Đồ án môn học vi xử lý và vi điều khiển đề tài thiết kế hệ thống tự động bật đèn cảnh báo khi có âm thanh (project 1)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN  BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG BẬT ĐÈN CẢNH BÁO KHI CÓ ÂM THANH (Project 1) Giáo viên hướng dẫn[.]

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN



BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

VI XỬ LÝ VÀ VI ĐIỀU KHIỂN

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG BẬT ĐÈN CẢNH BÁO

KHI CÓ ÂM THANH (Project 1)

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Bình Nam

Sinh viên thực hiện: Lưu Quang Thái

Bùi Đình Trọng

Hoàng Văn Thái Tuấn

Lớp HP: 20.33

Đà Nẵng,2023

CHƯƠNG 1 :NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG VI ĐIỀU KHIỂN 3

1.1 Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển Pic: 3

1.1.1 Mục tiêu: 3

1.1.2 Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống: 3

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống: 3

CHƯƠNG 2 Tính chọn linh kiện sử dụng trong hệ thống 4

2.1 Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống 4

2.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A 4

2.1.2 Cảm biến âm thanh KY 037 7

2.1.3 Led 7 đoạn 8

2.1.4 Led cảnh báo 8

2.1.5 Điện trở: 9

2.1.6 Transistor: 9

2.1.7 Tụ điện : 10

2.1.8 Thạch anh: 10

2.2 Tính toán linh kiện trong hệ thống 10

2.2.1 Tính điện trở: 10

2.2.2 Tính chọn transistor 11

2.2.3 Tính chọn tụ điện 11

2.2.4 Mạch nguồn 11

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 13

3.1 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÍ 13

3.1.1 Nguồn nguồn nuôi 13

3.1.2 Khối xử lý 13

3.1.3 Khối cảm biến 14

3.1.4 Khối chấp hành 15

3.1.5 Khối hiển thị 15

3.1.6 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống 17

3.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH 18

3.3 CHẠY MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM ỨNG DỤNG PROTEUS: 19

CHƯƠNG 1 :NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG

VI ĐIỀU KHIỂN

1.1 Xây dựng mục tiêu và sơ đồ khối của hệ thống dùng vi điều khiển Pic:

1.1.1 Mục tiêu:

- Hiểu được nguyên lý cấu tạo và hoạt động của vđk Pic16f877a

- Hiểu được cách lập trình vi điều khiển Pic16f877a

- Thiết kế hệ thống cảnh báo âm thanh theo 3 mức bằng 3 đèn xanh,

vàng,đỏ và số lần cảnh báo được hiển thị trên led 7 đoạn

1.1.2 Xây dựng sơ đồ khối của hệ thống:

âm thanh từ môi trường

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống:

Cảm biến âm thanh KY 037 chuyển đổi trực tiếp âm thanh từ môi trường ra điện áp ,ta đưa vào vi diều khiển Pic16f877a.Trong vi điều khiển tích hợp sẵn bộ chuyển đổi tương tự số ADC quy đổi tín hiệu điện áp về dạng nhị phân Qua quá trình xử lí xuất thông tin yêu cầu ra led 7 đoạn và cảnh báo ra 3 đèn ( xanh,vàng,đỏ )

Cảm biến âm

thanh KY037 Vi điều khiểnPic16f877a

Chương trình đk

Đèn báo (xanh,vàng,đỏ)

Hiển thị led 7 đoạn

CHƯƠNG 2 Tính chọn linh kiện sử dụng trong hệ thống2.1 Giới thiệu các linh kiện trong hệ thống

2.1.1 Vi điều khiển PIC16F877A

Hình 2-1 PIC16F877A

Vi điều khiển PIC16F877A có 5 cổng,bắt đầu từ cổng A đến cổng E Nó có

ba bộ định thời trong đó có 2 bộ định thời 8 bit và 1 bộ định thời là 16 Bit

Nó hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp như giao thức nối tiếp, giao thức songsong, giao thức I2C PIC16F877A hỗ trợ cả ngắt chân phần cứng và ngắt bộ

định thời

Hình 2-2 Sơ đồ chân của PIC16F877A

Những đặc tính ngoại vi :

 TIMER: gồm 3 Timer

Timer0: 8-bit định thời/đếm với 8-bit prescaler

Timer1: 16-bit định thời/đếm với presacler, có thể được tang lên trong suốt chế độ sleep qua thạch anh/xung clock bên ngoài

Timer2: 8-bit định thời/đếm với 8-bit prescaler và postscaler

 Hai module Capture,compare,PWM có độ phân giải lớn nhất của PWM là 10 bit

2.1.2 Cảm biến âm thanh KY 037

Cảm biến âm thanh KY-037 được thiết kế gồm 1 micro, 1 bộ so

sánh và 2 ngõ ra: A0: Ngõ ra tương tự, tín hiệu điện áp ngõ ra của

micro D0: khi cường độ âm thanh đạt đến một ngưỡng nhất định,

đầu ra tín hiệu cao/ thấp Ngưỡng có thể điều khiển qua biến trở

trên mạch cảm biến

Hình 2.4 cảm biến âm thanh ky 037Thông số kĩ thuật:

 Mạch sử dụng điện áp 3-15VDC

 Độ nhạy có thể điều chỉnh bằng chiết áp trên mạch

 Ngõ ra tương tự, tín hiệu điện áp ngõ ra của Micro

 Ngõ ra số khi cường độ âm thanh đạt đến một

ngưỡng nhất định, đầu ra tín hiệu cao /thấp.Ngưỡng

có thể điều khiển qua biến trở trên mạch cảm biến độ nhạy cao LED báo nguồn

 Lỗ bắt ốc 3mm

2.1.3 Led 7 đoạn

Hình 2.5 Hình thực tế và sơ đồ chân led 7 đoạn LED 7 đoạn có 2 loại:

● Chung cực dương: Mỗi đèn LED có 2 chân (1 dương 1

âm) Ở loại LED 7 đoạn này tất cả cực dương (Anode) sẽ được nối chung Để làm các đèn LED trong LED 7 đoạn sáng cần cấp cực âm vào các chân của đèn Với loại LED

7 đoạn này chỉ cần 1 điện trở là để giới hạn dòng vào chân chung.

Chung cực âm: Tương tự nhưng ngược lại và cần 8 điện trở cho các chân dương của LED.

Thông số hoạt động cua led 7 đoạn:

-Điện áp rơi trên LED là 2.2V -Dòng tối đa chạy qua mỗi LED là 25mA -Dòng chạy bình thường: 10mA.

2.1.4 Led cảnh báo

Ở đây để hiển thị cảnh báo cho người dùng ta sủ dụng led đơn 5mm Led đơn hay còn gọi là diode phát quát quang với các thông số

Transistor hay tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ

động, thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại

hoặc một khóa điện tử.

Cũng giống như điốt, transistor được tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được một PNP

Transistor Khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một NPN Transistor.

2.1.7 Tụ điện :

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rộngrãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao

động.

Hình 2.10 Hình thực tế tụ điện

2.1.8 Thạch anh:

Tạo ra khối dao động, để cấp xung nhịp cho vi điều khiển

Thạch anh ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nên tần số dao động đượctạo ra thưởng rất chính xác và ổn định vì vậy thông thường người tahay sử dụng mạch tạo dao động thạch anh thay vì dùng mạch tạodao động RC

Tần số dao dộng được ghi tên lưng của thạch anh, các tần số daođộng thạch anh thường được sử dụng1MHz ,2MHz ,4MHz ,8MHz ,16MHz ,…

2.2 Tính toán linh kiện trong hệ thống

2.2.1 Tính điện trở:

Điện trở qua led 7 đoạn đôiDòng cho mỗi led trong modul led 7 đoạn là 10mA Dòng cho mỗi led 7 đoạn là10x8=80mA=Ic1=Ic2

I b1 =I b2= 3Ic β =1,3mA

RC=

52Ω Chọn R2=R3=50Ω

RB=

=3307Ω ChọnR1=R4=3300Ω

Chọn điện trở kéo lên cho nút nhấn bằng 10000Ω

Trở của led cảnh báo

+ Dòng điện để led báo có độ sáng phù hợp cho mắt người là khoảng 20mA

2.2.4 Mạch nguồn

Chọn modul hạ áp LM2596 có điện áp vào từ 30V, điện áp ra 3-30v, dòng tối đa 3A để ổn định điện áp cho hệ thống;

6-Sử dụng diode 1N5408 và jack DC để cấp nguồn nhằm chống đáu ngược nguồn bảo vệ các thiết bị

Module hạ áp LM259

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÍ

3.1.1 Nguồn nguồn nuôi

Mạch nguồn cấp vào hệ thống :

Chọn modul hạ áp LM2596 có điện áp vào từ 6-30V, điện

áp ra 3-30v, dòng tối đa 3A để ổn định điện áp cho hệ

thống;

Sử dụng diode 1N5408 và jack DC để cấp nguồn nhằm chống

đáu ngược nguồn bảo vệ các thiết bị

3.1.2 Khối xử lý

Vi xử lý muốn hoạt động được cần có một nguồn tạo dao

động Mặc định VXL PIC18F4520 sử dụng bộ tạo dao động

nội, ngoài ra có thể sử dụng nguồn tạo dao động ngoại bằng

cách đưa vào các chân OSC1/RA7 và OSC2/RA6

Chọn mạch dao động thạch anh: Lựa chọn thạch anh

20MHz được mắc như hình vẽ dưới với 2 tụ C1 và C2 có

giá trị lần lượt là C1 = C2 = 15pF

Thông số lựa chọn linh kiện cho mạch dao động được cung cấp bởinhà sản xuất:

Hình 3.2 Thông số linh kiện

Hình 3.3 sơ đồ mạch tao động của pic

3.1.3 Khối cảm biến

Hình 3.4 Sơ đồ nối dây KY037 vào

PIC

+Ta chọn bộ ADC 10 bit có VEF=5V=5000mV

3.1.4 Khối chấp hành

Khối chấp hành: Khối chấp hành ở đây được xem như là các thiết bị chấp hành được điều khiển bởi vi điều khiển gồm 3 LED dùng cảnh báo các mức nhiệt độ cho người dùng

Hình 3.5 Led cảnh báo

3.1.5 Khối hiển thị

Phương pháp quét LED:

- Mắt người sẽ không phân biệt được sự nhấp nháy của một hình ảnh nếu tần suất nhấp nháy đó cỡ vào khoảng 24

hình/giây (thời gian hiển thị 1 ảnh là : )

-Hiển thị dữ liệu sử dụng phương pháp quét LED là phươngpháp mà tại mỗi thời điểm dữ liệu được truyền đến các LEDnhưng chỉ có một LED được sáng, các LED còn lại sẽ tắt và lần lượt bật LED kế tiếp

- Để hình ảnh không bị nhấp nháy và bị mờ ta cần tính

toán khoảng thời gian bật/tắt cho một LED: khi sử dụng

2 LED 7 đoạn , chọn tần suất hiển thị là 30 hình/giâythì thời gian để hiển thị 1 số có 2 chữ số là: Vậy thời gian sáng và tắt của mỗi LED là =16ms

Hình 3.6 Sơ đồ khối hiển thị

3.1.6 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống

Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống

3.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH

3.3 CHẠY MÔ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM

unsigned int16 value;

unsigned char chuc,donvi,lando,dem,ketqua;

const unsigned char

output_high(PIN_D6);output_low(PIN_D5);output_low(PIN_D7);}

else

{

output_high(PIN_D7);output_low(PIN_D6);output_low(PIN_D5);dem=dem++;

}

}

}