ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY HIỂN THỊ LCD

Engineering Document Template 111Equation Chapter 1 Section 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY HIỂN[.]

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ

Em xin cảm ơn giảng viên bộ môn Trần Đức Anh Minh đã hướng dẫntận tình, chi tiết để em có thể thực hiện môn đồ án nhúng này.

Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm đề tài cũng như những hạn chế vềkiến thức, trong bài đồ án chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Rấtmong nhận được sự nhận xét, ý kiến đóng góp, phê bình từ phía Thầy để bài

đồ án sắp tới sẽ được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn Thầy

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Tác giả

Nguyễn Kevin Duy

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 sựhướng dẫn khoa học của ……… Các nộidung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dướibất kỳ hình thức nào trước đây Những số liệu trong các bảng biểu phục vụcho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ cácnguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

Ngoài ra, trong Đồ án tốt nghiệp/ tổng hợp còn sử dụng một số nhậnxét, đánh giá cũng như số liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC

LỊCH TRÌNH LÀM ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG

Họ tên sinh viên: Nguyễn Kevin Duy

Lớp:19040303 MSSV: 41901084

Tên đề tài: Hệ thống giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy

1 Tìm hiểu đề tài Xây dựng hướng đicho đề tài

2 Xây dựng hướng đi Tìm hiểu phần mềm

5 Lắp ráp phần cứng Thực hiện nối dây

6 Bố trí linh kiện Tìm hiểu thêm về

code

7 Sửa lỗi linh kiện và

phần mềm code

Tiếp tục sửa lỗi

Kiểm tra giữa

kỳ

Đánh giá khối lượng hoàn thành 50% được tiếp tục ĐATN

8 Thay thế linh kiện Tiếp tục sửa lỗi

9 Đã hoàn thiện lỗi Viết báo cáo

12 Hoàn thành báo cáo Hoàn thành báo cáo

13 Hoàn thành báo cáo Hoàn thành báo cáo

14 Hoàn thành báo cáo Hoàn thành báo cáo

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 8

1.1 MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI 8

1.2 Ý TƯỞNG MÔ PHỎNG 8

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 10

2.1 ARDUINO UNO R3 10

2.1.1 Định nghĩa 10

2.1.2 Bảng thông số kỹ thuật 11

2.1.3 Nguồn 11

2.1.4 Các cổng vào/ra 13

2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35 14

2.2.1 Định nghĩa: 14

2.2.2 Sơ đồ chân & bảng thông số kĩ thuật 14

2.3 MODULE L298 15

2.3.1 Định nghĩa: 15

2.3.2 Thông số kĩ thuật 16

2.3.3 Các chân của L298 16

2.3.4 Cơ sở lý thuyết về điều chế độ rộng xung PWM 17

2.4 LCD 16X2 18

2.4.1 Định nghĩa: 18

2.4.2 Thông số kĩ thuật & các chân LCD 19

2.5 MODULE RELAY 5V CÓ OPTO CÁCH LY 21

2.5.1 Định nghĩa: 21

2.5.2 Thông số kĩ thuật 21

2.5.3 Nguyên lý hoạt động 22

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG ĐÃ LẮP ĐẶT 23

3.1 PHẦN CỨNG SAU KHI LẮP ĐẶT 23

3.2 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI PHẦN CỨNG 24

CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH HOẠT ĐỘNG 25

4.1 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG 25

4.2 PHẦN CODE ARDUINO CỦA HỆ THỐNG 25

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 29

5.1 KẾT LUẬN 29

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 MỤC ĐÍCH CHỌN ĐỀ TÀI

- Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong tất cả các lĩnh vực khoa học tự nhiên, baogồm vật lý, hóa học, y học, sinh học, và đặc biệt là trong sản xuất, trongcông nghiệp và trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày Nhưng khi công nghệcòn sơ khai, khoa học chưa phát triển thì yếu tố nhiệt độ trong tự nhiên làthứ khó tác động nhất Chính vì vậy, với sự tiến bộ của khoa học, công nghệhiện nay thì con người đã có thể khống chế, đo lường được nhiệt độ trongquá trình sản xuất, trong cuộc sống hằng ngày

- Với ý tưởng như thế này nên đề tài giám sát và điều khiển nhiệt độ lò sấy là 1

đề tài khá phổ biến và thông dụng trong hầu hết các khâu sản xuất côngnghiệp như sản xuất, vận chuyển và làm khô ráo trái cây, hoặc có thể dùng

để điều chỉnh nhiệt dộ phù hợp để ấp trứng,…

1.2 Ý TƯỞNG MÔ PHỎNG

- Để mô phỏng được lò sấy thì trước hết ta cần có 1 cái hộp vừa đủ để trình bàylinh kiện bên trong và ngoài

- Các linh kiện được sử dụng trong mạch lò sấy:

2.Nguồn pin 3,7V x 2 7.Màn hình LCD 16X2

3.Bóng đèn 40W-240V 8 Relay 5V có opto

4.Quạt 12V, 0.2A 9 Cảm biến nhiệt độ LM35

5.Phích cắm 10 L298 điều khiển động cơ DC

- Phía bên trong hộp gồm 1 bóng đèn có chui được nối phích cắm, quạt và cảm biến nhiệt độ LM35 Xung quanh của hộp gồm công tắc, mạch Arduino

uno, relay 5V có opto, màn hình LCD 16X2, 2 cục pin, mỗi cục 3.7V, 1 module L298 Mục đích của việc lắp đặt như vậy là để tránh trường hợp nếucác mạch điều khiển nằm bên trong thì khi làm nóng nhiệt độ trong hợp sẽ

có nguy cơ gây nóng và hỏng mạch

- Để hoạt động 1 mạch điều khiển nhiệt độ lò sấy thì ở đây ta sẽ dùng Arduinolàm bộ mạch chính để điều khiển Công tắc được dùng để bật tắt động cơ

DC nhằm bảo vệ L298, quạt và hạn chế số chân nguồn của mạch chính Ta

sử dụng nguồn nhà 220V cho bóng đèn và nối nó vào relay đóng ngắt.LCD được dùng để hiển thị và theo dõi kết quả nhiệt độ hiện tại và nhiệt độsau khi có sự tác động của đèn và quạt ngay khi cảm biến nhiệt độ LM35tiếp nhận nhiệt độ

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

2.1 ARDUINO UNO R3

2.1.1 Định nghĩa

- Arduino Uno R3 là một loại bo mạch vi điều khiển dựa trên ATmega328P, Đây là phiên bản thứ ba mới nhất của bảng Arduino và được phát hành vào năm 2011

- Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ

ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

- Nó bao gồm toàn bộ những thứ cần thiết để giữ bộ vi điều khiển chỉ cần gắn

nó vào PC với sự trợ giúp của cáp USB và cung cấp nguồn điện bằng bộ chuyển đổi AC-DC hoặc pin để bắt đầu

3

2.1.3 Nguồn

- Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên thì

sẽ làm hỏng Arduino UNO

- Các chân năng lượng:

 GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khôngphải là cấp nguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

 Lưu ý :

 Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó cần phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO Vì vậy chúng ta nên dùng nguồn từ cổng USB nếu

có thể

 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board

 Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới 6V có thể làm hỏng board

 Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328.

 Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển

 Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển

 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng để truyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng

 Khi mình nói rằng bạn “có thể làm hỏng”, điều đó có nghĩa là chưa chắc sẽ hỏng ngay bởi các thông số kĩ thuật của linh kiện điện tử luôn

có một sự tương đối nhất định Do đó hãy cứ tuân thủ theo những thông

số kĩ thuật của nhà sản xuất nếu bạn không muốn phải mua một board Arduino UNO thứ 2.Khi mình nói rằng bạn “có thể làm hỏng”, điều đó

có nghĩa là chưa chắc sẽ hỏng ngay bởi các thông số kĩ thuật của linh kiện điện tử luôn có một sự tương đối nhất định Do đó hãy cứ tuân thủ theo những thông số kĩ thuật của nhà sản xuất nếu bạn không muốn phải mua một board Arduino UNO thứ 2

2.1.4 Các cổng vào/ra

- Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ

có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA

Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

- Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép xuất ra xung PWM với

độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V

và 5V như những chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

 Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board, ta có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi

sử dụng các chân analog Tức là nếu cấp điện áp 2.5V vào chân này thì

ta có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

 Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

2.2 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35

2.2.1 Định nghĩa:

- LM35 là một cảm biến nhiệt độ được sử dụng

rộng rãi Nó hiển thị các giá trị dưới dạng điện

áp đầu ra thay vì độ C

- LM35 là IC cảm biến nhiệt độ có điện áp đầu ra

thay đổi, dựa trên nhiệt độ xung quanh nó Nó

 Cung cấp tính năng tắt nhiệt cho mạch hoặc linh kiện

 Giám sát nhiệt độ pin

 Giám sát nhiệt độ trong hệ thống

2.2.2 Sơ đồ chân & bảng thông số kĩ thuật

 Điện áp hoạt động: 4-30VDC

 Dòng điện tiêu thụ: khoảng 60uA

 Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C

 Khoảng nhiệt độ đo được: -55°C đến 150°C

 Điện áp thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C

 Độ tự gia nhiệt thấp, 0,08oC trong không khí tĩnh

 Sai số: 0,25°C

 Trở kháng ngõ ra nhỏ, 0,2Ω với dòng tải 1mA

 Kiểu chân: TO92

- LM35 có thể đo nhiệt độ trong phạm vi từ -55oC đến 150oC Độ chính xácthực tế của cảm biến: ±1/4°C ở nhiệt độ phòng và ±3/4°C trong phạm vinhiệt độ từ -55°C đến 150°C Việc chuyển đổi điện áp đầu ra sang oC cũng

dễ dàng và trực tiếp

- Trở kháng đầu ra nhỏ, đầu ra tuyến tính và hiệu chuẩn chính xác là những đặctính vốn có của LM35, giúp tạo giao tiếp để đọc hoặc điều khiển mạch rất dễdàng

