Đề tài thiết kế mạch đo nhiệt độ, hiển thị lên lcd và điều khiển đèn 24vdc cảnh báo quá nhiệt

Em chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án cơ điện tử 1.. Đặt vấn đề: Ngày nay cùng v

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC CNTP TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc.

-✩ -Khoa: CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

Bộ Môn: ĐỒ ÁN CƠ ĐIỆNTỬ

4 Nhiệm vụ (Yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

5 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/08/2021

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/12/2021

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn Khoa Công Nghệ Cơ Khí, Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập và thực hiện đồ án cơ điện tử 1 này

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Đinh Lê Cao Kỳ đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong quá trình thực hiện đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Công Nghệ Cơ Khí đãtận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong năm qua

Em chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án cơ điện tử 1

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề:

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin.Khoa học kỹ thuật phát triển, con người đã biết áp dụng những tiến bộ đó

để làm ra những hệ thống tự hành, những thiết bị có khả năng xử lý chính xác

cao… Các thành tựu này được đem vào phục vụ đời sống hàng ngày và các dây chuyền công nghiệp.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu về PIC 16F887:

2.1.1 Tổng quan về PIC 16F887:

PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General_Instrument PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” (Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General Instruments đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650 Lúc này, PIC

1650 được dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy, người ta cũng gọi PIC với tên “Peripheral Interface Controller” (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) CP1600 là một CPU tốt, nhưng lại kém về các hoạt động xuất nhập, và vì vậy PIC 8-bit được phát triển vào khoảng năm 1975 để hỗ trợ hoạt động xuất nhập cho CP1600 PIC sử dụng microcode đơn giản đặt trong ROM, và mặc dù, cụm từ RISC chưa được sử dụng thời bấy giờ, nhưng PIC thực sự là một vi điều khiểnvới kiến trúc RISC, chạy một lệnh một chu kỳ máy (4 chu kỳ của bộ dao động) Năm

1985 General Instruments bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới hủy bỏ hầu hết các dự án lúc đó quá lỗi thời Tuy nhiên, PIC được bổ sung EPROM để tạo thành 1 bộ điều khiển vào ra khả trình Ngày nay rất nhiều dòng PIC được xuất xưởng với hàng loạt các module ngoại vi tích hợp sẵn (như USART, PWM, ADC…), với bộ nhớ chương trình từ 512 Word đến 32K Word

Một số đặc tính của Vi điều khiển PIC:

Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưngchúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :

+ 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến truc Harvard có sửa đổi

+ Flash và ROM có thể tuỳ chọn từ 256 byte đến 256 Kbyte

+ Các cổng Xuất/ Nhập (I/ O) (mức logic thường từ 0V đến 5.5V, ứng với logic 0 và logic 1)

+ 8/16 bit Timer

+ Các chuẩn giao tiếp nối tiếp đồng bộ/ khung đồng bộ USART

+ Bộ chuyển đổi ADC Analog-to-digital converters, 10/12 bit

+ Bộ so sánh điện áp (Voltage Comparator)

+ Các module Capture/ Compare/ PWM

+ LCD

+ MSSP Peripheral dựng cho các giao tiếp I2C, SPI

+ Bộ nhớ nội EPROM – có thể ghi/ xoá lớn tới 1 triệu lần

+ Module Điều khiển động cơ, đọc encoder

+ Hỗ trợ giao tiếp USB

- Hỗ trợ giao tiếp CAN

- Hỗ trợ giao tiếp LIN

- Hỗ trợ giao tiếp IrDA

+ Một số dòng có tích hợp bộ RF (PIC16f639, và RFPIC) KEELOQ mờ hoá

- DC 20MHz ngõ vào xung clock.

- DC 200ns chu kỳ lệnh

+ Độ rộng của bộ nhớ chương trình Flash là 8K x 14word, của bộ nhớ dữ liệu (RAM) là 368 x 8bytes, của bộ nhớ dữ liệu là EPROM (RAM) là 256 x 8bytes

Những đặc tính ngoại vi:

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

+ Timer1 : 16- bit định thời/ đếm với prescaler, có thể được tăng 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 v+ Hai module Capture, Compare, PWM.Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns, Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns, độ phân giải lớn nhất của PWM là 10bit Có 13 ngõ I/O có thể điều khiển trực tiếp

+ Dòng vào và dòng ra lớn :

- 25mA dòng vào cho mỗi chân

- 20mA dòng ra cho mỗi chân

Đặc điểm về tương tự:

+ 10 bit, với 8 kênh của bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D)

+ Brown – out Reset (BOR)

+ Module so sánh về tương tự

+ Hai bộ so sánh tương tự

+ Module điện áp chuẩn VREF có thể lập trình trên PIC

+ Có thể lập trình ngõ ra vào đến từ những ngõ vào của PIC và trên điện áp bên trong

+ Những ngõ ra của bộ so sánh có thể sử dụng cho bên ngoài.

