Thiết kế mạch đo mực nước ở thượng lưu, báo về hạ lưu khi có lũ

Thiết kế mạch đo mực nước ở thượng lưu, báo về hạ lưu khi có lũ

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ, đặc biệt là lĩnh vực điều khiển và

tự động hóa Để tăng tính năng điều khiển, các bộ vi điều khiển đã không ngừng cải tiến và nâng cấp Và một trong những họ vi điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi ngày nay là họ MSP430 Với ưu điểm tiết kiệm công suất cùng hàng loạt các tính năng nổi trội, MSP430 được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng thuộc một số lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, y tế, giáo dục, Trong nhiều ứng dụng đó, nhóm 3

Tham gia vào thực hiện đề tài “Thiết kế mạch đo mực nước ở thượng lưu, báo

về hạ lưu khi có lũ ” Chúng em chân thành cảm ơn Thầy Hồ Viết Việt đã tận

tình hướng dẫn nhóm trong quá trình làm đồ án , đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đề tài tốt nhất

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN………

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Khối cảm biến

mực nước Khối vi điều khiển

Khối hiển thị mức nước

Khối nguồn

Khối phát tín hiệu cảnh báo

Khối nhận tín

hiệu vào Khối vi điều khiển

CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU LINH KIỆN

2.1 HỌ VI ĐIỀU KHIỂN MSP430

2.1.1.Đặc điểm tổng quát

MSP430 chứa 16 bit RISC CPU, các ngoại vi và hệ thống bộ định thời linh hoạt được kết nối với nhau theo cấu trúc VON-NEUMANN, có các Bus liên kết như: Bus địa chỉ bộ nhớ ( MAB), Bus dữ liệu bộ nhớ ( MDB)

Đây là một bộ xử lý hiện đại với các mô đun bộ nhớ tương tự và nhứng kết nối ngoại vi tín hiệu số, MSP430 đã đưa ra được những giải pháp tốt cho những nhu cầu ứng dụng với tín hiệu hỗn tạp.MSP430 có một số phiênbản như: MSP430x1xx, MSP430x2xx, MSP430x3xx, MSP430x4xx, MSP430x5xx

Dưới đây là những đặc điểm tổng quát của họ vi điều khiển MSP430:

+ Cấu trúc sử dụng nguồn thấp giúp kéo dài tuổi thọ của Pin

-Duy trì 0.1µA dòng nuôi RAM

-Chỉ 0.8µA real-time clock

-250 µA/ MIPS

+ Bộ tương tự hiệu suất cao cho các phép đo chính xác

-12 bit hoặc 10 bit ADC-200 kskp, cảm biến nhiệt độ, Vref

-12 bit DAC

-Bộ giám sát điện áp nguồn

+ 16 bit RISC CPU cho phép được nhiều ứng dụng, thể hiện một phần ở kích

-Khả năng ngắt theo vector lớn

+ Trong lập trình cho bộ nhớ Flash cho phép thay đổi Code một cách linh hoạt, phạm vi rộng, bộ nhớ Flash còn có thể lưu lại như nhật ký của dữ liệu

2.1.2.Sơ đồ chân của MSP430G2553

2.2.MÀN HÌNH LCD 16x2

2.2.1.Mô tả các chân của LCD 16x2:

2.2.2.Nguyên lí hoạt động

- Các chân VSS, VDD,VEE là các chân cấp nguồn và nối mass

- Chân chọn thanh ghi RS: có 2 thanh ghi trong LCD, chân này dùng để chọnthanh ghi như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi lệnh được chọn để cho phép ngườidùng gửi một lệnh xuống LCD, chẳng hạn như đưa con trỏ về đầu dòng, xuốngdòng, xóa màn hình,… Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn để cho

phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị lên LCD

- Chân R/W: cái này cũng đơn giản, đã nói ở trên

- Chân cho phép LCD chốt dữ liệu (E): Khi dữ liệu được cấp đến chân này thìmột xung mức cao xuống thấp phải được đặt lên chân E để LCD chốt dữ liệu

trên các chân dữ liệu (DB0 – DB7) Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns

- Chân DB0 - DB7: là 8 chân dữ liệu 8-bit (LCD 8-bit), được dùng để gửi dữ liệulên LCD (thông tin cần hiển thị) hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong

LCD Để hiển thị các chữ cái và các con số thì chúng ta sẽ gửi các mã ASCII của các chữ cái từ A – Z, a – z và các số từ 0 – 9 đến các chân này khi RS = 1

- Ta có thể sử dụng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng

nhận thông tin hay không Cờ bận là bit DB7 và có thể được đọc khi R/W = 1

và RS = 0 như sau:

- Nếu R/W = 1 và RS = 0 khi DB7 = 1 thì LCD bận và không nhận bất kỳ

thông tin mới nào Khi DB7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới Nên

kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu bào lên LCD

2.2.3.Bảng mã lệnh của LCD

Mã (HEX) Lệnh gửi đến thanh ghi của LCD

01 Xoá màn hình hiển thị

02 Trở về đầu dòng

04 Giảm con trỏ (dịch con trỏ sang trái )

06 Tăng con trỏ (dịch con trỏ sang phải)

05 Dịch hiển thị sang phải

07 Dịch hiển thị sang trái

08 Tắt con trỏ, tắt hiển thị

0A Tắt hiển thị, bật con trỏ

0C Bật hiển thi, tắt con trỏ

0E Bật hiển thị, nhấp nháy con trỏ

0F Tắt con trỏ, nhấp nháy con trỏ

10 Dịch vị trí con trỏ sang trái

14 Dịch vị trí con trỏ sang phải

18 Dịch toàn bộ hiển thị sang trái

1C Dịch toàn bộ hiển thị sang phải

80 Ép con trỏ về đầu dòng thứ nhất

C0 Ép con trỏ về đầu dòng thứ 2

38 Hai dòng và ma tận 5x7

2.3.IC GIẢI MÃ TÍN HIỆU MT8870

1.3.1.Sơ đồ chân

+Q1->Q4 : Đầu ra dữ liệu 4 bit

+STQ : Đầu ra báo hiệu có thông tin DTMF được gửi

STQ=1 : Khi có thông tin được gửi đến

STQ=0 : Khi không có thông tin

+/STQ : Đầu ra đảo của STQ

+IN : Đầu vào audio

+GND

+VCC

2.3.2.Tính năng và ứng dụng

Tính năng :

+Thiết bị thu tín hiệu DTMF

+Tiêu thụ điện năng thấp

+Điện áp sử dụng : +5V

Ứng dụng :

+Điều khiển từ xa

+Thiết bị thu trong hệ thống viễn thông British Telecom (BT) hoặc CEPT Spec.+Hệ thống nhắn tin vô tuyến

+Hệ thống thẻ tín dụng

+Máy trả lời điện thoại tự động

2.3.3.Nguyên lí hoạt động

+MT8870 là một thiết bị thu tín hiệu DTMF có tích hợp sẵn bộ lọc tín hiệu DTMF

và giải mã chuyển đổi 16 mã DTMF thành một số 4bit dạng số ở đầu ra

+MT8870 có thể ứng dụng để thu tín hiệu DTMF thông qua tín hiệu Audio lấy từ điện thoại có tích hợp tính năng DTMF

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ VÀ MẠCH IN

3.1.KHỐI PHÁT

3.1.1.Khối cảm biến mực nước

 Nhiệm vụ của khối

Sử dụng opamp LM311 thực hiện chức năng đo mực nước trong đập,truyền

dữ liệu đến khối vi điều khiển

 Sơ đồ mạch của khối

 Giải thích hoạt động của khối mạch

+Điều kiện làm việc của opamp Vcc=4,9-5,1 VDC

+Ban đầu khi dây đo chưa tiếp xúc nước:

V(+)=3.3V và V(-)=1.2V

V(+)>V(- ) =>Vout=Vcc=3.3V(mức logic 1)

+Khi dây đo tiếp xúc nước :

Điện trở của nước và điện trở 500K sẽ tạo nên cầu phân áp làm cho

V(+)<V(-)=1.2VVout=0V(mức logic 0)

3.1.2.Khối vi điều khiển

 Nhiệm vụ của khối:

Dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra,điều khiển mọi hoạt động của hệ thống

 Sơ đồ mạch của khối

 Giải thích hoạt động của khối mạch:

Các chân từ P2.3 đến P2.6 nhận dữ liệu từ đầu ra của cảm biến Tùy thuộc vào giá trị của các chân P2.3 đến P2.6 ,vi điều khiển xuất ra giá trị logic 0 hoặc logic 1 trên các chân P1.0P1.5; P2.0P2.2; P2.7

3.1.3.Khối hiển thị

 Nhiệm vụ của khối:

Nhận tín hiệu từ khối cảm biến mức nước hiển thị lên led 7 đoạn

 Sơ đồ mạch của khối:

 Giải thích hoạt động của khối mạch:

Khi các cảm biến mức nước tiếp xúc nước.Tùy thuộc vào giá trị các chân P2.3->P2.6 là logic 0 hay logic 1.Khi đó vi điều khiển sẽ xuất giá trị tương ứng ra các chân P1.0->P1.5 và P2.0 để hiển thị mức nước lên led 7 đoạn

3.1.4.Khối phát tín hiệu về hạ lưu

 Nhiệm vụ của khối:

Được điều khiển thông qua VĐK, xuất tín hiệu cảnh báo

 Sơ đồ mạch của khối:

 Giải thích hoạt động của khối mạch:

+Khi mức nước trong đập ở mức 1,dây đo cảm biến mức nước mức 1 tiếp xúc nước,gía trị đầu ra của opamp mức logic 0,gửi đến chân P2.3vđk điều khiển led 7 đoạn hiển thị số 1

+Khi mức nước trong đập ở mức 2,dây đo cảm biến mức nước mức 2 tiếp xúc nước,giá trị đầu ra của opamp mức logic 0,gửi đến chân P2.4vđk điều khiển led 7 đoạn hiển thị số 2

+Khi mức nước trong đập ở mức 3,dây đo cảm biến mức nước mức 3 tiếp xúc nước,gía trị đầu ra của opamp mức logic 0,gửi đến chân P2.5vđk điều khiển led 7 đoạn hiển thì số 3

+Khi mức nước trong đập ở mức 4,dây đo cảm biến mức nước mức 4 tiếp xúc nước,giá trị đầu ra của opamp mức logic 0,gửi đến chân P2.6vđk điều khiển led 7 đoạn hiển thì số 4, chuông reo, đèn led nhấp nháy, khi đó điện thoại sẽ gọi điện ,nhấn phím gửi tín hiệu DTMF về phía thu

3.2.KHỐI THU

3.2.1.Khối nhận tín hiệu vào

 Nhiệm vụ của khối

Giải mã tín hiệu DTMF và truyền dữ liệu đến vi điều khiển

 Sơ đồ mạch của khối

3.2.2.Khối vi điều khiển

 Nhiệm vụ của khối:

Dùng để xử lý các tín hiệu vào và xuất tín hiệu ra,điều khiển mọi hoạt động của hệ thống

 Giải thích hoạt động của khối mạch :

Đầu vào các chân vi điều khiển P1.0 đến P1.3 được lấy từ chân Q1Q4 của

 Nhiệm vụ của khối

Hiển thị thông tin cảnh báo khi nước trong đập ở mức nguy hiểm

 Sơ đồ mạch của khối

 Giải thích hoạt động của khối mạch

LCD 16x2 được sử dụng ở chế độ 4 bit, chân Vss nối mass, chấn VDD nhận nguồn 5V, chân RW nối mass, chân RS-EN được điều khiển thông qua các chân P2.6-P2.7, chân nhận dữ liệu D4 đến D7 nối với P1.4 P1.5 P2.0 P2.1 của vi điều khiển

