Đồ án NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ GIÀN NÓNG

Môi chấtlàm lạnh lại được đi vào máy nén cho chu trình tiếp theo.Trong quá trình làm việc, ly hợp điện từ sẽ thường xuyên đóng ngắt nhờ bộ điều khiển A/C control nhằm đảm bảo nhiệt độ tr

ĐỒ ÁN MÔN HỌC : THIẾT KẾ MẠCH

ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ

GIÀN NÓNG

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA TRÊN Ô TÔ

1 Khái quát về hệ thống điều hòa không khí trên ô tô

1.1 Công dụng

- Đưa không khí sạch vào trong xe

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

1.2 Phân loại

a) Phân loại theo vị trí của hệ thông trên xe

- Kiểu đặt phía trước: giàn lạnh được đặt gần bảng đồng hồ, bảng điều khiển của xe

Hình 2.1.1: Hệ thống lạnh kiểu đặt phía trước

-Kiểu kép (giàn lạnh đặt trước và sau xe): kiểu kép cho năng suất lạnh cao hơn

và nhiệt độ đồng đều ở mọi nơi trong xe vì không khí lạnh được thổi từ phía trước ra phía sau xe

-kiểu kép treo trần kiểu này thường được sử dung cho xe khách Hệ thống lạnh được đặt phía trước kết hợp với giàn lạnh treo trên trần, kiểu này cũng cho năngsuất lạnh cao và không khí lạnh đồng đều.

b) Phân loại theo phương pháp điều khiển: có 2 loại.

- Hệ thống lạnh với phương pháp điều khiển bằng tay

Với phương pháp này cho phép điều khiển bằng tay các công tắc nhiệt và nhiệt

độ ngõ ra bằng cần gạt Ngoài ra còn có cần gạt hoặc công tắc điều khiển tốc độquạt, điều khiển lượng gió và hướng gió.- Hệ thống điều hòa không khí với phương pháp điều khiển tự động

Hình 2.1.8 Các thành phần và hướng di chuyểncủa dòng khí trong hệ thống lạnh

- Chu trình của máy lạnh bao gồm 4 quá trình:

+ Nén

+ Ngưng tụ

+ Giãn nở

+ Bay hơi

Hình 2.1.9: Chu trình hoạt động của hệ thống lanh

+ Ngưng tụ (condensation)+ Giản nở (expansion)+ Bốc hơi (vaporization)

Hoạt động của hệ thống lạnh trên ôtô: Khi động cơ đang hoạt động và đóng mạch điện điều khiển ly hợp điện từ, máy nén hoạt động và chất làm lạnh được dẫn đến bình ngưng tụ (giàn nóng) nhờ

máy nén Ở đây, chất làm lạnh chuyển sang thể lỏng, nhã nhiệt ra ngoài không khí và được làm mát nhờ quạt làm mát.Sau khi qua giàn nóng, chất làm lạnh được đẩy qua van tiết lưu Chất làm lạnh qua nơi có tiết diện thu hẹp (van tiết lưu) nên gây giảm áp suất sau van tiết lưu (drop pression).Chất làm lạnh lại được đưa vào giàn bốc hơi (giàn lạnh) và hấp thụ nhiệt Nhiệt di chuyển từ khoang hành khách đến giàn lạnh và đi vào môi chất làm lạnh.Sự hấp thụ nhiệt của hành khách bởi môi chất làm lạnh khiến cho nhiệt độ giảm xuống Môi chấtlàm lạnh lại được đi vào máy nén cho chu trình tiếp theo.Trong quá trình làm việc, ly hợp điện từ sẽ thường xuyên đóng ngắt nhờ bộ điều khiển A/C control nhằm đảm bảo nhiệt độ trong xe luôn ổn định ở một trị số ấn định Như vậy, áp suất môi chất làm lạnh được phân thành hai nhánh: nhánh có áp suất thấp và nhánh có áp suất cao.+ Nhánh có áp suất thấp được giới hạn bởi phần môi chất sau van tiết lưu và cửa vào (van nạp) của máy nén.+ Nhánh có áp suất cao đượcgiới hạn bởi phần môi chất ngay trước van tiết lưu và cửa ra (van xả) của máy nén.Không khí lạnh lan truyền trong khoang hành khách được thực hiện bởi máy quạt (blower)