- Điện áp cung cấp cho cảm biến LM35 hoạt động có thể từ +4 V đến 30 V Nótiêu thụ dòng điện khoảng 60μA

- Tất cả các thành viên trong họ LM35 đều hoạt động theo nguyên tắc giốngnhau nhưng khả năng đo nhiệt độ khác nhau và chúng cũng có nhiều kiểuchân khác nhau

 Công thức chuyển đổi điện áp thành nhiệt độ:

- Vì LM35 không có khả năng đọc nhiệt độ trực tiếp mà phải thông qua điện ápnên ta có công thức để chuyển đổi điện áp sang nhiệt độ độ C cho LM35 là:

Nhiệt độ đo được (C) = Điện áp được đọc bởi bộ ADC / 10

mV

- Ta chia cho 10 mV vì độ nhạy của cảm biến LM35 là 10mV

2.3 MODULE L298

2.3.1 Định nghĩa:

- Mạch điều khiển động cơ DC L298 là mạch có khả năng điều khiển 2 động cơ

DC, dòng tối đa 2A mỗi động cơ, mạch tích hợp diod bảo vệ và IC nguồn

7805 giúp cấp nguồn 5VDC cho các module khác (chỉ sử dụng 5V này nếunguồn cấp <12VDC)

-2.3.2 Thông số kĩ thuật

 IC chính: L298 - Dual Full Bridge Driver

Hình 3: Linh kiện L298

 Điện áp đầu vào: 5~30VDC

 Công suất tối đa: 25W 1 cầu (lưu ý công suất = dòng điện x điện áp nên

áp cấp vào càng cao, dòng càng nhỏ, công suất có định 25W)

 Dòng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A

 Mức điện áp logic: Low -0.3V~1.5V, High: 2.3V~Vss

 Power GND chân này là GND của nguồn cấp cho Động cơ

 Nếu dùng Arduino thì nhớ nối với GND của Arduino

 Chân ENA và ENB có tác dụng cho phép động cơ băm xung PWMnhằm mục đích phân chia cấp tốc độ cho động cơ DC

 Gồm có 4 chân Input IN1, IN2, IN3, IN4 Trong đó IN1& IN2 là chânđiều khiển động cơ ngõ ra OUTPUT A, IN3 & IN4 là chân điều khiểnđộng cơ ngõ ra OUTPUT B

 Output A/B: nối với động cơ A/B bạn chú ý chân +, - Nếu bạn nốingược thì động cơ sẽ chạy ngược Và chú ý nếu nối động cơ bước, taphải đấu nối các pha cho phù hợp.

2.3.4 Cơ sở lý thuyết về điều chế độ rộng xung PWM

-Phương pháp điều xung PWM (Pulse Width Modulation) là phương phápđiều chỉnh điện áp ra tải, hay nói cách khác, là phương pháp điều chế dựatrên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông, dẫn đến sự thay đổi điện áp

ra Các PWM khi biến đổi thì có cùng 1 tần số và khác nhau về độ rộng củasườn dương hay sườn âm Vì thế phương pháp này được dùng phổ biếntrong việc tăng hay giảm tốc độ của 1 động cơ DC

-Nguyên lý : Trong khoảng thời gian 0 - t0, ta cho van G mở, toàn bộ điện ápnguồn Ud được đưa ra tải Còn trong khoảng thời gian t0 - T, cho van Gkhóa, cắt nguồn cung cấp cho tải Vì vậy với t0 thay đổi từ 0 cho đến T, ta

sẽ cung cấp toàn bộ , một phần hay khóa hoàn toàn điện áp cung cấp chotải

-Công thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :

 Gọi t1 là thời gian xung ở sườn dương (khóa mở ) còn T là thời giancủa cả sườn âm và dương, Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải Tacó:

Ud = Umax.( t1/T) (V) hay Ud = Umax.D(Với D = t1/T là hệ số điều chỉnh và được tính bằng % tức là

2.4.2 Thông số kĩ thuật & các chân LCD

 Chân số 1 - VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạchđiều khiển.

 Chân số 2 - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5Vcủa mạch điều khiển

 Chân số 3 - VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD

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

 Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bêntrong khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệuchân E

 Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiệncạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở busđến khi nào chân E xuống mức thấp

 Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để traođổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: Chế

độ 8 bit (dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7)

và Chế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bitMSB là DB7)

 Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn nền

 Chân số 16 - K : nguồn âm cho đèn nền

Chú ý: LCD có quá nhiều nhiều chân gây khó khăn trong quá trình đấu nối vàchiếm dụng nhiều chân trên vi điều khiển Module I2C LCD ra đời và giảiquyết vấn để này cho chúng ta