đồ án “Tính toán, thiết kế mạch điều khiển điều khiển nhiệt độ giàn lạnh

C ùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ tréco đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Tính toán, thiết kế mạch điều khiển điều khiển nhiệt độ giàn lạnh“ nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá trình thực tế.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên, ngày … tháng … năm 2014

Chữ ký của giáo viên

M c L c ục Lục ục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 : LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG 5

1.1 Tồng quan về hệ thống điều hòa không khí trên ôtô 5

1.1.1 1.1.1 Công dụng chức năng của hệ thống điều hòa không khí 6

- Giàn lạnh: Tại ngõ vào ga lạnh dưới dạng hơi sương Tại khu vực giữa giàn lạnh, khoảng một nửa ga lạnh bốc hơi, tạo thành hỗn hợp hơi và sương Tại khu ngõ ra giàn lạnh, ga bay hơi hoàn toàn, biến thành ga lạnh dạng hơi 7

CHƯƠNG II: LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 8

2.1 Linh kiện mạch điện tử 8

2.2 IC ổn áp 7805 9

2.3 Điện Trở 11

2.3.1 2.3.1 Khái niệm điện trở 11

2.3.2 2.3.2 Điện trở trong thiết bị điện tử 11

2.3.3 2.3.3 Cách đọc trị số điện trở Quy ước mầu Quốc tế 12

2.3.4 2.3.4 Thực hành đọc trị số điện trở 15

2.3.5 2.3.5 Các trị số điện trở thông dụng Ta không thể kiếm được một điện trở có trị số bất kỳ, các nhà sản xuất chỉ đưa ra khoảng 150 loại trị số điện trở thông dụng bảng dưới đây là mầu sắc và trị của 16

2.3.6 2.3.6 Phân loại điện trở 17

2.3.7 18

2.4 Diot quang – LED 18

2.4.1 2.4.1 Khái niệm 18

2.4.2 2.4.2 Cấu tạo 19

2.4.3 2.4.3 Một số hình ảnh về LED 20

2.5 Cảm biến nhiệt độ LM35 21

2.6 Vi điều khiển PIC 16F877A 24

2.6.1 Giới thiệu chung 24

2.5.1 2.6.2 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A 26

Hình 2.6.1 Sơ đồ chân PIC16F877A 26

2.5 2.6.3 Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A 26

2.5 2.6.4 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A 28

CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 28

3.1 3.1.Sơ đồ khối 28

3.2 3.2 Sơ đồ mạch 29

LỜI NÓI ĐẦU

ùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đườngcông nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung đã cónhững bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Để thúc đẩy nềkinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệtréco đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nângcao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào tronggiảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mớiđáp ứng được nhu của xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số nhữngtrường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quảtrong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao

C

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế

tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Tính toán, thiết kế mạch điều khiển điều khiển nhiệt độ giàn lạnh“ nhằm củng cố về mặt kiến thức trong quá

trình thực tế

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn cùngvới sự lỗ lực cố gắng của bản thân, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ áncủa em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắngnhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót.Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của thầy giáo

Nguyễn Xuân Hòa trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã giúpchúng em hoàn thành đồ án

CHƯƠNG 1 : LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG

1.1 Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí

1.1.1 1.1.1 Công dụng chức năng của hệ thống điều hòa không khí

- Đưa không khí sạch vào trong xe

- Duy trì nhiệt độ không khí trong xe ở nhiệt độ thích hợp

Hệ thống điều hòa không khí ôtô có 3 chức năng chính:

- Làm mát : bằng cách thổi không khí qua giàn lạnh của hệ thống điều hòatrước khi đưa vào khoang lái

Hình 1.0 Sơ đồ quạt giàn lạnh

- Hút ẩm không khí trong xe: Khi dòng không khí được thổi qua giàn lạnh, nhiệt

độ không khí giảm đột ngột, nước trong không khí sẽ nhưng tụ lại trong khay vàđược xả ra ngoài

Hinh1.1 Sơ của quạt giàn lạnh

2 Giàn lạnh: Tại ngõ vào ga lạnh dưới dạng hơi sương Tại khu vực giữa giànlạnh, khoảng một nửa ga lạnh bốc hơi, tạo thành hỗn hợp hơi và sương Tạikhu ngõ ra giàn lạnh, ga bay hơi hoàn toàn, biến thành ga lạnh dạng hơi

Hình 1.2 Các bộ phận giàn của giàn lạnh

3 CHƯƠNG II: LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

2.1 Linh kiện có trong mạch

Có lẽ 7805 là mạch nguồn mà mọi người sử dụng nhiều nhất và thông dụng nhất

Ưu điểm: Giá thành rẻ , dễ lắm ráp

Nhươc điểm: Nhiệt sinh cao, dòng chịu không được cao

Sơ đồ chân:

Hinh2.0 IC ổn áp LM7805

Chân 1 (Vin): Chân nguồn đầu vào

Chân 2 (GND): Chân nối đất

Chân 3 (Vout): Chân nguồn đầu ra

3.1.1 2.3.1 Khái niệm điện trở

Ta hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫnđiện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vậttheo

Điện trở của dây dẫn

Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây được tính

theo công thức sau:

R = ρ.L / S

 Trong đó ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

 L là chiều dài dây dẫn

 S là tiết diện dây dẫn

 R là điện trở đơn vị là Ohm



3.1.2 2.3.2 Điện trở trong thiết bị điện tử.

a) Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà

người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

Hình 2.2 : Điện trở trong thiết bị điện tử.

Hình 1.7 : Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.

b) Đơn vị của điện trở

 Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

 1KΩ = 1000 Ω

1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

b) Cách ghi trị số của điện trở

 Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theomột quy ước chung của thế giới.( xem hình ở trên )

 Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị sốtrực tiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ

Hình 2.3 : Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp.

Hinh 2.4 Bảng điện trở quy ước bằng màu

Hình 2.5 : Quy ước màu quốc tế

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký

hiệu bằng 5 vòng mầu

 Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào

 Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số

mũ của cơ số 10 là số âm

* Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu : ( điện trở chính xác )

Hình 2.7: Điện trở 5 vòng màu

 Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thìmầu sai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuốicùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút

 Đối diện vòng cuối là vòng số 1

 Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 làbội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàngđơn vị

 Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)

 Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào

3.1.4 2.3.4 Thực hành đọc trị số điện trở.

Hình 2.8 : Các điện trở khác nhau ở vòng mầu thứ 3

 Khi các điện trở khác nhau ở vòng mầu thứ 3, thì ta thấy vòng mầu bội sốnày thường thay đổi từ mầu nhũ bạc cho đến mầu xanh lá , tương đương với điện trở < 1 Ω đến hàng MΩ

Hình 2.9 : Các điện trở có vòng mầu số 1 và số 2 thay đổi

 Ở hình trên là các giá trị điện trở ta thường gặp trong thực tế, khi vòngmầu số 3 thay đổi thì các giá trị điện trở trên tăng giảm 10 lần

3.1.5 2.3.5 Các trị số điện trở thông dụng.

Ta không thể kiếm được một điện trở có trị số bất kỳ, các nhà sản xuất chỉ đưa ra khoảng

150 loại trị số điện trở thông dụng bảng dưới đây là mầu sắc và trị của

các điện trở thông dụng

Hình 2.10: Các điện trở thông dụng

3.1.6 2.3.6 Phân loại điện trở

 Điện trở thường : Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ

từ 0,125W đến 0,5W

 Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W,

2W, 5W, 10W

 Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công

xuất , điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

2.3.7 Công xuất của điện trở

Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công xuất P tính được theo công thức

 Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh định > =

2 lần công xuất mà nó sẽ tiêu thụ

Điện trở cháy do quá công xuất

 Ở sơ đồ trên cho ta thấy : Nguồn Vcc là 12V, các điện trở đều có trị số là120Ω nhưng có công xuất khác nhau, khi các công tắc K1 và K2 đóng, các điện trởđều tiêu thụ một công xuất là

3.1.7 2.4 Diode quang- LED

3.1.8 2.4.1 Khái niệm

- Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng.