4.2.5/Khối phát tín hiệu cảnh báo

 Nhiệm vụ của khối

Nhấp nháy led và bật mp3 phát âm thanh cảnh báo khi nước trong đập ở mức nguy hiểm

 Sơ đồ mạch của khối

 Giải thích hoạt động của khối mạch:

Khi các chân P1.0 P1.3 có trạng thái 0001 thì vđk sẽ điều khiển như sau:Hiển thị LCD cảnh báo vỡ đập

Chân p2.3 ở mức 0 thì BJT Q1 sẽ dẫnkích dẫn opto PC 817mở mp3.Chân p2.4 và p2.5 được điều khiển sang trạng thái 0,1 để tạo hiện tượng nhấp nháy

3.3.MẠCH IN

3.3.1 Quy trình thực hiện mạch in

Layout mạch:

- Dùng Orcad để vẽ sơ đồ nguyên lý mạch

- Dùng Layout Plus để tạo layout từ sơ đồ nguyên lý

- Sau khi giấy đã được giữ cố định trên board Tiến hành là qua lại khắp board để cho mực in được chảy ra Sau khi cảm thấy mực đã chảy ra và bám chặt trên board thì hạ nhiệt độ bàn là và đặt bàn là khỏi board

Quá trình rửa mạch:

- Sau khi đợi cho mạch mới ửi xong được nguội, ta gở bỏ phần giấy trên board, ngâm vào nước lạnh để lấy sạch giấy Sau đó kiểm tra phần chổ nào mực không bám lên board ta dùng bút xạ để kẻ lại đường mực

- Sau đó tiến hành ngâm mạch trong dung dịch FeCl3 được pha sẵn trong khoảng 1 giờ để cho FeCl3 phản ứng hết với phần đồng không bị bám mực trên board

- Sau khi hoàn thành quá trình ngâm mạch ta rửa lại trong nước lạnh, dùng giấy nhám mịn chà cho sạch đường mực bám trên board sao cho phần đường đồng trên mạch không bị ảnh hưởng

Quá trình khoan, hàn mạch:

- Chọn mũi khoan phù hợp cho chân linh kiện

- Đối với đế IC thì chọn mũi khoang 1mm Các linh kiện như điện trở, tụ, trở thanh, BJT thường chọn mũi khoan 0.6mm và 0.8mm Đối với BJT công suất thì chọn mũi 1.2mm

- Gắn linh kiện theo layout và hàn từng linh kiện một vào mạch

- Sau khi hàn xong linh kiện vào board dùng kìm bấm phần chân còn dư

- Đối với những phần cần phải chạy thêm dây: tiến hành chọn dây dẫn phù hợp Gọt 2 đầu và hàn vào mạch như linh kiện thông thường

3.3.2.Mạch in vẽ bằng phần mềm Altium

*Mạch phát:

*Mạch thu:

CHƯƠNG 4: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH

4.1.LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

4.1.1.Lưu đồ khối phát

Main

Khởi tạo các chân input, output

Sai Sai

Đúng

Đúng

Cảm biến 2 tiếp xúc nước?

Hiển thị số 1Cảm biến 1 tiếp xúc nước?

Thiết lập trạng thái ban đầu cho các chân

Hiển thị số 2

Sai

Sai

Đúng Đúng

Hiển thị số 4Chuông reoĐiện thoại tự động gọi

Cảm biến 4 tiếp xúc nước?

Hiển thị số 3Cảm biến 3 tiếp xúc nước?

4.1.1.Lưu đồ khối thu

Sai

ĐúngHiển thị LCDBật mp3Nhấp nháy led

Kiểm tra chuỗi bit Q4Q1

Thiết lập trạng thái ban đầu cho các chânKhởi tạo các chân input, output

Main

4.2.Chương trình viết bằng phần mềm Energia

4.2.2.Chương trình khối thu