1.3 Một số hình ảnh thực tế về giàn nóng trên ô tô Toyota.

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐO VÀ HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ

trong mạch này e xin trình bày một phương pháp thiết kế mạch và hiển thị nhiệt

độ rất phổ biến có thể dùng trên xe và trong gia đình, tuy mạch này khôngđược thiết kế nhỏ gọn như của hãng toyota nhưng nó cũng là một đề tài về thiết

kế mạch rất hữu ích trong lĩnh vực lập trình và thiết kế mạch

2.1.2Các phương pháp hiển thị nhiệt độ

- Theo em nghiên cứu và tìm hiểu trên sách và internet thì có 1 phươngpháp hiển thị duy nhất đó là dùng cảm biến thông qua điều khiển của vi xử lýrồi hiển thị ra bên ngoài

-Trong phương pháp này chia ra 3 loại vi xử lý khác nhau đó là:

Chip 8051 (89c51,89C52,89s51,89s52 )

Chip pic (pic 16f877a)

Chip avr (atmega)

-Về phần hiển thị lại được chia ra làm 2 cách hiển thị đó là hiển thị ra led7thanh, hiển thị lên LCD

-trong trong quá trình học tập và nghiên cứu e chọn cách hiển đo và hiển thịbằng cách dùng cảm biến lm35,bộ chuyển đổi tín hiệu ADC0804,chip xử lý89C51,và hiển thị ra led 7 thanh

2.2 Ý NGHĨA

Thấy được tính khoa học và ứng dụng thực tế của đề tài

8051 là họ Vi điều khiển mới có nhiều tính năng, khả năng xử lí nhanh

Ứng dụng ADC trong việc chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số (analogsang digital).Tín hiệu tương tự ở đây là tín hiệu điện áp được lấy từ cảm biến.Mạch hiển thị LED 7 đoạn nên dễ dàng cho người sử dụng theo dõi nhiệt độhiển thị

CHƯƠNG III:LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

3.1 Các linh kiện sử dụng trong mạch.

- Sử dụng vi điều khiển họ 8051 là phần điều khiển chính

- Đo nhiệt độ bằng cảm biến nhiệt LM35 thông qua bộ thiết kế mạch chuyển đổiADC0804

- Hiển thị bằng led 7 đoạn

ngoài ra còn có 1 số linh kiện phụ như biến trở vi chỉnh,transistor thuậna564,điện trở 10k,1k, tụ hóa 10u,tụ gốm 33p,104, thạch anh

3.2 Nguyên lý một số linh kiện chính.

3.2.1- Giới thiệu tổng quan về họ Vi điều khiển 8051

AT89C51 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chấtlượng cao, công suất thấp với 4 KB PEROM (Flash Programeable and erasableread only memory)

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau:

- 4KB bộ nhớ, có thể lập trình lại nhanh, có khả năng ghi xóa tới 1000 chu kỳ

- Tần số hoat động từ 0 Hz đến 24 MHz

- 3 mức khóa bộ nhớ lập trình

- 2 bộ Timer/Counter 16 bit

- 128 Byte RAM nội

- 4 Port xuất/nhập (I/O) 8 bit

- Giao tiếp nối tiếp

OTHER REGISTER 128 byte RAM

128 byte RAM

0K:

8031\8032 4K:8951 8K:8052

Cất kết quả vào RAM (hàng đơn vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H)

Chia tiếp kết quả cho 10 được số hàng chục

Gán A=P2Cất kết quả vào RAM (hàng đơn vị cất vào ô nhớ 30H, hàng chục cất vào ô nhớ 31H)

Chia tiếp kết quả cho 10 được số hàng chụcChia cho 10 được số dư là hàng đơn vị

Gán A=P2

TEMER1

3.2.2 Sơ đồ khối và sơ đồ chân của AT89C51

Hình 3.1 : Sơ đồ khối của AT89C51

Hình 3.2 : Sơ đồ chân của AT89C51

3.2.3 Chức năng các chân của AT89C51

+ Port 0 (P0.0 – P0.7 hay chân 32 – 39): Ngoài chức năng xuất nhập

ra, port 0 còn là bus đa hợp dữ liệu và địa chỉ (AD0 – AD7), chức năng này sẽđược sử dụng khi AT89C51 giao tiếp với thiết bị ngoài có kiến trúc bus