- LED (viết tắt của Light Emitting Diode, tạm dịch: điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại Giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

- Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đèn LED tạo ra nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác

3.1.9 2.4.2 Cấu tạo

- Mỗi điểm LED (Light Emitting Diode) là một diode cực nhỏ, phát sáng do

sự vận động của các electron bên trong môi trường bán dẫn Để chiếu sáng toàn bộ màn hình, các đèn nền LED phải xếp tương ứng 1-1 với ma trận điểm ảnh màu

- Việc sắp xếp như vậy cho phép điều chỉnh độ sáng chính xác đến từng điểm ảnh trên toàn bộ màn hình, mang lại sự tương phản tốt hơn và loại bỏ được hiện tượng lệch màu tại các góc mà màn hình LCD chiếu sáng nền bằng đèn huỳnh quang (CCFL) thường gặp phải Ngoài ra, "bóng đèn" LED lại tiêu tốn ít điện năng hơn những thiết bị phát sáng khác

- Tuy nhiên, màn hình càng lớn càng cần nhiều LED và giá thành vì thế cũngleo thang đến mức chóng mặt

Cấu tạo của đèn led

3.1.10 2.4.3 Một số hình ảnh về LED

Các loại led thường gặp

2.5 Cảm biến nhiệt độ LM35

LM35 là cảm biến nhiệt độ analog

Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của Lm35 Sơ đồ chân của LM35 như sau :

Hình 2.8 Các chân của LM35

Hình 2.2: Biểu đồ trạng thái của cảm biến nhiệt độ LM35

Chân 1: Chân nguồn Vcc

Chân 2: Đầu ra VoutChân 3: GND

Một số thông số chính của LM35:

Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện

áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh

Đặc điểm chính của cảm biến LM35

+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC

+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C

+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau :

- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV

- Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV

- Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV

Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150 Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của nó

Tính toán nhiệt độ đầu ra của LM35.

Việc đo nhiệt độ sự dụng LM35 thông thường chúng ta sử dụng bằng cách

LM35 - > ADC - > Vi điều khiển

Như vậy ta có:

U= t.k

U là điện áp đầu ra

t là nhiệt độ môi trường đo

k là hệ số theo nhiệt độ của LM35 10mV/1 độ C

Giả sử điện áp Vcc cấp cho LM35 là 5V ADC 10bit Vậy bước thay đổi của LM35

sẽ là 5/(2^10) = 5/1024

Giá trị ADC đo được thì điện áp đầu vào của LM35 là

(t*k)/(5/1024) = ((10^-2)*1024*t)/5 = 2.048*t

Vậy nhiệt độ ta đo được t = giá trị ADC/2048

Tương tự với ADC 11bit và Vcc khác ta cũng tính như trên để được công

thức lấy nhiệt độ

2.6 Vi điều khiển PIC 16F877A

2.6.1 Giới thiệu chung

PIC là viết tắt của “Programable Intelligent Computer”, có thể tạm dịch là

“máy tính thông minh khả trình” do hãng Genenral Instrument đặt tên

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như 8051, Motorola68HC, AVR, ARM, Ngoài họ 8051 được hướng dẫn một cách căn bản ở môitrường đại học, bản thân người viết đã chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng vốnkiến 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 điềukhiển 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 tạonhiều thuận lợi trong quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng như: số lượng tàiliệu, số lượng các ứng dụng mở đã được phát triển thành công, dễ dàng trao đổi, họctập, dễ dàng tìm được sự chỉ dẫn khi gặp khó khăn,…

Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ lập trình, nạpchương trình từ đơn giản đến phức tạp,…

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều họ vi điều khiển như: 6811 của

Motorola, 8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC 16* của Microchip Technology …Trong đề tài này chỉ trình bày một bộ vi điều khiển trong số trên (Pic 16F877A).Hiện nay có khá nhiều dòng PIC và có rất nhiều khác biệt về phần cứng, nhưng chúng ta có thể điểm qua một vài nét như sau :

- 8/16 bit CPU, xây dựng theo kiến trúc Harvard

- Flash và Rom có thể tuỳ chọn 256 byte đến 256 kbybe

- Các cổng xuất/nhập (mức lôgic từ 0v đến 5v, ứng với mức logic 0 và 1)

- 8/16 bit timer

- Các chuẩn giao tiếp ngoại vi nối tiếp đồng bộ/ không đồng bộ

- Bộ chuyển đổi ADC

- Bộ so sánh điện áp

- MSSP Pripheral dùng cho các giao tiếp I2C, SPI

- Bộ nhớ nội EEPROM - có thể ghi/ xoá lên tới hàng triệu lần

- Modul điều khiển động cơ, đọc encoder

- Hỗ trợ giao tiếp USB

- Hỗ trợ điều khiển Ethernet

- Hỗ trợ giao tiếp CAN

- Hỗ trợ giao tiếp LIN

- Hỗ trợ giao tiếp IRDA

- DSP những tính năng xử lý tín hiệu số

3.1.11 2.6.2 Sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A

Hình 2.6.1 Sơ đồ chân PIC16F877A

3.1.12 2.6.3 Một vài thông số về vi điều khiển PIC16F877A

- Chỉ có 35 cấu trúc lệnh

- Hầu hết các cấu trúc lệnh chỉ mất một chu kỳ máy, ngoại trừ lệnh rẻ nhánhchương trình mất hai chu kỳ máy

- Tốc độ làm việc: xung clock đến 20MHz, tốc độ thực thi lệnh 200ns

- 8K*14 words của bộ nhớ chương trình ( flash program memory)

- 368*8 byte bộ nhớ dữ liệu RAM

- 256*8 byte bộ nhớ dữ liệu EEPROM

-Đặc điểm ngoại vi:

- Timer 0: 8 bit timer/counter với 8 bít bộ chia tỉ lệ

- Timer 1: 16 bit timer/counter với bộ chia tỉ lệ có thể tăng lên trong chế độSleep theo xung đồng hồ bên ngoài

- Timer2 : 8 bit timer/counter

- Hai Modul capture, compare, PWM

+ Capturre 16 bit có độ phân giải 12,5ns

+ Compare 16 bit có độ phân giải 200ns

+ PWM 16 bít có độ phân giải 10 bit

- Cổng giao tiếp nối tiếp đồng bộ với chế độ Master và Master/ Slave

- Bộ truyền nhận nối tiếp vạn năng

- Cổng Slave song song 8 bit được điều khiển đọc ghi từ bên ngoài

Đặc điểm tương tự:

- Độ phân giải 10 bit với 8 kênh chuyển đổi tương tự- số

- Modul so sánh tương tự gồm:

+ Hai modul so sánh tương tự

+ Modul tham chiếu điện áp trên chip(VEF) có thể lập trình được ,có thểlập trình nhiều chức năng đầu vào từ các đầu vào và điện áp bên trong.+ Hai đầu ra so sánh có thể sử dụng bên ngoài

Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:

+ Bộ nhớ Flash có khả năng ghi xoá được 100.000 lần

+ Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xoá được 1.000.000 lần

+ Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm

+ Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm

+ Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Cicuit SerialProgramming) thông qua hai chân

+ Watchdog timer với bộ dao động trong

+ Chức năng bảo mật mã chương trình