Các đặc điểm đặc biệt :

+ Có thể ghi/ xoá 100.000 lần với kiểu bộ nhớ chương trình Enhanced Flash.+ 1.000.000 ghi/ xoá với kiểu bộ nhớ EPROM

+ EPROM có thể lưu trữ dữ liệu hơn 40 năm

+ Có thể tự lập trình lại dưới sự điều khiển của phần mềm

+ Mạch lập trình nối tiếp qua 2 chân

+ Nguồn đơn 5V cấp cho mạch lập trình nối tiếp

+ Watchdog Timer (WDT) với bộ dao động RC tích hợp sẵn trên Chip cho hoạt động đáng tin cậy

+ Năng lượng thấp, tốc độ cao Flash/ công nghệ EPROM

+ Việc thiết kế hoàn toàn tĩnh -Khoảng điện áp hoạt động từ 2V đến 5.5V+ Tiêu tốn năng lượng thấp

Giới thiệu về PIC16F8XX và PIC16F877A PIC16F8X

Là nhóm PIC trong họ PIC16XX của họ Vi điều khiển 8-bit, tiêu hao năng lượng thấp, đáp ứng nhanh, chế tạo theo công nghệ CMOS, chống tĩnh điện tuyệt đối Nhóm bao gồm các thiết bị sau:

+ PIC16F83

kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh chương trình mất 2 chu kỳ lệnh Chỉ có 35 lệnh và

1 lượng lớn các thanh ghi cho phép đáp ứng cao trong ứng dụng

Họ PIC16F8X có nhiều tính năng đặc biệt làm giảm thiểu các thiết bị ngoại vi,

vì vậy kinh tế cao, có hệ thống nổi bật đáng tin cậy và sự tiêu thụ năng lượng thấp Ở đây có 4 sự lựa chọn bộ dao dộng và chỉ có 1 chân kết nối bộ dao động RC nên có giảipháp tiết kiệm cao Chế độ SLEEP tiết kiệm nguồn và có thể được đánh thức bởi các nguồn reset

PIC16F877A có 40/44 chân với sự phân chia cấu trúc như sau :

+ Có 5 port xuất/nhập

+ Có 8 kênh chuyển đổi A/D 10-bit

+ Có 2 bộ PWM

+ Có 3 bộ định thời: Timer0, timer1 và timer2

+ Có giao tiếp truyền nối tiếp: chuẩn RS 232, I2C…

+ Có giao tiếp LCD

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola 68HC, AVR, ARM, Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môi trường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốn kiến thức

và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau:

Họ vi điều khiển này có thể tìm mua dễ dàng tại thị trường Việt Nam Giá thành không quá đắt

Có đầy đủ các tính năng của một vi điều khiển khi hoạt động độc lập.

Là một sự bổ sung rất tốt về kiến thức cũng như về ứng dụng cho họ vi điều khiển mang tính truyền thống: họ vi điều khiển 8051

Số lượng người sử dụng họ vi điều khiển PIC Hiện nay tại Việt Nam cũng như trên thế giới, họ vi điều khiển này được sử dụng khá rộng rãi Điều này tạo nhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tài liệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, học tập, dễ dàng tìmđược sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,…

Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạp chương trình

từ đơn giản đến phức tạp,…

Các tính năng đa dạng của vi điều khiển PIC, và các tính năng này không ngừng được phát triển

2.1.2 Sơ đồ chân của PIC 16F877A:

Hình 2 2: Sơ đồ chân của PIC 16F887

Chức năng của các chân:

PORT A:

Chân RA0/AN0: có 2 chức năng

+ RA0: Xuất/nhập số

+ AN0: Ngõ và tương tự

Chân RA1/AN1: có 2 chức năng

+ RA1: Xuất/nhập số

+ AN1: Ngõ vào tương tự

Chân RA2/AN2/VREF/CVREF: có 4 chức năng+ RA2: Xuất/nhập số

+ AN2: Ngõ vào tương tự

+ VREF: Ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/DChân RA3/AN3/VREF+: có 3 chức năng

+ RA3: Xuất/nhập số

+ AN3: Ngõ vào tương tự

+ VREF+: Ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/DChân RA4/TOCKI/C1OUT: có 3 chức năng

