Báo cáo mô hình Đo nhiệt Độ bằng vi Điều khiển atmega32 và cảm biến lm35

Chính vì điều đó, việc sử dụng các cảm biến và các con vi điều khiển để đo đạc và hiện thị nhiệt độ dần trở nên phổ biến trong các khối ngành công nghiệp, kỹ thuật và đặc biệt là ngành c

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÀI BÁO CÁO

MÔ HÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ BẰNG

VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA32 VÀ CẢM BIẾN LM35.

GVHD: Th.S Nguyễn Văn Trung SVTH:

Nguyễn Trung Trực 22145277 Phạm Công Quân 22145225

LỚP: Vi điều khiển_nhóm 03CLC

(Thứ 6 tiết 1-3)

Trang 2

Thủ Đức - ngày 24 tháng 11 năm 2024

NHẬN XÉT

TIÊU CHÍ NỘI DUNG TRÌNH BÀY TỔNG ĐIỂM

Trang 3

.

KÝ TÊN Th.S Nguyễn Văn Trung MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 4

1.1 LỜI MỞ ĐẦU 4

1.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 4

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 4

1.4 PHẠM VI ĐỀ TÀI 4

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 5

1.5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài 5

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA ATMEGA32 5

2.1.1 Tìm hiểu về ATMEGA32 5

2.1.2 Cấu tạo của ATMEGA32 6

2.1.3 Chức năng của ATmega32 7

2.2 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA CẢM BIẾN LM35 8

Trang 4

kỷ trước Hiện tại một số nhà sản xuất lớn là Microchip (Vi điều khiểnPIC), Atmel (Vi điều khiển AVR), Hitachi, Phillips, Maxim, NXP, Intel,v.v Và ATmega32 thuộc họ vi điều khiển dòng sê-ri AVR của Atmel.

2.1.2 Cấu tạo của ATMEGA32

Có rất nhiều các phiên bản

ATmega32 khác nhau và chúng có

thể được sử dụng với nhiều mục

đích Nhưng hầu hết các phiên bản

đều giống nhau về các thành phần

chính và sơ đồ chân ATmega32 là

dòng khá phổ biến của hãng Atmel,

ATMEGA32 dạng DIP có 40 chân

bao gồm:

- 32 chân cho 4 port (A, B, C , D)

mỗi port 8 chân

- 2 chân nguồn: VCC (10), GND

(11)

- 2 chân dao động (12,13)

- 1 chân reset mức thấp (9) Hình 2.2 Sơ đồ chân ATmega32

- 1 chân GND cho tín hiệu Analog (31)

- 1 chân AVCC (30) tín hiệu tham chiếu cho biến đổi ADC khi chọn

điện áp tham chiếu là 5V

- 1 chân AREF (32) tín hiệu tham chiếu cho biến đổi ADC khi chọn

điện áp tham chiếu dưới 5V

*Điện áp hoạt động 4.5V – 5.5V cho Atmega32 ATmega32 có các đặc tính sau:

• 32Kbytes bộ nhớ ISP Flash

• 2Kbytes RAM

• 1024 bytes EEPROM

• 32 đường I/O đa năng

• 32 thanh ghi đa năng

• On-chip Debug and Program

• 3 bộ định thời phức hợp với chế độ so sánh

• Ngắt ngoài và trong

• Bộ truyền nhận nối tiếp USART lập trình được

Trang 5

bao gồm:

mỗi port 8 chân

(11)

• 2Kbytes RAM

Trang 6

2.3 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA TRANSISTOR

2.3.1 Cấu tạo Transistor:

Cấu tạo Transistor bao gồm 3 lớp ghép lại với nhau tạo thành 2 mốitiếp giáp P – N Nếu ghép thứ tự NPN thì sẽ thành Transistor thuận cònghép ngược lại PNP thì sẽ thành Transistor nghịch

Hình 2.4 Cấu tạo Transistor

Ba lớp bán dẫn sẽ được nối thành 3 cực, lớp chính giữa là cực gốc ta

ký hiệu là B (Base) Hai lớp bên ngoài được nối ra thành 2 cực gồm cựcphát ký hiệu là E ( Emitter), cực còn lại là cực thu hay cực góp ký hiệu là

C ( Collector )

Hai cực bên ngoài E và C sẽ có cùng bán dẫn loại N hoặc P nhưngkích thước hay nồng độ tạp chất thì khác nhau nên không thể thay thế vịtrí cho nhau được

2.3.2 Phân loại Transistor:

Hình 2.5 Phân loại Transistor

Trang 7

• Bộ giao tiếp nối tiếp định hướng 2 dây

• 8 kênh, 10bit ADC với ngưỡng vào lựa chọn khác nhau độ lợi lập trìnhđược

• Bộ WatchDog Timer khả trình với dao động nội

• Port SPI nối tiếp

• Hệ thống ngắt để tiếp tục hàm ATmega32 có các chế độ tiết kiệm nănglượng như sau: Chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tinnối tiếp đồng bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộđếm bộ định thời, cổng SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động Chế độPower-down lưu giữ nội dung của các thanh ghi nhưng làm đông lạnh bộtạo dao động, thoát khỏi các chức năng của chip cho đến khi có ngắtngoài hoặc là reset phần cứng

2.1.3 Chức năng của ATmega32

-

Chức năng I/O: input – output: ATmega có 32 chân (4 port) có thể thực hiện chức năng I/O, trước khi thực hiện chức năng này cần

phải thiết lập trước các chân này vào hay ra

- Ngắt: ATmega32 có tổng cộng 21 ngắt phục vụ cho các hoạt động khác nhau của atmega32

Trang 8

2.2.1 Cấu tạo của LM35 8

2.2.2 Chức năng của cảm biến LM35 9

2.3 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA TRANSISTOR 9

2.3.1 Cấu tạo Transistor: 9

2.3.2 Phân loại Transistor: 10

2.3.3 Chức năng của Transistor: 10

2.4 PHƯƠNG PHÁP QUÉT 10

2.5 LÝ THUYẾT VỀ ANALOG TO DIGITAL CONVERTER (ADC) 12

2.5.1 Giới thiệu chung về ADC 12

2.5.2 CÁC THANH GHI LIÊN QUAN 13

2.5.2.1 Thanh ghi ADMUX 13

2.5.2.2 Thanh ghi ADCSRA 13

2.5.2.3 Thanh ghi SFIOR 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH 14

3.1 CHUẨN BỊ DỤNG CỤ 14

3.2 THIẾT KẾ MẠCH 14

3.3 LẬP TRÌNH TRÊN CodeVisionAVR 15

CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM, THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ, THẢO LUẬN 17

4.1 MỘT SỐ HÌNH ẢNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA MÔ HÌNH 17

4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 18

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN, ĐỀ XUẤT 18

5.1 KẾT LUẬN 18

5.2 KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18

5.3 ĐỀ XUẤT 19

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 LỜI MỞ ĐẦU

Nhiệt độ là một tín hiệu vật lý mà chúng ta thường xuyên gặp trong đời sống hằng ngày cũng như ở trong các môi trường kỹ thuật và công nghiệp Việc đo nhiệt độ nhằm để xác định chính xác giá trị của nhiệt độ theo các thang đo từ lâu đã trở thành một vấn đề mà cả những nhà khoa học hàng đầu thế giới trên lĩnh vực đều rất đáng quan tâm Do đó các phương pháp đo đạc ngày một nhiều hơn và chính xác hơn Chính vì điều

đó, việc sử dụng các cảm biến và các con vi điều khiển để đo đạc và hiện thị nhiệt độ dần trở nên phổ biến trong các khối ngành công nghiệp, kỹ

thuật và đặc biệt là ngành công nghệ kỹ thuật ô tô Đề tài “Mô hình đo

nhiệt độ bằng vi điều khiển ATMEGA32 và cảm biến LM35” này

được nhóm nghiên cứu và phát triển nhằm đưa ra một mô hình có thể đo

Trang 9

chính xác nhiệt độ.

1.2 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN

- Dựa trên kiến thức học trên lớp và tham khảo các tài liệu liên quan đến viđiều khiển ATmega32 và cảm biến LM35

- Tìm hiểu và trang bị các thành phần chính của mô hình

- Thiết kế mạch điện của mô hình với con ATmega32 và cảm biến LM35

- Tính toán các thông số liên quan đến mạch như: điện trở, dòng điện, điệnáp,…

- Lập trình trên máy tính với con ATmega32

- Mô phỏng trên ứng dụng Protues

- Thực nghiệm trên mô hình đã thiết kế và chế tạo

- Điều chỉnh và tối ưu hóa các vấn đề xảy ra trên mô hình

1.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN

- Chuẩn bị các phần cứng cần thiết: breadboard, transistor, dây điện, điệntrở, IC cảm biến nhiệt độ LM35, ATmega32A-PU, led7doan,

- Dùng IC cảm biến nhiệt độ LM35, thu tín hiệu nhiệt độ

- Lập trình code bằng phần mềm CodeVisionAVR xuất lên ATmega32A-PUđiều khiển thanh led7doan để hiện thị nhiệt độ thông qua các con transistor

1.4 PHẠM VI ĐỀ TÀI

Mô hình được ứng dụng rộng rãi trong việc đo nhiệt độ phòng trong các khucông nghiệp hay các phòng thí nghiệm,

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý nghĩa khoa học của đề tài

- Minh họa nguyên lý vật lý trong đo lường nhiệt độ:Cảm biến LM35 dựatrên nguyên lý vật lý rằng sự thay đổi nhiệt độ dẫn đến sự thay đổi điện

áp Đây là ví dụ thực tế về cách chuyển đổi năng lượng nhiệt sang tínhiệu điện

- Kỹ thuật xử lý tín hiệu tương tự: LM35 tạo ra tín hiệu đầu ra analog(điện áp tuyến tính theo nhiệt độ) Kỹ thuật xử lý tín hiệu này dạy cáchlấy mẫu, chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số bằng bộ ADC(Analog-to-Digital Converter)

- Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học: Mô hình này cung cấp mộtphương pháp đơn giản, đáng tin cậy để đo nhiệt độ, giúp hỗ trợ thu thập

Trang 10

-

Trang 11

bao gồm:

mỗi port 8 chân

(11)

• 2Kbytes RAM

Trang 12

2.2.1 Cấu tạo của LM35 8

2.2.2 Chức năng của cảm biến LM35 9

2.3 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA TRANSISTOR 9

2.3.1 Cấu tạo Transistor: 9

2.3.2 Phân loại Transistor: 10

2.3.3 Chức năng của Transistor: 10

2.4 PHƯƠNG PHÁP QUÉT 10

2.5 LÝ THUYẾT VỀ ANALOG TO DIGITAL CONVERTER (ADC) 12

2.5.1 Giới thiệu chung về ADC 12

2.5.2 CÁC THANH GHI LIÊN QUAN 13

2.5.2.1 Thanh ghi ADMUX 13

2.5.2.2 Thanh ghi ADCSRA 13

2.5.2.3 Thanh ghi SFIOR 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH 14

3.1 CHUẨN BỊ DỤNG CỤ 14

3.2 THIẾT KẾ MẠCH 14

3.3 LẬP TRÌNH TRÊN CodeVisionAVR 15

CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM, THỰC NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ, THẢO LUẬN 17

4.1 MỘT SỐ HÌNH ẢNH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA MÔ HÌNH 17

4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 18

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN, ĐỀ XUẤT 18

5.1 KẾT LUẬN 18

5.2 KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 18

5.3 ĐỀ XUẤT 19

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 LỜI MỞ ĐẦU

Nhiệt độ là một tín hiệu vật lý mà chúng ta thường xuyên gặp trong đời sống hằng ngày cũng như ở trong các môi trường kỹ thuật và công nghiệp Việc đo nhiệt độ nhằm để xác định chính xác giá trị của nhiệt độ theo các thang đo từ lâu đã trở thành một vấn đề mà cả những nhà khoa học hàng đầu thế giới trên lĩnh vực đều rất đáng quan tâm Do đó các phương pháp đo đạc ngày một nhiều hơn và chính xác hơn Chính vì điều

đó, việc sử dụng các cảm biến và các con vi điều khiển để đo đạc và hiện thị nhiệt độ dần trở nên phổ biến trong các khối ngành công nghiệp, kỹ

thuật và đặc biệt là ngành công nghệ kỹ thuật ô tô Đề tài “Mô hình đo

nhiệt độ bằng vi điều khiển ATMEGA32 và cảm biến LM35” này

được nhóm nghiên cứu và phát triển nhằm đưa ra một mô hình có thể đo

Trang 13

dữ liệu chính xác trong các nghiên cứu.

- Kết nối giữa lý thuyết và thực tiễn: Mô hình cho thấy cách áp dụng lýthuyết khoa học (như cảm biến nhiệt độ) vào các giải pháp kỹ thuật thực

tế Điều này giúp kết nối giữa các khái niệm học thuật và ứng dụng thựctiễn

1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Ứng dụng vào ngành công, nông nghiệp: Cảm biến LM35 giúp đảm bảođiều kiện nhiệt độ lý tưởng để tối ưu hóa sản lượng và chất lượng câytrồng hoặc sản phẩm lưu trữ

- Cảnh báo và an toàn: Mô hình có thể phát hiện nhiệt độ bất thường, kíchhoạt cảnh báo để phòng tránh các tình huống nguy hiểm, như cháy nổhoặc hỏng hóc thiết bị

- Ứng dụng trong y tế: Được sử dụng trong các thiết bị đo nhiệt độ cơ thểhoặc các hệ thống giám sát nhiệt độ phòng bệnh và thiết bị y tế

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA ATMEGA32

2.1.1 Tìm hiểu về ATMEGA32

Hình 2.1 Vi điều khiển ATmega32

Vi điều khiển bao gồm vi xử lý + RAM + Flash memory + EEPROM,…đây là bộ xử lý hoàn chỉnh không cần giao tiếp với bộ nhớ ngoài vẫn cóthể hoạt động được, vi điều khiển hoạt động mạnh, yếu tùy thuộc vàodung lượng bộ nhớ, tốc độ xử lý, khả năng tính toán, số lượng bit cho mộtthanh ghi, cụ thể ATmega32 sử dụng thanh ghi 8 bit Các bộ vi điềukhiển ngày nay khác nhiều so với những gì ở giai đoạn ban đầu, và sốlượng các nhà sản xuất có số lượng nhiều hơn so với một hoặc hai thập

Trang 14

Trang 15

Cảm biến LM35 có vai trò đo nhiệt độ môi trường sau đó truyền tín hiệu

đo được về ATmega32 dưới dạng điện áp, sự biến thiên điện áp là10mV/1°C Cảm biến LM35 có 3 chân, 2 chân cấp nguồn (chân 1: cấpnguồn từ 4V-20V, chân 3: nối GND) 1 chân xuất điện áp ra dựa trên nhiệt

- Trở kháng đầu ra của LM35 thấp, đầu ra tuyến tính và hiệu chỉnh chuẩnxác giúp đọc và kiểm soát mạch một cách dễ dàng

- Được sử dụng với nguồn một chiều, chỉ sử dụng 60μA từ nguồn nênnhiệt độ của mạch tăng rất ít, thấp hơn 0,1°C trong không khí

2.2.2 Chức năng của cảm biến LM35

Chức năng chính của cảm biến LM35:

-

Đo nhiệt độ: LM35 được thiết kế để đo nhiệt độ môi trường xung quanhvới độ chính xác cao và dễ sử dụng Nhiệt độ đo được biểu diễn dướidạng tín hiệu điện áp tương ứng

-

Chuyển đổi nhiệt độ sang điện áp : LM35 có khả năng chuyển đổi giá trị nhiệt độ sang tín hiệu điện áp analog Mỗi độ C tương ứng với 10mV (Ví dụ: 25°C sẽ tương ứng với 250mV)

-

Cung cấp dữ liệu cho vi điều khiển: Cảm biến LM35 thường được sử dụng với các vi điều khiển (như Arduino, ESP32) để đo nhiệt độ và thực hiện các tác vụ liên quan, như hiển thị, điều khiển quạt, hoặc cảnh báo

Trang 16

Trang 17

C ( Collector )

Trang 18

-

Trang 19

C ( Collector )

Trang 20

Trang 21

bao gồm:

mỗi port 8 chân

(11)

• 2Kbytes RAM

Trang 22

C ( Collector )

Trang 23

-

Trang 24

Trang 25

-

Trang 26

C ( Collector )

Trang 27

-

Trang 28

bao gồm:

mỗi port 8 chân

(11)

• 2Kbytes RAM

Trang 29

Trang 30

-

Trang 31

Trang 32

-

Trang 33

bao gồm:

mỗi port 8 chân

(11)

• 2Kbytes RAM

Trang 34

C ( Collector )

Trang 35

C ( Collector )

Trang 36

-

Trang 37

Tiêu đề	Báo Cáo Mô Hình Đo Nhiệt Độ Bằng Vi Điều Khiển Atmega32 Và Cảm Biến Lm35
Tác giả	Nguyễn Trung Trực, Phạm Công Quân
Người hướng dẫn	Th.S Nguyễn Văn Trung
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Chuyên ngành	Cơ Khí Động Lực
Thể loại	Báo cáo
Năm xuất bản	2024
Thành phố	Thủ Đức

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	2,17 MB