Hình 3.3 : Port 0

+ Port 1 (P1.0 – P1.7 hay chân 1 – 8): có chức năng xuất nhập theo bit và

byte Ngoài ra, 3 chân P1.5, P1.6, P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuẩn ISP,

2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2

Hình 3.4 : Port 1

+ Port 2 (P2.0 – P2.7 hay chân 21 – 28): là một port có công dụng kép Là

đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết kế dùng bộnhớ mở rộng

Hình 3.5 : Port 2

+ Port 3 (P3.0 – P3.7 hay chân 10 – 17): mỗi chân trên port 3 ngoài chức năng

xuất nhập ra còn có một số chức năng đặc biệt sau:

+ RST (Reset – chân 9): mức tích cực của chân này là mức 1, để reset ta phải

đưa mức 1 (5V) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ máy (tươngđương 2µs đối với thạch anh 12MHz

+ XTAL 1, XTAL 2: AT89S52 có một bộ dao động trên chip, nó thường được

nối với một bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz, thôn thường là12MHz

+ EA (External Access): EA thường được mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức

thấp (GND) Nếu ở mức cao, bộ vi điều khiển thi hành chương trình từ ROMnội Nếu ở mức thấp, chương trình chỉ được thi hành từ bộ nhớ mở rộng

+ ALE (Address Latch Enable): ALE là tín hiệu để chốt địa chỉ vào một

thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ Sau đó các đường port 0dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa chu kỳ sau của bộ nhớ

+ PSEN (Program Store Enable): PSEN là điều khiển để cho phép bộ nhớ

chương trình mở rộng và thường được nối với đến chân /OE (Output Enable)của một EPROM để cho phép đọc các bytes mã lệnh PSEN sẽ ở mức thấptrong thời gian đọc lệnh Các mã nhị phân của chương trình được đọc từEPROM qua Bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của bộ vi điều khiển để giải

mã lệnh Khi thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức thụ động(mức cao).

+ Vcc, GND: AT89S52 dùng nguồn một chiều có dải điện áp từ 4V – 5.5V

được cấp qua chân 40 (Vcc) và chân 20 (GND)

3.2.4 Giới thiệu về IC ADC0804

Các bộ chuyển đổi ADC thuộc những thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất

để thu dữ liệu Các máy tính số sử dụng các giá trị nhị phân, nhưng trong thếgiới vật lý thì mọi đại lượng ở dạng tương tự (liên tục) Nhiệt độ, áp suất (khíhoặc chất lỏng), độ ẩm và vận tốc và một số ít những đại lượng vật lý của thếgiới thực mà ta gặp hằng ngày Một đại lượng vật lý được chuyển về dòng điệnhoặc điện áp qua một thiết bị được gọi là các bộ biến đổi Các bộ biến đổi cũng

có thể coi như các bộ cảm biến Mặc dù chỉ có các bộ cảm biến nhiệt, tốc độ, ápsuất, ánh sáng và nhiều đại lượng tự nhiên khác nhưng chúng đều cho ra các tínhiệu dạng dòng điện hoặc điên áp ở dạng liên tục Do vậy, ta cần một bộ chuyểnđổi tương tự số sao cho bộ vi điều khiển có thể đọc được chúng Một chip ADCđược sử dụng rộng rãi là ADC0804

đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương

tự thành một số nhị phân Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụthuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLKIN và không bé hơn110µs Các chân khác của ADC0804 có chức năng như sau:

+CS(Chipselect): Chân số1, là chân chọn Chip, đầu vào tích cực mức

thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập ADC0804 thìchân này phải ở mức thấp

+RD(Read): Chân số 2 , là một tín hiệu vào , tích cực ở mức thấp.Các

bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghitrong RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra củaADC0804 Khi CS=0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữliệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu(DB0–DB7)

+WR(Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được

dùng để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi WRtạora xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trịđầu vào tương tự Vin vềsố nhị phân 8 bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chânINTR được ADC hạ xuống thấp