+ SS: Ngõ vào chọn lựa SPI phụ

Chân RE0/RD/AN5: có 3 chức năng

+ RE0: Xuất/nhập số

+ RD: Điều khiển viêc đọc ở port nhánh song song

+ AN5: Ngõ vào tương tự

Chân RE1/WR/AN6: có 3 chức năng

+ RE1: Xuất/nhập số

+ WR: Điều khiển việc ghi ở port nhánh song song

+ AN6: Ngõ vào tương tự

Chân RE2/CS/AN7: có 3 chức năng

+ RE2: Xuất/nhập số

+ CS: Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song

+ AN7: Ngõ vào tương tự

Chân VDD: có 1 chức năng là chân nguồn của PIC

Chân VSS: có 1 chức năng là chân nối đất

Chân OSC/CLKI: có 2 chức năng, ngõ vào dao động hoặc xung clock bên ngoài

+ OSC1 : Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài Ngõ vào Schmit trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC ; một cách khác của CMOS

+ CLKI : Ngõ vào nguồn xung bên ngoài Luôn được kết hợp với chứcnăng OSC1

Chân OSC2/CLKO: có 2 chức năng, ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock

+ OSC2 : Ngõ ra dao động thạch anh Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng hưởng.

+ CLKO : ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần số của OSC1 và chỉ ratốc độ của chu kỳ lệnh

+ T1OCO: Ngõ vào bộ dao động timer1

+ T2CKI: Ngõ vào xung clock bên ngoài timer1

Chân RC1/T1OSI/CCP2: có 3 chức năng

+ RC1: Xuất/nhập số

+ T1OSI: Ngõ vào bộ dao động timer1

+ CCP2: Ngõ vào Capture 2, ngõ ra compare 2, ngõ ra PWM2Chân RC2/CCP1: có 2 chức năng

+ SCL: Ngõ vào xung clock nối tiếp đồng bộ/ ngõ ra của chế độ I2CChân RC4/SDI/SDA: có 3 chức năng

+ RC4: xuất/nhập số

+ SDI: Dữ liệu vào SPI

+ SDA: Xuất/nhập dữ liệu I2C

Chân RC5/SDO: có 2 chức năng

+ PSP1: dữ liệu port nhánh song songChân RD2/PSP2: có 2 chức năng

bị biến dạng Ngược lại, khi tạo sức ép vào 2 bề mặt đó, nó sẽ phát ra điện áp.

Tần số cộng hưởng của Thạch anh tùy thuộc vào hình dáng và kích thước của

nó Tần số của thạch anh 2 chân 20M có trị số khá bền vững, hầu như rất ít bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường bên ngoài Ngoài ra, hệ số phẩm chất của mạch cộng hưởng rất lớn, nên tổn hao rất thấp

Hình 2 4: Thạch anh

Các mạch Dao động Thạch anh: cho ra tần số rất ổn định, sử dụng rất nhiều trong các đồng hồ điện tử (như đồng hồ đeo tay, đồng hồ để bàn ), trong các thiết bị đo lường điện tử (tạo xung chuẩn), trong mạch đồng bộ màu của TV, VCR, trong các thiết bị tin học (máy vi tính, các thiết bị nối với máy vi tính), trong các nhạc

cụ điện tử như Piano điện, organ

Mạch lọc tích cực dùng Thạch anh: sử dụng nhiều trong các mạch khuếch đại trung tần của các máy thu thông tin liên lạc, TV, Radio

2.5 Điện trở:

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ Một vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở vô cùng lớn

Bảng 2 5: Bảng trị số điện trở 1k (102)

2.9 RELAY 5V-10a 220V

2.10 Transitor

2.11 Jake Domino

2.12 DHT22

2.13.LM35

2.14.Loa 5v

2.15 Opto 817

2.16.Led 5v

2.17 Diode

2.18 Tụ 22Pf

2.19 LM2596

2.20.Mạch phíp đồng

2.21 Xi lanh điện

2.22 Nguồn 12V.

2.23 Nguồn 24V

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM3.2.1 Chương trình CCS :

