kl le van duc thien 2015 621 31

Giám sát và điều khiển mô hình lò sấy nông sản SVTH: Lê Văn Đức Thiện LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay ngành kỹ thuật Điện- Điện tử tự động đang phát triển rất mạnh mẽ, nó đã thể hiện vai trò quan t

Trang 2

TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng….năm 2015 Giảng viên hướng dẫn

Trang 3

TP Hồ Chí Minh, ngày… tháng……năm 2015 Giảng viên phản biện

Trang 4

Trước hết em xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử thuộc trường ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG nói chung và các thầy cô thuộc Bộ môn Tự Động - Điều Khiển nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng

em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Võ Hoàng Duy và Thầy Trần Trọng Đạo Các Thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm Đồ Án Tốt Nghiệp

Xin gửi lời cảm ơn tới các bạn trong lớp Điện-Điện tử Khóa 14 đã cùng nhau học tập, trao dồi những kiến thức trong suốt những năm tháng học tập tại trường Với số lượng kiến thức tích góp được qua những môn học, những buổi thực hành, thí nghiệm tại trường và học hỏi kinh nghiệm từ môi trường thực tế bên ngoài, từ bạn bè đã giúp em vững vàng và bổ sung kiến thức cho bản thân để phục vụ công việc sau này của mình

Sau cùng, một lần nữa em xin kính chúc quý thầy cô trong khoa Điện – Điện

tử và thầy hiệu trưởng thật dồi dào sức khỏe, an vui trong cuộc sống và tiếp tục sứ mệnh cao đẹp của một người thầy truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 6 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Đức Thiện

Trang 5

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của Thầy TS Võ Hoàng Duy và TS Trần Trọng Đạo Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi

rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong luận văn còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn gốc

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận văn của mình Trường đại học Tôn Đức Thắng không

liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

TP Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 6 năm 2015

Người thực hiện

Lê Văn Đức Thiện

Trang 6

(Trang này dùng để đính kèm Nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp có chữ ký của Giảng viên hướng dẫn)

Trang 7

LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Lê Văn Đức Thiện

Lớp:10040003 MSSV:41000230

Tên đề tài: Giám sát và điều khiển mô hình lò sấy nông sản

Thiết kế và thi công lò nhiệt Kiểm tra các mạch công suất

Kiểm tra việc truyền nhận dữ liệu lên máy tính

Trang 8

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG 2

TRONG HỆ THỐNG 2

1.1 SƠ ĐỒ KHỐI 2

1.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH 3

1.3 GIỚI THIỆU LINH KIỆN CHÍNH SỬ DỤNG 4

1.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ DS18B20 8

1.5 GIAO TIẾP UART - CHUẨN RS232 (COM) VÀ MODULE BLUTOOTH HC05 9

1.5.1TRUYỀNTHÔNGNỐITIẾPUART 9

1.5.2 SO SÁNH TRUYỀN ĐỒNG BỘ VÀ BẤT ĐỒNG BỘ TRONG TRUYỀN NỐI TIẾP 11

1.5.3 MODULE BLUTOOTH HC05 12

1.6 TRIAC DÒNG BTA 13

1.7 OPTO PC817 VÀ MOC 3021 14

1.8 KHỐI MẠCH CÔNG SUẤT VÀ TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN 15

1.8.1 MẠCH PHÁT HIỆN ĐIỂM ZERO 16

1.8.3 MẠCH DÙNG RELAY VÀ MOC PC817 22

1.8.4 MẠCH CẦU H DÙNG IC L298 23

1.8.5 BỘ NGUỒN XUNG CẤP CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐỘNG CƠ 25

CHƯƠNG 2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ GIAO DIỆN 26

GIÁM SÁT 26

2.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH GIAO DIỆN C# 26

2.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 28

2.2.1 SƠ ĐỒ HÓA CÁC BƯỚC LẬP TRÌNH 28

2.2.2 CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 29

2.2.3 CHƯƠNG TRÌNH CON 30

a Chương trình con đọc nhiệt độ 30

Trang 9

b Chương trình ngắt RDA 31

c Chương trình ngắt RB và nút nhấn 32

d Chương trình điều khiển nhiệt độ theo giá trị đặt 33

e Chương trình đảo chiều động cơ cho module cầu h - l298 34

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN 35

3.1 THIẾT KẾ LÒ NHIỆT BẰNG NHIỆT ĐIỆN TRỞ TRÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT 35

a Nguyên lí làm việc 35

b Nguyên lý sấy bằng dòng không khí nóng 36

c Lượng nhiệt và không khí cung cấp cho quá trình sấy 37

d Tính nhiệt lượng tỏa ra của thanh điện trở nhiệt 38

e Tính trung bình, mỗi giờ máy sấy cần dùng bao nhiêu m3 không khí? 39

f Tính công suất trung bình cho tải gia nhiệt 39

3.2 CẤU TẠO CỦA LÒ ĐIỆN TRỞ NHIỆT TRONG MÔ HÌNH 40

3.3 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ BĂNG TẢI NÔNG SẢN 41

a Cấu tạo của băng tải 41

b Nguyên lí hoạt động của băng tải 41

3.5 THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ MÔ HÌNH THÙNG SẤY VÀ BĂNG TẢI 42

a Thùng sấy 42

b Băng tải 43

c Nguyên lý hoạt động của mô hình 43

d Hình ảnh mô hình sau khi thi công 46

CHƯƠNG 4 TỔNG KẾT 48

4.1 ĐÁNH GIÁ MÔ HÌNH SẤY 48

4.2 NHỮNG KHÓ KHĂN KHI GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 48

4.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 1 51

Trang 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Sơ đồ khối tổng quan 2

Hình 1-2: Sơ đồ nguyên lý mạch làm việc 3

Hình 1-3: Mô tả các chân PIC 16F877A và AT 89S52 4

Hình 1-4: Sơ đồ khối tổ chức của Timer0 6

Hình 1.5 Thanh ghi INTCON thanh ghi phục vụ các ngắt 6

Hình 1-6: a: truyền nhận song song; b: truyền nhận nối tiếp 9

Hình 1-7: Giao tiếp truyền thông RS232 và sơ đồ nguyên lý 10

Hình 1-8: Module Blutooth HC05 12

Hình 1-9: Triac BTA20 13

Hình 1-10: Hình dạng và chân PC817 và MOC3021 14

Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý mạch phát hiện điểm Zero 16

Hình 1-12: Mô phỏng dạng sóng bằng OSCILLOSCOPE trên phần mềm Proteus 16

Hình 1-13: Mạch công suất dùng Triac điều khiển thiết bị gia nhiệt 17

Hình 1-14: Mô phỏng dạng sóng khi T off =4ms trễ 20

Hình 1-15: Mô tả góc kích α 21

Hình 1-16: Mạch hoàn thiện điều khiển bằng Triac 21

Hình 1-17: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển công suất dùng opto và relay 22 Hình 1-18: Thanh điện trở nhiệt và quạt thổi gió 1 pha 220VAC 23

Hình 1-19: Sơ đồ nguyên lý và module L298 23

Hình 1-20: Bộ nguồn xung 24VDC và mạch chuyển đổi nguồn 5v-3A 25

Hình 2-1: Giao diện được làm từ phần mềm lập trình ngôn ngữ C# 27

Hình 2-2: Lập trình cho 16F877A bằng phần mềm CCS 28

Hình 2-3: Sơ đồ chương trình chính 29

Hình 2-4: Sơ đồ chương trình đọc nhiệt độ 30

Hình 2-5: Lưu đồ chương trình ngắt RDA 31

Hình 2-6: Chương trình ngắt RB và nút nhấn 32

Trang 11

Hình 2-7: Chương trình điều khiển nhiệt độ 33

Hình 2-8: Chương trình điều khiển Module L298 theo công tắc hành trình 34

Hình 3-1: Mô tả luồng không khí sấy 36

Hình 3-2: Đồ thị không khí ẩm trước và sau khi sấy 36

Hình 3-3: Thiết kế mô hình lò sấy, băng tải và lò nhiệt trên phần mềm SolidWorks 42

Hình 3-4: Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của băng tải nông sản 43

Hình 3-5: Giai đoạn 1, gió thổi lên, cửa đóng 44

Hình 3-6: Giai đoạn 2, gió được san lên buồng trên 44

Hình 3.7: Mô hình sau khi thi công 47

Trang 12

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Tóm tắt chức năng các bit trong thanh ghi INTCON 6 Bảng 1-2: Liệt kê bộ chia trước của Timer 7 Bảng 1-3: Bảng tính thời gian trễ Off và góc alpha với điện áp hiệu dụng đầu

ra tương ứng 20

Bảng 3-1: Hiệu suất của thiết bị điện 39

Trang 13

Giám sát và điều khiển mô hình lò sấy nông sản SVTH: Lê Văn Đức Thiện

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay ngành kỹ thuật Điện- Điện tử tự động đang phát triển rất mạnh mẽ, nó

đã thể hiện vai trò quan trọng trong cuộc sống của con người trong mọi lĩnh vực như y tế, giáo dục, kinh tế, nông nghiệp cho đến các ngành công nghiệp nặng Điều

dễ thấy giờ đây người dân cũng đã dễ dàng sở hữu những chiếc điện thoại thông minh đầy đủ chức năng, những thiết bị điện gia đình như ti vi, máy giặt, tủ lạnh nó

đã giúp giải phóng sức lao động cải thiện cuộc sống của con người

Đặt vấn đề:

Nước ta là nước có nền nông nghiệp phát triển, trong những năm gần đây các mặt hàng nông sản của nước ta đã có chỗ đứng vững trên thị trường xuất khẩu quốc

tế như cà phê, điều, tiêu, gạo … Xong để có thể cạnh tranh với thị trường trong thời

kì hội nhập kinh tế thì các mặt hàng nông sản cần phải có những tiêu chuẩn chất lượng sau thu hoạch, hầu hết các nông sản đều do các hộ nông dân trồng, sau thu hoạch các nông sản đều phơi phóng thủ công ngoài trời nắng nên phải phụ thuộc nhiều vào yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến sản phẩm như nắng mưa, bụi, và cả thời gian nên con người không thể chủ động được Cho nên mục tiêu của em là xây dựng một hệ thống sấy nông sản làm sao vừa tiết kiệm không gian và thời gian phơi vừa

đảm bảo chất lượng cho từng loại sản phẩm

Trong đồ án tốt nghiệp này em chọn đề tài điều khiển hệ thống sấy nông sản sử dụng vi điều khiển Pic16F877A và AT89S52, cảm biến nhiệt độ DS18B20, độ ẩm DHT11 giám sát và điều khiển bằng máy tính từ xa, điều khiển và hiển thị tại chỗ qua LCD 16x2, đây là một mô hình đầu tiên nên còn nhiều thiếu sót và hạn chế, mong thầy cô và các bạn có nhiều ý kiến và nhận xét để em có thể hoàn thiện hơn cho mô hình, để đáp ứng được với yêu cầu thực tế và đưa vào sử dụng

Trang 14

CHƯƠNG 1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG

TRONG HỆ THỐNG 1.1 Sơ đồ khối

Hình 1-1: Sơ đồ khối tổng quan

LÒ SẤY QUẠT

MẠCH PHÁT HIỆN ĐIỂM ZERO

MẠCH CÔNG SUẤT

GIAO TIẾP UART

KHỐI CÀI ĐẶT

NÚT NHẤN

NGUỔN 220VAC NGUỒN XUNG 24VDC

2

BĂNG TẢI

GIAO DIỆN MÁY TÍNH

ĐC ĐẢO

BỘ ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM PIC

Trang 15

1.2 Sơ đồ nguyên lý mạch

Hình 1-2: Sơ đồ nguyên lý mạch làm việc

Trang 16

1.3 Giới thiệu linh kiện chính sử dụng

Vi Điều Khiển PIC 16F877A và AT89S52

Hình 1-3: Mô tả các chân PIC 16F877A và AT 89S52

Trong đề tài này chọn vi điều khiển PIC16F877A và AT 89S52

PIC16F877A lập trình phục vụ công việc đọc tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến DS18B20, xuất giá trị nhiệt độ lên LCD16x2, các nút nhấn điều khiển thiết bị tại hộp điều khiển, giao tiếp máy tính truyền nhận dữ liệu điều khiển các thiết bị

Vì trong qua trình làm số lượng chân chức năng dùng cho PIC 16F877A đã hết nên thêm một vi điều khiển AT 89S52 dùng với mục đích điều khiển đảo chiều hai

Trang 17

động cơ DC qua module L298 Sau đây là giới thiệu qua về các chân chức năng và cách tính ngắt timer cho vi điều khiển trong quá trình làm

Vi điều khiển PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20MHz với một chu kỳ lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8K x 14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O trên tổng số 40 chân

- Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

+ Timer0: bộ đếm 8 bít với bộ chia tần số 8 bít

+ Timer1: bộ đếm 16 bít với bộ chia tần

+ Timer2: bộ đếm 8 bít với bộ chia tần số, bộ postcaler

+ Hai bộ Capture/ so sánh/ điều chế độ rộng xung CCP1, CCP2

+ Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP, SPI và I2C

+ Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bít địa chỉ

+ Cổng giao tiếp song song PSP với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài

- Các kênh Analog:

+ 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bít, hai bộ so sánh, ngoài ra có thể cấu hình bằng

câu lệnh lên 13bit, 16bit trong code

- Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

+ Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần, tiện cho sửa code + Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần

+ Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

+ Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm Pickit2 + Watchdog Timer với bộ dao động trong

+ Chức năng bảo mật mã chương trình bằng khóa chip trong Pickit2.exe

Trang 18

Hình 1-4: Sơ đồ khối tổ chức của Timer0

Vì trong chương trình sử dụng các ngắt Timer, ngắt ngoài RB, RB0, EXT ngắt truyền nhận EUSART - #INT_RDA

Cho nên hiểu và tính toán các ngắt này rất quan trọng trong quá trình lập trình

Hình 1.5 Thanh ghi INTCON thanh ghi phục vụ các ngắt

Bảng 1-1: Tóm tắt chức năng các bit trong thanh ghi INTCON

Ví dụ muốn lập trình ngắt khi có sự kiện nút nhấn trên chân RB ta cần cho

RBIE=1 và GIE =1 ; chiếu lên bảng1-1 sẽ thấy rõ chức năng câu lệnh

Sau đó ta chỉ cần xây dựng mạch kết nối linh kiện nút nhấn tới các chân RB tương ứng với PIC để lập trình sự kiện ngắt

Đối với ngắt timer, quan tâm đến bộ chia tần và bộ chia trước

Trang 19

Trên hình 1.4 PS2, PS1, PS0 chính là bộ chia trước (prescaler asigment)

PSA: nếu bít này bằng 1 thì sử dụng WDT, và 0 là dùng cho timer0

Tosc: là bit cho phép timer0 hoạt động ở chế độ nào: Counter đếm xung thì bit =1 bằng 0 thì định thời

Bảng 1-2: Liệt kê bộ chia trước của Timer

Vì Timer0 là timer 8 bit nên sau khi cấu hình ngắt timer0 bắt đầu đếm giá trị sẽ chạy từ 0 ÷ 255, theo xung nhịp của PIC Nếu định thời tràn thì cờ ngắt T0IF =1 chưa tràn thì T0IF=0

Ví dụ: Muốn hẹn Timer0 làm một công việc gì đó sau 5(ms) Với thạch anh là

20Mhz vậy fosc =20Mhz, sau khi đi qua PIC sẽ bị chia 4 còn lại 5Mhz như hình 1.4

bên trên, Tosc= 1 0, 2us

5Mhz  đây chính là chu kì làm việc còn lại của thạch anh + Ta chọn bộ chia trước cho timer0 là: 1:256

+ Gọi tout là thời gian muốn tạo =5(ms) =5000 (us) , fout =1/5 (KHz)

+ Câu lệnh: Setup_timer0(N) = tout.

Giá trị N cần tìm là: t out= Bộ chia trước*(độ phân giải Timer0 –N )* 4

Trang 20

1.4 Cảm Biến Nhiệt Độ DS18B20

Hình 1-5: Cảm biến nhiệt độ DS18B20 dạng dây

Sơ đồ nguyên lý kết nối giữa vi điều khiển và cảm biến như hình 1-2

Thông số kỹ thuật của DS18B20:

+ Điện áp sử dụng: 3.0V đến 5.5V + Độ chính xác: -0.5 độ từ -10 độ đến 85 độ + Nhiệt độ sử dụng: -55 đến 125 độ

+ Độ phân giải có thể lựa chọn 9-12 bit + Sử dụng 1-Wire interface - chỉ cần một chân giải tín hiệu số đầu vào vi điều khiển để xử lý tín hiệu của nhiều cảm biến sử dụng 1 Wire

+ Nhiều cảm biến cùng kết nối vào một chân lấy dữ liệu số

Màu dây kết nối:

+ Chiều dài hiện tại từ nơi cần đo đến hộp vi điều khiển là 1m hoặc

có thể nối dài thêm

Trang 21

1.5 Giao tiếp UART - chuẩn RS232 (COM) và Module Blutooth HC05

1.5.1 Truyền thông nối tiếp UART

(Universal Asynchronous serial Reveiver and Transmitter (UART))

Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụng điều khiển, đo lường có hai cách ghép nối phổ biến là kiểu song song và nối tiếp Cả hai đều có những ưu và nhược điểm riêng: Ghép nối theo kiểu song song thì cần nhiều ngõ truyền nhận cùng lúc, ưu điểm tốc độ nhanh xong nhiều ngõ, còn theo kiểu nối tiếp cùng một lượng data truyền nhận thì nối tiếp chỉ cần một đường truyền

8 bit nhưng phải cấu hình trước theo chuẩn khung Farm truyền nhận trước

Hình 1-6: a: truyền nhận song song; b: truyền nhận nối tiếp

Vì tính ưu điểm tiết kiệm chân truyền nhận tín hiệu chọn cách ghép nối tiếp qua cổng nối tiếp UART và RS232 là một trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi

để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị, chiều dài kết nối tối đa cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25m, tốc độ 20 kbit/s đôi khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt

Chuẩn giao tiếp UART khác với RS232 ở mức điện áp: UART thể hiện mức logic

0 (0V) và logic 1 là từ (3-5V), còn với RS232 là (-12V-3V) là mức 1 và (+3V+12V) là mức 0

Trang 22

Hình 1-7: Giao tiếp truyền thông RS232 và sơ đồ nguyên lý

Chức năng của các chân của cổng Com DB9:

+Chân 1: Data Carrier Detect (DCD): Phát tín hiệu mang dữ liệu

+Chân 2: Receive Data (RxD): Nhận dữ liệu

+Chân 3: Transmit Data (TxD): Truyền dữ liệu

+Chân 4: Data Termial Ready (DTR): Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu

+Chân 5: Singal Ground (SG): Mass của tín hiệu

+Chân 6: Data Set Ready (DSR): Dữ liệu sẵn sàng, được kích hoạt bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận dữ liệu

+Chân 7: Request to Send: Yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi truyền dữ liệu

+Chân 8: Clear To Send (CTS): Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó nhận tín hiệu

+Chân 9: Ring Indicate (RI): Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu rung chuông  Ở đây chỉ cần 2 chân tín hiệu của cổng Com Rx (2), và chân Tx(3)

để nhận truyền tín hiệu các chân còn lại sẽ không kết nối

Trang 23

1.5.2 So sánh truyền đồng bộ và bất đồng bộ trong truyền nối tiếp

Hiểu được bản chất của truyền đồng bộ và bất đồng bộ:

“Đồng bộ” để chỉ sự “báo trước” trong quá trình truyền Ví dụ thiết bị 1 (TB1)

kết nối với với thiết bị 2 (TB2) bởi 2 đường, một đường dữ liệu và 1 đường xung nhịp Cứ mỗi lần TB1 muốn gửi 1 bit dữ liệu đi, thì TB1 phải điều khiển đường xung nhịp chuyển từ mức thấp lên mức cao báo cho TB2 sẵn sàng nhận một bit Bằng cách “báo trước” cách truyền nhận này dễ dàng và ít “rủi ro” trong quá trình truyền Tuy nhiên, cách truyền này đòi hỏi ít nhất 2 đường truyền cho 1 quá trình (send or receive)

“Không đồng bộ” chỉ cần một đường truyền cho một quá trình “Khung dữ liệu”

đã được chuẩn hóa bởi các thiết bị nên không cần đường xung nhịp báo trước dữ liệu đến Ví dụ 2 thiết bị đang giao tiếp với nhau theo phương pháp này, chúng đã được thỏa thuận với nhau rằng cứ 1ms thì sẽ có 1 bit dữ liệu truyền đến, như thế thiết bị nhận chỉ cần kiểm tra và đọc đường truyền mỗi “ms” để đọc các bit dữ liệu

và sau đó kết hợp chúng lại thành dữ liệu có ý nghĩa

“Baud rate (tốc độ Baud)” dùng để cấu hình cả hai thiết bị cần giao tiếp với nhau

đây chính là tốc độ đồng bộ trong quá trình truyền giữa hai thiết bị, tốc độ truyền phải được cài đặt giống nhau trước Theo định nghĩa, tốc độ baud là số bit truyền trong 1 giây Ví dụ nếu chọn tốc độ baud đặt là 9600 thì thời gian dành cho 1 bit truyền đi là 1/9600 ≈ 104,2 (us) Vậy 8 bit=1 byte cần 104,2*8=833,6 (us)

“Frame (khung truyền)”: Truyền thông nối tiếp mà nhất là nối tiếp không đồng

bộ rất dễ mất hoặc sai lệch dữ liệu, vì vậy quá trình truyền thông theo kiểu này phải tuân theo một số quy định sau:

- Một khung truyền theo UART, khung truyền này được bắt đầu bằng một bit start, tiếp theo là 8 bit data, sau đó là 1 bit parity dùng kiểm tra dữ liệu sai sót qua chẵn lẻ và cuối cùng là 1 hoặc 2 bits stop

- Khung truyền phổ biến nhất là: 1 bit start + 8 bit data + 1 bit stop

Trang 24

TX và RX bất kì chân nào trong số chân I/O

Hình 1-8: Module Blutooth HC05

Trang 25

1.6 Triac dòng BTA

Hình 1-9: Triac BTA20

Triac là linh kiện bán dẫn cấu tạo như 2 thyristor mắc song song ngược chiều có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm

có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được Triac sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương, xem trong datasheet ta sẽ thấy dòng kích âm lớn hơn dòng kích dương

Điều đặc biệt là khi điều khiển Triac, Thyristor cần xác định tín hiệu điện lưới trở về 0, nếu không phát hiện thì Triac khi đóng sẽ dẫn mà không thể tắt vì lúc này Triac đã bị khóa

Trang 26

Tác dụng: cách ly điều khiển giữa hai tầng mạch điện khác nhau

Mục đích: Nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy, chập, tăng áp thì cũng không làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển

Nguyên lý hoạt động: khi có dòng điện nhỏ đi qua 2 chân 1 và 2, khoảng 10(ma)

và ứng với của opto làm cho led phát Khi led phát làm thông 2 cực của photo transistor chân 3 và chân 4 của PC817 hay cặp 4-6 của MOC3021, mở cho dòng điện chạy qua theo chiều đi từ chân 4 đến 3

Trang 27

1.8 Khối mạch công suất và tính toán chọn linh kiện

Để thiết kế chọn một bộ điều khiển cho các thiết bị của hệ thống ta cần xét đến

- Đặc điểm của tải cần điều khiển:

+ Điện áp cung cấp cho tải

+ Công suất của tải

+ Điện áp làm việc và dòng điện thay đổi như thế nào so với điện áp lưới cấp vào

+ Chế độ làm việc không tải và có tải của các thiết bị

- Tính toán chọn linh kiện mạch động lực :

+ Điện áp làm việc của các linh kiện

+ Dòng định mức, dòng kích làm việc

+ Công suất làm việc

Vì đây là mô hình sấy nên chọn tải chính là điện trở nhiệt để tạo nhiệt độ

- Hệ thống sấy gồm có các tải:

+ Thanh điện trở nhiệt gia nhiệt cho hệ thống sấy

+ Quạt gió thồi luồng nhiệt vào buồng sấy

+ Ba động cơ một chiều 24 VDC - 1A

- Các mạch sử dụng bên phía tải :

+ Mạch điều khiển điện áp AC dùng Moc và TRIAC

+ Mạch nguồn xung tổ ong 24 VDC- 5A

+ Mạch điều khiển 2 động cơ DC 24V sử dụng L298

+ Mạch Relay để điều khiển quạt gió AC và 1 động cơ 24V DC cho băng tải

Trang 28

1.8.1 Mạch phát hiện điểm zero

Hình 1-11: Sơ đồ nguyên lý mạch phát hiện điểm Zero

Mục đích của mạch Zero phát hiện khi điện áp sóng Sin AC về 0 để giúp cho việc điều khiển Triac dễ dàng và chính xác

Trong sơ đồ nguyên lý hình 1-11 sử dụng Opto PC817 cách ly quang với khối mạch điều khiển PIC, một mạch cầu diode 2W để đổi dòng điện xoay chiều sang một chiều Vdc, diode zener 1N4148 (5V) ghim áp và chống dòng ngược, điện trở công suất sứ 10KΩ-10W giảm dòng, đầu ra chân số 4 của Moc PC817 nối đến chân ngắt ngoài RB0 của PIC, xây dựng sự kiện ngắt chuyển từ mức cao sang mức thấp thì ngắt xảy ra theo chu kì sóng của sóng Sin giờ chỉ còn là sóng vuông nhờ vào mạch phát hiện điểm Zero dạng sóng này ta gọi là xung đồng bộ

Hình 1-12: Mô phỏng dạng sóng bằng OSCILLOSCOPE trên phần mềm Proteus

Trang 29

Màu xanh lá: Tín hiệu sóng điện áp đầu vào AC 220 V - 50 Hz

Màu vàng: Điện áp đầu ra trên Triac Vout

Màu xanh dương: Xung nhỏ với chu kì 100us để kích Triac làm việc Màu hồng: Xung đồng bộ do mạch phát hiện điểm Zero tạo ra

1.8.2 Mạch dùng Moc 3021 và Triac BTA 20

Hình 1-13: Mạch công suất dùng Triac điều khiển thiết bị gia nhiệt

a Cách chọn triac phù hợp với Tải :

Số liệu cho trước:

Tải là thanh điện trở có công suất P =2000W, 220VAC, 50Hz, 1pha

V R P

Trang 30

Dựa trên công thức tính giá trị hiệu dụng áp của tải là R

Biểu thức: Điện áp hiệu dụng đầu ra trên tải hay trên Triac

Tính toán với tải R giả sử khi góc α=0 (rad)

U I R

+ Dòng trung bình: IAV =I Van 12,8 4,1(A)

   

+Chọn Uvan = 2 220   311(v) đây là áp làm việc lớn nhất của Triac

Trang 31

IGT (Q1) (max) = 35 and 50 mA

IT (RMS) =20A là dòng hiệu dụng mà triac có khả năng chịu tải khi làm việc VDRM (Repetitive peak off –state Voltage) là điện áp khóa lặp lại cực đại cho phép

V RRM (Repetitive peak Reverse Voltage) là điện áp ngược cực đại lặp lại cho phép

IGT (Gate Trigger Curent) là dòng kích làm việc cho chân cổng triac mở van dẫn điện

b Ví dụ: Sau khi phát hiện điểm 0 của điện lưới sóng Sin ứng với nửa chu kì

10ms ta sẽ tạo một khoảng thời gian trễ Thời gian trễ hay gọi là thời gian đóng điện muộn cho tải < 10ms

Giả sử muốn tạo: Time_control = 2ms = t = 0,002 (s)

Đây là thời gian Toff =2ms, còn Ton =8ms trong 10ms của nửa chu kì đầu sóng

Trang 32

Hình 1-14: Mô phỏng dạng sóng khi T off =4ms trễ

Bảng 1-3: Bảng tính thời gian trễ Off và góc alpha với điện áp hiệu dụng

đầu ra tương ứng

stt

OFF Time(ms)

Trang 33

Hình 1-15: Mô tả góc kích α.

Vậy ta thấy rằng góc kích α tỉ lệ nghịch với điện áp đầu ra Triac

Góc kích α lớn nghĩa là thời gian trễ để kích dẫn Triac lớn, điện áp đầu ra trên tải

sẽ giảm

Hình 1-16: Mạch hoàn thiện điều khiển bằng Triac

Trang 34

1.8.3 Mạch dùng RELAY và Moc PC817

Hình 1-17: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển công suất dùng opto và relay

Mạch dùng Moc và Relay để điều khiển cho hai động cơ DC 24VDC-1A và quạt AC 220V; I làm việc = 0.23 A; Pquạt = 38 W

Mức điện cung cấp cho cuộn làm việc của mỗi Relay đóng mở tiếp điểm là 5VDC, tiếp điểm chịu dòng 10A-250 VAC gồm 2 tiếp điểm thường đóng (NC), thường hở (NO) Trong code lập trình xuất mức mức logic 0 (0V) để điều khiển Moc PC817

Khi Moc PC817 được thông sẽ kích NPN Transistor C1815 khép mạch, cuộn hút của Relay có dòng chạy qua, các tiếp điểm của Relay đóng mở theo mục đích sử dụng

Vai trò của Diode trong mạch:

Khi cuộn dây của Relay đang dẫn điện, ta ngắt opto mục đích là tắt relay, thì lúc này trên cuộn dây hút của Relay sinh ra điện áp tự cảm dội ngược xuống tiếp giáp C-E của Transistor NPN C1815 sẽ làm hỏng Transistor này ngay, nên Diode 1N4007 mắc song song với cuộn dây của Relay này để dẫn dòng ngược dội vào Transistor vì lúc này Diode ở vào trạng thái dẫn điện do nó có tính ghim áp, Diode

Trang 35

dữ cho áp trên cuộn dây không thể tăng cao Diode này có thể dùng loại 1N4148 thay cho Diode 1N4007, chức năng trong trường hợp này giống nhau

Tùy vào cuộn dây làm việc sinh ra điện áp tự cảm lớn hay nhỏ ta chọn Diode bảo

Trang 36

IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện

áp làm tăng công suất đầu ra từ 5V – 47V, dòng lên đến 4A, L298 rất thích hợp cho việc điều khiển các thiết bị công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa …

Mục đích sử dụng là để điều khiển hai động cơ DC 24v, đảo chiều động cơ

Tóm tắt qua chức năng các chân của L298:

- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của L298 Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển

-4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) được nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298 Các chân này sẽ được nối với động cơ

- Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển các mạch cầu H trong L298 Nếu ở mức logic 1 (5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic 0 thì mạch cầu H không hoạt động Tóm tắt trạng thái để dễ dàng lập trình cho L298

Điều khiển chiều quay với L298:

+ Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào

+ Khi ENA = 1: Cho phép động cơ hoạt động

+ INT1 = 1; INT2 = 0: động cơ quay thuân

+ INT1 = 0; INT2 = 1: động cơ quay nghịch

+ INT1 = INT2: động cơ dừng ngay tức thì

Tương tự kênh 2 chọn ENB và các ngõ vào ra INT3-INT4 ,OUT3-OUT4

Hoạt động trạng thái tương tự như kênh1 ENA

Trang 37

1.8.5 Bộ nguồn xung cấp cho mạch điều khiển và động cơ

Hình 1-20: Bộ nguồn xung 24VDC và mạch chuyển đổi nguồn 5v-3A

Vì các thiết bị điều khiển cần nguồn ổn định, nên giải pháp chọn nguồn 5V 3A, vừa cấp điện cho toàn mạch điều khiển và các Relay 5V hoạt động không bị thiếu dòng làm việc Trong mạch trên sử dụng LM2576 để chuyển đổi áp từ bộ nguồn xung 24VDC - 5A xuống 5VDC-3A nhờ vào Diode xung 1N5822 để ghim áp đầu

ra luôn trong mức áp ổn định và tránh dòng ngược bảo vệ LM2576 dù cho điện áp đầu vào thay đổi

Trang 38

CHƯƠNG 2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ GIAO DIỆN

GIÁM SÁT

2.1 Giới thiệu phần mềm lập trình giao diện C#

C# là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển bởi Microsoft, là phần khởi đầu cho kế hoạch Net Microsoft phát triển C# dựa trên C++ và Java C#

được miêu tả là ngôn ngữ có được sự cân bằng giữa C++, Visual Basic, Delphi và

Java

Để xây dựng một giao diện giám sát hệ thống nhiệt độ và điều khiển các thiết bị,

có rất nhiều phần mềm lập trình hỗ trợ công việc này như Gui MatLab, Labview,

VB, SCADA….Ở đây em sử dụng ngôn ngữ C# để xây dựng màn hình giám sát và điều khiển bởi vì tính phổ rộng hiện nay của các thiết bị thông minh khi lập trình ngôn ngữ này sẽ phát triển hơn cho việc đóng gói xuất file setup.exe cài đặt trên tất

cả những máy chạy hệ điều hành Window 10, 8.1 như máy bàn, máy tính bảng và điện thoại Smartphone, dễ dàng cài đặt và sử dụng, không cần cài chương trình lập trình nặng nề tốn tài nguyên máy tính Đây chính là một lợi thế tiện lợi cho ai đang

sử dụng hệ điều hành của Microsoft cả cho điện thoại lẫn máy tính

Hiện tại, chương trình C# của Microsoft đã hoàn thiện giúp cho người lập trình dễ dàng tiếp cận Để sử dụng ta phải cài đặt gói Visual Studio, trong phần mềm này có các gói ngôn ngữ C#, C++, F#, VB,Winphone,WinDow Khi cài đặt ta tự chọn ngôn ngữ phù hợp để lập trình

Mục đích của giao diện là giám sát và điều khiển hệ thống sấy này từ xa, giao diện này gồm giao tiếp thiết bị với vi điều khiển qua không dây Blutooth, điều khiển các động cơ như quạt, băng tải, bật lò nhiệt, động cơ đảo gió và đảo san Cài đặt các giá tri đặt nhiệt độ cho lò, hẹn thời gian làm việc của các động cơ, hẹn giờ và đếm thời gian hoạt động của lò sấy

Giao diện khá dễ sử dụng và có thêm giám sát hình ảnh qua Camera USB2.0 Xem thêm code C# ở phần phụ lục ( nên xem để hiểu rõ các câu lệnh)

Trang 39

Hình 2-1: Giao diện được làm từ phần mềm lập trình ngôn ngữ C#

Trang 40

2.2 Lưu đồ giải thuật

2.2.1 Sơ đồ hóa các bước lập trình

Hình 2-2: Lập trình cho 16F877A bằng phần mềm CCS

Lưu ý tất cả sơ đồ giải thuật trên chỉ mô tả hoạt động công việc cần thiết còn

nhiều chương trình phụ ( Xem trong Code để hiểu rõ câu lệnh làm việc)

Bắt đầu làm việc với CCS

Khai báo các biến, các thư viện

Khai báo các chương trình con ngắt:

ngắt truyền thông UART, quét bàn phím, đọc nhiệt độ, giao tiếp LCD, ngắt ngoài (H to L), phát hiện điểm

Hiển thị nhiệt độ thực của hệ thống, giá trị đặt, trạng thái làm việc

của các thiết bị, dùng nút nhấn đóng mở các thiết bị và cài đặt

nhiệt độ Giám sát nhiệt độ, thiết bị trên giao diện C# trên máy

tính

Định dạng
Số trang	92
Dung lượng	2,91 MB