+ CLKIN và CLKR: CLKIN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ

ngoài được sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạoxung đồng hồ riêng Để dung đồng hồ riêng thì các chân CLKIN và CLKR(chânsố19) được nối với một tụ điện và một điện trở (nhưhìnhvẽ) Khi đó tần

số được xác định bằng biểu thức:

F = 1/ 1.1RC

VớiR = 10kΩ,C = 150 pFvàtầnsốf = 606kHz và thời gian chuyển đổilà110µs

+Ngắt INTR(Interupt): Chân số5, là chân ra tích cực mức thấp Bình

thường chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuốngthấp để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sang để lấy đi Sau khiINTR xuống thấp, cần đặt CS=0 và gửi một xung cao xuống thấptới chân RD

để đưa dữ liệu ra

+Vin(+)vàVin(-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi

sai, trong đóVin=Vin(+)–Vin(-) Thông thường Vin(-) được nối tới đất và

Vin(+) được dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số.

+Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V Chân này còn được dung

làm điện áp tham chiếu khi đầu vàoVref/2 để hở

+Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp

tham chiếu Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằmtrong dải 0 đến +5V Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự ápđến Vin khác với dải 0 đến +5V Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện

Bảng 1 – Quan hệ điện áp Vref/2 với Vin

+D0-D7: D0-D7, chân số 18 – 11 , là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit

cao nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB) Các chân này được đệm ba trạngthái và dữ liệu đã được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS=0 và chân

RD đưa xuống mức thấp Để tính điện áp đầu ra ta tính theo công thức sau:

Dout = Vin / Kích thước bước

3.2.5 Giới thiệu về IC cảm biến LM35

Đây là cảm biến nhiệt được tích hợp chính xác cao của hãng NationalSemiconductor Điện áp đầu ra của nó tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang

độ Celsius Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngoài

LM35 có 4 dạng: TO-46, SO-8, TO-92, TO-220 Nhưng thường dùngnhất là dạng TO-92 như hình dưới

Hình 2.8 : Sơ đồ chân LM35 dạng TO-92

Đặc điểm cơ bản của LM35:

+ Điện áp nguồn từ -0.2V đến +35V

+ Điện áp ra từ -1V đến +6V

+ Dải nhiệt độ đo được từ -55°C đến +150°C

+ Điện áp đầu ra thay đổi 10mV mỗi khi có sự thay đổi 1°C

LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ : 10mV/1(0C)

Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25(0C) nó cósai số không quá 1% Với tầm đo từ 0(0C) đến 128(0C) , tín hiệu ngõ ra tuyến tínhliên tục với những thay đổi của tín hiệu nhõ vào

Thông số kỹ thuật:

- Tiêu tán công suất thấp

- Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA

3.2.6 LED 7 đoạn

Các khái niệm cơ bản

Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử

dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng "led 7

đoạn" Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ

cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độphòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩmđược kiểm tra sau một công đoạn nào đó

Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và

có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phảicủa led 7 đoạn.8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -)được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối vớimạch điện 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũngđược đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +)chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiểntrạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chânnày ở mức 0 Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nốixuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sángtắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1

Hình 3.10 :hình ảnh chân chung led 7 thanh

Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảmbảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kếtnối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tínhiệu điều khiển

Sơ đồ vị trí các led được trình bày như hình dưới:

Các điện trở 220Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điệnqua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V

Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b.Tương tự với các chân và các led còn lại

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

4.1 SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ.

89C51

KHỐICHUYỂNĐỒI TƯƠNG

TỰ => SỐADC0804

KHỐI HIỂNTHỊ LED 7THANH 4SỐ

4.2.2 Khối chuyển đổi tương tự sang số

Hình 4.2 : khối chuyển đổi tín hiệu

Khối này là ADC0804 dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự (nhiệt độ) từ cảmbiến sang tín hiệu số.Sau khi đã chuyển đổi thi ADC sẽ xuất dư liệu ra 8 châncủa cổng P1 trong VXL

4.2.3 Khối xử lý trung tâm

Hình 4.3 :chip xử lý

Khối này là IC AT89C51 mọi quá trình xử lí dữ liệu đều được thực hiện ở đây.Trong đồ án này em đã sử dụng port 0 và port 2 để xuất dữ liệu sau khi 89C51tính toán và để quét led ADC0804 sẽ chuyển các tín hiệu vào port 1 củaAT89C51