Sơ đồ chân của STM32F103C8T6

Board để lập trình:

Hình 2.2 Sơ đồ chân STM 32F103C8T6

 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug

 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình

 Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1

 Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2

 Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB

 Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC và Backup

 Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader

 Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2

2.2.1.2 Cấu hình clock trong STM 32F103C8T6

Hình 2.3 Cấu hình Clock trong STM32F103C8T6

 Ra chân đầy đủ tất cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,…

 Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset

2.2.2. Cảm biến DHT11

DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Nó ra đời sau và được sử dụng thay thế cho dòng SHT1x ở những nơi không cần độ chính xác cao về nhiệt độ và độ ẩm DHT11 có cấu tạo 4 chân như hình Nó sử dụng giao tiếp số theo chuẩn 1 dây

Các thông số kĩ thuật của LCD 16x2:

2.3 Sơ đồ mạch, lập trình

2.3.1. Sơ đồ mạch

Hình 2.6 Mạch mô phỏng trên Proteus

2.3.2. Lập trình

2.3.2.1 Giao tiếp giữa DHT11 với MCU

DHT11 giao tiếp với vi điều khiển theo chuẩn onewire Chân data của DHT được cấu hình output kiểu OpenDrain

 Nguyên lý hoạt động:

Toàn bộ quá trình giao tiếp giữa MCU với DHT11 có thể được mô tả như hình sau:

Hình 2.8 Toàn bộ quá trình giao tiếp giữa MCU với DHT11

MCU giao tiếp với cảm biến DHT theo các bước:

 Bước 1: MCU gửi tín hiệu Start:

Hình 2.9 MCU gửi tín hiệu Start

 MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống mức 0 trongkhoảng thời gian >18ms Trong code nhóm em để 20ms Khi đó DHT11 sẽ hiểuMCU yêu cầu DHT11 gửi dữ liệu

 MCU đưa chân DATA lên mức 1 và đợi trong khoảng từ 20-40μs sau đó đượckéo xuống mức thấp

 DHT11 gửi tín hiệu phản hồi, chân DATA sẽ ở mức thấp 80us sau đó nó được DHT11 kéo nên cao trong 80us

Hình 2.10 DHT11 gửi tín hiệu phản hồi

 Bước 2: DHT11 gửi dữ liệu: Sau khi gửi tín hiệu phản hồi, DHT11 sẽ gửi 40 bit (5bytes) dữ liệu Trong đó:

 Byte 1: giá trị phần nguyên của độ ẩm (RH%)

 Byte 2: giá trị phần thập phân của độ ẩm (RH%)

 Byte 3: giá trị phần nguyên của nhiệt độ (TC)

 Byte 4: giá trị phần thập phân của nhiệt độ (TC)

 Byte 5: kiểm tra tổng (byte 5 = byte 1+ byte 2+ byte 3+ byte 4)

 Ở mỗi byte, bit 0 và bit 1 được mô tả như sau:

Hình 2.11 Mô tả bit 0 và bit 1 ở mỗi byte

2.3.2.2 Lập trình cho giao tiếp giữa DHT11 với STM32.

Để giao tiếp giữa DHT11 và STM32 được chính xác, cần phải có delay chínhxác Do đó em đã tạo delay dựa trên timer Trong stm32 có 4 timer, em chọn tỉmer 2

Em sử dụng modun time-base unit Trong modun gồm có 3 phần: thanh ghi đếm, bộchịa tần, thanh ghi nạp lại Hoạt động của modun này như sau: mỗi khi có 1 xung tạiđầu ra bộ chia tần, thanh ghi đếm tăng lên 1 Khi giá trị thanh ghi đếm bằng giá trịthanh ghi nạp lại thì thanh ghi đếm reset về 0

Trong code, chúng em gán hệ số chia cho bộ chia tần là 72 Mặt khác sysclk

của stm32 là 72Mhz, do đó mỗi xung clock tại đầu ra bộ chia tần có độ rộng là 1 us Như vậy mỗi lần thanh ghi đếm tăng lên 1 tướng ứng với 1 us.

Sau khi tạo delay, dựa vào datasheet, chúng em tiến hành viết code, thuật toán

có thể được mô tả như sau:

Hình 2.12 Mô tả thuật toán giao tiếp giữa DHT11 với STM32

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.1 Kết quả mô phỏng

Kêt quả mô phỏng trên proteus

Hình 3.13 Kêt quả mô phỏng trên proteus

Do giới hạn khả năng của bộ Logic Analyzer trong proteus, không thể thấy rõ được

những xung có độ rộng xung nhỏ (cỡ vài chục us)

3.2 Mạch thực tế

Do các kết nối dây khá lỏng lẻo vì không được hàn chắc chắn, sử dụng nguồn 3.3V thay vì 5V cho LCD nên màn hình khá mờ (có thể thấy rõ hơn trong video demo)

3.3 Đánh giá kết quả

Đế đánh giá sai số của sản phẩm, chúng em tiến hành đo đạc thực nghiệm Bảng sau là các kết quả đo được thực hiện lúc 7h30 13/7/2021

Bảng 3.2 Kết quả đo bằng máy cảm biến

Sai số tuyệt đối của phép đo Nhiệt độ là:

So sánh sản phẩm với kết quả đo ở trạm khí tượng

Bảng 3.3 So sánh nhiệt độ và độ ẩm đo được bởi máy đo và kết quả của Trạm khí tượng ở

Cầu Giấy

Biểu Đồ 3.1 Nhiệt độ đo được bởi máy đo và kết quả của Trạm khí tượng ở Cầu Giấy

Biểu Đồ 3.2 Độ ẩm đo được bởi máy đo và kết quả của Trạm khí tượng ở Cầu Giấy

Nhận xét: Các kết quả đo bằng máy đo nhiệt độ và độ ẩm là khá tương đồng với Trạm khí tượng ở Cầu Giấy

TÀI LIỆU THAM KHẢO

https://www.mouser.com/datasheet/2/758/DHT11-Technical-Data-Sheet-Translated-Version-1143054.pdf

[3] https://www.openhacks.com/uploadsproductos/eone-1602a1.pdf