#INCLUDE <16F887.H> // vi dieu khien dan dung

#device adc=10 // bo adc 10 bit

#FUSES HS // cho phep su dung thach anh ngoai // intrc

#USE DELAY(CLOCK=20M) // thach anh 20M

#define LCD_ENABLE_PIN PIN_b2 // dinh nghia theo lcd (phan cung

#define LCD_RS_PIN PIN_b4

#define LCD_RW_PIN PIN_b3

#define LCD_DATA4 PIN_D7

#define LCD_DATA5 PIN_D6

#define LCD_DATA6 PIN_D5

#define LCD_DATA7 PIN_D4

#include <lcd.c>

#include <tv_dht11.c>

#define mod pin_e1

#define tang pin_e0

#define giam pin_e2

#define rl pin_d2

#define loa pin_d3

#define xilanh pin_d1

unsigned int32 kq,ndlm35; unsigned int32 kqnd,kqda; signed int32 i;

signed int16 gh;

int1 tt;

kq=kq/10; //chia trung binh

kq = kq*5000/1023/10; //Vref+=5v = 5000mV, 1023 = 2^10 - 1(vi tri 0 dau tien) ,, 10mV = do phan giai lm35

if(input(mod)==0) // con nhan khong

delay_ms(20); // chong doi phim nhan

if(input(tang)==0) // con nhan khong

delay_ms(20); if(!input(giam))

{

gh ;

if(gh<0) gh=0; while(!input(giam)); }

}

}

void hienthi() {

if(tt==1)

lcd_gotoxy(1,1);

lcd_putc("NHIET DO:");

lcd_putc(ndlm35/10+0x30); // 35/10 = 3 du 5 lay nguyen + 0x30 chuyen

tu thap phan sang ASCII

lcd_putc("DA:");

lcd_putc(kqda/100%10+0X30);

lcd_putc(kqda/10%10+0X30); lcd_putc("%");

LCD_INIT(); // khoi tao lcd

SETUP_ADC(ADC_CLOCK_DIV_32); //khoi tao adc SETUP_ADC_PORTS(SAN0); // khoi tao port SET_ADC_CHANNEL(0);

output_high(xilanh);

output_high(loa); delay_ms(100);

output_low(loa); delay_ms(100);

}

else

{

output_low(xilanh); output_low(rl); output_low(loa);

}

}

3.2.2 Mạch mô phỏng trên Protues:

3.2.3 Thiết kế vẽ mạch trên Protues:

PCB Layout

PCB 3D :

3.2.4 Phần mền lập trình CCS:

Phần mềm CCS lập trình cho họ vi điều khiển PIC bằng ngôn ngữ C cho hầu hết các dòng vi điều khiển PIC.Sử sụng CCS có thể tạo 1 project, viết source code , xây dựng, debug và lập trình cho PIC 1 cách nhanh chóng

3.2.5 Phần mền mô phỏng Protues:

Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, …

Proteus là phần mềm mô phỏng mạch điện tử của Lancenter Electronics, mô phỏng cho hầu hết các linh kiện điện tử thông dụng, đặc biệt hỗ trợ cho cả các MCU như PIC, 8051, AVR, Motorola

Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES dùng để vẽ mạch in Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá tốt,

nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, PIC, dsPIC, AVR, HC11, MSP430,

ARM7/LPC2000 các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet, ngoài ra còn mô

phỏng các mạch số, mạch tương tự một cách hiệu quả Proteus là bộ công cụ chuyên

về mô phỏng mạch điện tử

ISIS đã được nghiên cứu và phát triển trong hơn 12 năm và có hơn 12000 người dùng trên khắp thế giới Sức mạnh của nó là có thể mô phỏng hoạt động của các

hệ vi điều khiển mà không cần thêm phần mềm phụ trợ nào Sau đó, phần mềm ISIS

có thể xuất file sang ARES hoặc các phần mềm vẽ mạch in khác

Trong lĩnh vực giáo dục, ISIS có ưu điểm là hình ảnh mạch điện đẹp, cho phép

ta tùy chọn đường nét, màu sắc mạch điện, cũng như thiết kế theo các mạch mẫu (templates)

Những khả năng khác của ISIS là:

+ Tự động sắp xếp đường mạch và vẽ điểm giao đường mạch.+ Chọn đối tượng và thiết lập thông số cho đối tượng dễ dàng

+ Xuất file thống kê linh kiện cho mạch

+ Xuất ra file Netlist tương thích với các chương trình làm mạch in thông dụng

+ Đối với người thiết kế mạch chuyên nghiệp, ISIS tích hợp nhiều công

cụ giúp cho việc quản lý mạch điện lớn, mạch điện có thể lên đến hàng ngàn linh kiện

+ Thiết kế theo cấu trúc (hierachical design)

+ Khả năng tự động đánh số linh kiện

CHƯƠNG 4: THI CÔNG LẮP ĐẶT

4.1 Chuẩn bị linh kiện: