ổn định nhiệt độ lò ấp trứng

Là sinh viên của nghành đo lường điều khiên nhóm mong muốn tạo ra một hệ thống tự động áp dụng trong chăn nuôi .Chúng em đặt bài toán với một lò ấp trứng gia cầm.Người ta thường cho trứn

NGUYEN VAN BINH

TU THI VAN ANH Lớp : K43DDK

Giáo viên hướng dẫn : NGUYÊN TUẦN LINH

Biennguyen43ddk@gmail.com

Thai Nguyén — 2011

Thái Nguyên, Ngày Thang Năm 201]

Giáo viên hướng dẫn

(Ký ghi rõ họ tên)

Nhận xét của giáo viên châm

Thái Nguyên, Ngày Thang Năm 20

Giáo viên chấm

(Ký ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

vv Thiét ké hé thong 6n dịnh nhiệt độ lò ấp trứng

LOI NOI DAU:

Thế kỷ 21 mở ra một thời đại mới , thời đại khoa học công nghệ đòi hỏi con người luôn luôn không ngừng tìm tòi học tập để tiên bộ Với sự nhảy vọt của khoa học, kỹ thuật điện tử là nghành mới phát triển chỉ trong thời gian ngắn

nó đã đạt được những thành tựu to lớn ở hầu hết các lĩnh vực khác nhau

trong đời sống xã hội

Thiết bị và công nghệ luôn được đổi mới tiên tiễn hiện đại để góp phan

nâng cao chất lượng cũng như các máy móc thiết bị hoạt động có hiệu quả ,

an toàn ôn định Ngày nay các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là

trong kỹ thuật tự động hóa và điều khiến từ xa

Giờ đây với nhu cầu chuyên dụng hóa, tôi ưu (thời gian ,không gian ,giá thành) bảo mật, tính chủ động trong công việc ngày càng đòi hỏi khắt

khe.việc đưa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp

ứng những nhu cầu trên là hoàn toàn cập thiết mang tính thực té cao

Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sông và còn

nhiều lĩnh vực khác nữa So với kỹ thuật sô thì kỹ thuật vi điều khiến nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để

điều khiên nên rất tiện dụng và cơ động Với tính ưu việt của vi điều khiến

thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, chúng em chỉ dùng vdk để đo và khống chế

nhiệt độ, đồng thời cho hiến thị lên LCD

Đồ án môn học được thực hiện bằng các kiến thức đã học ,một số sách

tham khảo và một số nguôn tài liệu khác Tuy nhiên do thời gian và trình độ

có hạn nên chúng em không thể tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy rất mong

được sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến của thay cô và các bạn để nhóm có thé

hoàn thành đồ án của mình một cách tốt nhất

Chúng em xin trần thành cảm ơn

Nhóm thực hiện đề tài: NGUYEN VAN BIEN

NGUYÊN VĂN BÌNH

TU THI VAN ANH

CHUONG I: PHAN TICH HE THONG

1.1 DAT VAN DE

Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật đang tác động đến các lĩnh

vực ,đặc biệt là lĩnh vực điện tử đã tạo ra bước nhảy vọt vượt bậc trong

nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Ngay cả trong trồng trọt ,chăn nuôi cũng được áp dụng khoa học công nghệ để đạt năng suất cao nhất

Là sinh viên của nghành đo lường điều khiên nhóm mong muốn tạo ra một

hệ thống tự động áp dụng trong chăn nuôi Chúng em đặt bài toán với một lò

ấp trứng gia cầm.Người ta thường cho trứng âp ở nhiệt độ cô định cho

phép Tuy nhiên nhiệt độ trong lò luôn thay đổi và phụ thuộc vào nhiệt độ

môi trường Vì vậy chúng em mong muôn được nghiên cứu thiết kế ra hệ thong 6 ôn định nhiệt độ lò â ấp trứng nhằm tự động do va hiển thị nhiệt độ của

môi trường một thời điểm bất kỳ trong khoảng từ 0 đến 100 độ C Và ổn

định khi nhiệt độ của môi trường không nằm trong một khoảng nhiệt độ nào

đó mà ta đã chọn.

1.2 GIOI THIEU HE THONG LO AP TRUNG TREN THI

TRUONG

1.2.1 Nguyên lý hoạt động của các máy ấp trướng trên thị trường

- Các máy ấp trứng hoạt động tự động 100% được điều khiển bởi một module điều khiển chính Module này nhận thông tin từ module cảm biến nhiệt , sau đó phát tín hiệu điều khiển module cấp nhiệt ngoài ra máy ấp trứng còn có thêm module đặt nhiệt độ ấp trứng, thời gian ấp

trứng

- Một số máy âp trứng sau :

a Mẫy ñ ấp trứng GTL -1000

- Máy âp trứng GIL -1000 : tự động hoản toàn 100% , cong xuất tôi đa

1000 trứng, đảo trứng tự động (chế độ hẹn giờ), phun ẩm và nhiệt độ tuỳ chình tự động đóng khi quá con số quy định

- Điện áp : 220V AC

- Công suất tiêu thụ: 10kw/1 kỳ ấp Kết cầu :

- Phun 4m : Tuy chỉnh , tự động dong ngắt khi quá % quy định

- Hệ thông cung cấp nhiệt : bóng nhiệt halozen chuyên dùng cho ấp trứng

- Đảo Trứng : Tự chọn hẹn giờ từ 30 Phút - 120 Giờ

- Nhiệt độ được điều khiễn tự động,ồn định bằng vi xử lý

- Tao d6 4m tự động

- Đảo trứng tự động (có thể tưỳ chọn thời gian đáo từ 1 giờ - 120 giò)

- Có thê ấp theo chế độ đa kỳ

(mỗi tuần vào trứng một lần) hoặc đơn kỳ

1.3 PHAN TICH BAI TOAN VA CAC GIAI PHAP

1.3.1 Chức năng của đề tai:

+) Đo và hiến thị nhiệt độ của môi trường một thời điểm bất kỳ trong khoảng từ 0 đến 100

+) 6n định khi nhiệt độ của môi trường không nằm trong một khoảng

nhiệt độ nào đó mà ta đã chọn

1.3.2.các yêu cầu cụ thể cho hệ thống sẽ thiết kế :

+ Ðo nhiệt độ của lò ấp trứng

+ Ðo nhiệt độ từ o đến 100 độ C

+ có thê cài đặt nhiệt độ theo yêu cầu

+ Làm việc với điện áp 220v/50 HZ

+ Dùng sensor cảm ứng nhiệt

+ Senser gửi về tín hiệu điện áp

+ Khi nhiệt độ tắng cao quá một giới hạn nào đó thì tắt cấp nhiệt

+ Khi nhiệt độ giảm thấp quá một giới hạn nào đó thì bật cấp nhiệt

+Hệ thống làm việc được khi mắt điện lưới (có nguồn dự trữ)

1.3.3 giải pháp lựa chọn đề tài:

a các tiêu chuẩn lựa chọn bộ vi điều khiển

Tiêu chuẩn đầu tiên và trước hết trong lựa chọn một bộ vi điều khiến là nó

phải đáp ứng nhu cầu bài toán về mặt công suất tỉnh toán,giá thành và hiệu quả.Trong khi phân tích các nhu cầu của một dự án trên bộ vi điều

khiển „chung fa phải biết trước hết la các bộ vi điều khiển nào là 8 bít, 16 bit,

32 bit có thê đáp ứng tốt nhất nhu cầu tính toán của bài toán một cách hiệu quả nhất

*)Những tiêu chuẩn được đua ra để cân nhắc là:

+)Tốc độ : tốc độ lớn nhất mà bộ vi điều khiển hỗ trợ là bao nhiêu

+)Kiêu đóng vỏ:đó là kiểu 40 chân DIP hay QFP hay la kiéu dong vo khac.Day la diéu quan trong đối với yêu cầu về không gian,kiêu lắp giáp và

tạo mâu thử cho sản phẩm cuối cùng

+)công suất tiêu thụ: điều này đặc biệt khắc khe với những sản phẩm dung pin,ac quy

+)dung lượng bộ nhớ rom và ram trên chip

+)khả năng nâng cấp cho hiệu suât cao hoặc giảm công suất tiêu thụ

+)giá thành cho một đơn vị:điều này quan trọng quết định giá thành cuối

cùng của sản phẩm mà một bộ vi điều khiển được sử dụng

b Lựa chọn thiết bị:

Qua tìm hiểu, tham khảo một số tài liệu trên internet, nhóm chúng em đã

quyết định lụa chọn bộ vi điều khiển PIC16F877A, cảm biến nhiệt độ

LM335 bởi nó đáp ứng tốt nhất các yêu câu của đề tài Cụ thê là:

+)Các thiết bị này có sẵn trên thị trường ,giá thành rẻ,đảm bảo độ tin cậy làm

việc,độ chính xác,tính liên tục khi làm việc,đáp ứng được công suất tỉnh toán

+)Có sẵn các công cụ phát triển phần mềm chăng hạn như trình biên dịch CCS

+) Nguồn các bộ vi sử lý có sẵn nhiễu và tin cậy

CHUONG 2 : THIET KE HE THONG

2.1 SO DO MO HINH TONG QUAT HE THONG

2.2 SƠ ĐÔ CALL GRAPH

2.4 CAC MODULE TRONG HE THONG

2.4.1 Module diéu khién

- Là trung tâm, là bộ não của toàn bộ hệ thông

- Module này điều khiển mọi hoạt động của hệ thông

- Đầu vào là dạng điện áp nhận được từ module cảm biến

- Đầu ra là tín hiệu dạng số đề cho phép đóng, ngắt module cap

nhiệt (hoặc có thê là dạng tín hiệu tương tự)

- Module này có vai trò đặc biệt quan trọng

2.4.2 Module cài đặt

- Module cài đặt cho phép cài đặt , điều chỉnh nhiệt độ đặt nhất

định nào đó

- Module cho phép tăng ,giảm nhiệt độ đặt bằng các phím bâm

- Nhiệt độ sau khi cài đặt được được hiển thi 1én module hién

thị

2.4.3 Module hién thi

- Module nay lam tăng khả năng giao tiếp của hệ thống với người sử dụng

- Mọi thông tin về nhiệt độ được hiển thị cho người sử dụng quan sát như : nhiệt độ đặt, nhiệt độ môi trường , thông báo

- Thông tin cần hiển thị được cấp bởi module diéu khién hay 1a

nhận tín hiệu vào từ module điều khiển

2.4.4 Module cap nhiét

- Module cấp nhiệt tạo ra nhiệt cho hệ thống đề Ap tring

- Đầu vào của module nay 1a dién ap

- Đầu ra của module là nhiệt cấp cho hệ thống

- Module này quyết định chất lượng sản phẩm

2.4.5 module khối nguồn

- Hé thống muốn hoạt động được thì phảo có module này, từ

đó cũng nói lên vai tro quan trong cua no

- PAu vào của module là điện áp

- Đầu ra của module cũng là điện áp dé cấp cho toàn bộ hệ thống hoạt động

2.4.6 Module cam bién

- Module nay quyết định tới độ chính xác của hệ thống

- Hệ thông muốn hoạt động chính xác thì thông tin của module này phải đám bảo chính xác , ít sai số

- Dau vao cia module là nhiệt độ

-_ Đầu ra của module là điện áp cấp cho module diéu khién

2.5 LUA CHON LINH KIEN DUNG TRONG HE THONG

2.5.1 Cảm biến nhiét LM35

IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dưới dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ, tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ

lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đỗi Đo tín hiệu điện ta biết được giá trị của nhiệt độ cần đo Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do và các

lỗ trỗng trong chất bán dẫn Bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các

electron thành dạng tự do di chuyên qua vùng cấu trúc mạng tinh thê tạo sự xuất hiện các lỗ trống Làm cho tỷ lệ điện tử tự do và lỗ trồng tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ

® Calibrated directly in * Celsius (Centigrade)

at ® Linear + 10.0 mV/'C scale factor

(WTO 201) 8 05°C accuracy guaranfeeable (at +25 C)

| | ® Rated for full -55° to +150°C range

® Suitable for remote applications

Qs t0.0 av/*t ® Low cost due to wafer-level trimming m" 8 Operale Írom 4 lo 30 volls

= § Les$ than 60 yA current drain

TÊN 8 L0w self-heating, 0.08°C in still air FIGURE 1, Basic Centigrade Temperature Sensor ® Nonlinearity only +'4’C typical

(#20 to + (| ® Low impedance output, 0.1 0 for 1 mA load

TO-220

Plastic Package*

O

LM 351T

"Tab is connected to the negative pin (GND)

Note: The LM35SOH7T pinout is differant than the discontinued LM3SDP

B Cấu trúc tổng quát PIC16F877A gồm:

- 8 K Flash ROM

¢ 368 bytes RAM

¢ 256 bytes EEPROM

¢ 5 Port I/O (A, B, C, D, B), ngé vao/ra với tín hiệu điều khiển độc lập

¢ 2 bộ dinh thoi 8 bit Timer 0 va Timer 2

° I bộ định thời 16 bit Timer 1, CÓ thê hoạt động trong cả chế độ tiết kiệm

năng lượng (Sleep Mode) với nguôn xung clock ngoài

* 2 b6 CCP, Capture/Compare/PWM - tạm gọi là: Bắt giữ / So sánh / Điều

Biên xung

‹ 1 bộ biến đổi tương tự - số (ADC) 10 bit, 8 ngõ vào

» 2 bộ so sánh tương tự (Comparator)

¢ 1 bd dinh thoi giam sat (WDT - Watch Dog Timer)

¢ 1 céng song song ( Parallel Port ) 8 bit với các tín hiệu điều khiển

¢ 1 céng ndi tiếp ( Serial Port )

¢ 15 nguén ngat (Interrupt)

‹ Chế độ tiết kiệm năng lượng (Sleep Mode)

-_ Nạp chương trình băng công nối tiếp ICSPTM (In-Circuit Serial Programing)

° Nguồn dao động lập trình được tạo băng công nghệ CMOS

‹ 35 tập lệnh có độ dài 14 bịt

- Tần số hoạt động tối đa là 20 MHz

* Câu trúc phần cứng PIC16F877A:

PIC là một vi điều khiễn với kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4

chu kỳ của bộ dao động)

PIC16F877A là họ vi điều khiển có 40 chân, mỗi chân có một chức năng khác

nhau Trong đó có một số chân đa công dụng (đa hợp), mỗi chân có thể hoạt

động như một đường xuất/nhập (1O) độc lập hoặc là một chức năng đặc biệt

dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi

Hình Sơ đồ khối của vi điều khién PIC16F877A

C TỎ CHỨC BỘ NHỚ

Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PICI6F877A bao gồm bộ nhớ ( Program

memory) và bộ nhớ đữ liệu ( Data memory)

a Bộ nhớ chương trình:

Bộ nhớ chương trình của vi điều khiển PIC16F877A là bộ nhớ flash, dung lượng bộ nhớ 8K word ( 1 word = 14 bit) và được phân thành nhiều trang

( từ page 0 đến page 3) Như vậy bộ nhớ chương trình có khả năng chứa

được 8*1024=8192 lệnh ( vì một lệnh sau khi mã hóa sẽ có dung lượng một

word( 14 bits)

Đề mã hóa được địa chỉ của 8K word bộ nhớ chương trình, bộ đếm chương

trình có dung lượng 13 bit( PC<12:0>)

Khi vi điều khiển được reset, bộ đếm chương trình sẽ chỉ đến địa chỉ 000h

( Reset vector) Khi có ngắt xảy ra, bộ đêm chương trình sé chỉ đên địa chi 0004h ( Interrupt vector)

Bộ nhớ chương trình không bao gồm bộ nhớ stack và không được địa chỉ

hóa bởi bộ đêm chương trình Bộ nhớ stack sẽ được đề cập cụ thê ở phân

sau

b Bộ nhớ dữ liệu

Bộ nhớ đữ liệu của PIC là bộ nhớ BEPROM được chia ra làm nhiéu bank

Đối với PIC16F877A bộ nhớ dữ liệu được chia ra làm bốn bank Mỗi bank

có dung lượng 128 bytes, bao gồm các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFG ( Special Function Register) nằm ở các vùng địa chỉ thấp và các thanh ghi

mục đích chung GPR ( General Purpose Register) năm ở vùng địa chỉ còn

lai trong bank Cac thanh ghi SFR thường xuyên được sử dụng ( ví dụ như thanh ghi STATUS) sẽ được đặt ở tất cả các bank của bộ nhớ dữ liệu giúp

thuận tiện trong quá trình truy xuất và làm giảm bớt lệnh của chương trình

Fite Fite Fite roe cream Band here 1m dress AAdtress indrenm aadr ll?) oom erchrect wcicis TI Bon incerenct acct C7} t Ci Iroziite=-f œcixir L% 1 8m FMR | tn OFPTot REG Ath | TRG ton CP TOM REG! 181m

PCL | ươm Po B2n rol " tơ Pˆ.CL | 2P Stratus | tran [ =sTrara= Hiền STATES tt STATS 13m For | mạn | esr 83h FSR ir FS:Fe | Teen

PORT B | eh T#t ¡=1 Hân PORTE ? nœe= TRISB 16h

ronnie | Fs re mm" ~~ tDrr i 1=7m

Poet o | kn Ỉ TRiS Soi 1 fie Ñ + ner Ề ie

PoOeTEeE™ | oar TRese 1à Beh § 20cm 18m eCLATH | ra#d¬ | Pci Tea Lan PCLATH tiwh I PoLATH 1 aun

#fTrC<e¬rt one MT So ARB Ỉ tr re“ tei' IhạT = an sor

EiE + och Fie acr EEDnzarn tc | EEC tan 4 | 1e.—n

Pine | oon PIEz nữ | EEADR 9 an EECCmi2 1 Bá TMP PL | 'Eh Poon HE" | EEDATH th i =——— M—

The TH | Qh , |) Fn EE»nk tư" Reser?! i 186

Tins | 1h | 55F00nNs tr 11h 4 3E L8 | 12m Ea” 2h tin 1 2)

$5 FHhLr£ | 1h Sino aan 13h 1 Sen

| 14 | SSPSTAT teats +1-4f—i 1 ¬

1n th lãm Ghee rene c2

| Tiên Tre Ban 18 Fở œ[aq£zte+ ons

1” Sar eee tnh 12 6 Royhss 1 8

Ì 1¬ | San 1 1A 4 oe

Ì 40g | | oon 11 ein 1S

1h “EM CỔC HH Cr Poh ‘Sch

Se | 1h CCvFeCicam abr t1mn 1 S€>©

Aen 1PFh ADS 1 E.ETn | teh ish

noes FOm Coens tz0n men Por

"Oh-7tPh mi n-rrt un en

ke Limntrmn plerrenied! clate coernory kocceteores, need oe

Pert a Grw ri SE reecpeerher

Note 1 Three oogishers am mot fooobermenéed om fhe PRO IBF ATA

} a Ttư—sar regisicrs ae reseed maaentiae Toes oer gisbor orar

Hình 13 Sơ đồ bộ nhớ dữ liệu PIC16E877A

D Các công xuất nhập dữ liệu của PIC16F877A

Công xuất nhập (q/O porf) chính là phương tign ma vi điều khiển dùng để

tương tác với thế giới bên ngoài Sự tương tác này rất đa dạng và thông qua quá trình tương tác đó, chức năng của vi điều khiển được thể hiện một cách

rõ ràng

Một công xuất nhập của vi điều khiển bao gom nhiéu chan ( I/O pin), tuy theo cach bé tri va chức nang cua vi điều khiến mà số lượng công xuất nhập thông thường, một số chân xuất nhập còn có thêm chức năng khác để thê

hiện sự tác động của các đặc tính nêu trên đối với thế giới bên ngoài Chức

năng của từng chân xuất nhập trong mỗi công hoàn toàn có thể được xác lập

và điều khiển được thông qua các thanh ghi SFR liên quan đến chân xuất nhập đó