Điều khiển quạt theo nhiệt độ

Điều khiển quạt theo nhiệt độ

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN (CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN)

2

NHẬN XÉT (GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN)

4

LỜI NÓI ĐẦU

Kỹ thuật vi điểu khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa so với

kỹ thuật số thì kỹ thuận vi điều khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và cókhả năng lập trình được để điều khiển Nên rất tiện dụng và cơ động Với tình ưu việt của

vi điều khiển thì trong phạm vi đồ án nhỏ này, em chỉ dùng vdk để đo nhiệt độ môi trường thông qua đó khiều khiển quạt đồng thời hiển thị trên LCD

Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của vdk trong thực tiễn để rồi từ đó tìm tòi, phát triển nhiều ứng dụng khác trong đời sống hàng ngày cần đến

Việc thực hiện xong đồ án môn học bằng các kiến thức đã học, một số sách tham khảo

và một số nguồn tài liệu khác nhâu nên không tránh khỏi những thiết sót Vì vậy nhóm rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhờ sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cô trong khoa và giáo viên hướng dẫn,nhóm đã hoàn thành được phần đồ án của mình Những khúc mắc trong quá trình làm đồ án, chúng em đã được các thầy cô phân tích và hướng dẫn giải đáp

cụ thể Chúng em chân thành cảm sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Tuy nhiên, sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong các thầy cố đóng góp và bổ sung cho

đồ án của chúng em hoàn chỉnh hơn Nhóm xin chân thành cảm ơn

6

PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ĐỒ ÁN 1

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 2

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN 3

3.1 SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT 3

3.2 CODE LẬP TRÌNH 6

CHƯƠNG 4: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 11

4.1 QUẠT ĐIỆN 11

4.1.1 Cấu Tạo 11

4.1.2 Nguyên Lý Hoạt Động 11

4.2 CẢM BIẾN NHIỆT 11

4.2.1 Nguyên Lý Hoạt Động Chng Của Ic Nhiệt Độ 12

4.2.2 Đặc Tính Của Lm35 12

4.3 KHỐI LCD 13

4.4 KHỐI NGUỒN 15

4.5 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM 15

4.5.1 Sơ Đồ Khối Pic16F877a 15

4.5.2 Các Thông Số Chung Của Pic16f877a 17

4.5.3 ADC 18

4.6 NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA SƠ ĐỒ KHỐI 22

TÀI LIÊU THAM KHẢO 23

CHƯƠNG 1: TỔNG QUÁT THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO ĐỒ ÁN

LCDCẢM BIẾN

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

Các vi mach chính và linh kiện chi tiết được sử dụng trong đồ àn này:

• Trong khối cản biển có LM35

• Trong khối lcd,sử dụng lcd LM16 02x16

• Trong khối động cơ ac sử sụng quạt diện

• Trong khối sử xý trung tâm : PIC16F877A

• Khối nguồn sử dụng máy biens áp loại nhỏ 220V

• Ngoài ra các linh kiện chi tiết thường dùng là 3 điện trở 1k,4 điện trở 10k,;3transistor C1815;3 led;3 realay loại 5 chân(12V);4 nút nhấn;và các tụ điện

SƠ ĐỒ MẠCH IN

10

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH CHO VI ĐIỀU KHIỂN

3.1.SƠ ĐỒ GIẢI THUẬT

ĐÚNG

SAI

Disp_lcd

PORTC = 0X00BUT0==0

KHAI BÁO BIẾN VÀ

C TR CON

KHỞI TẠO C TRÌNH CON(init_PORTX;init_adc;disp_lcd;rea

d_adc)BẮT ĐẦU

SAI

ĐÚNG

SAI

PORTC=0X04BUT3==0

B

PORT

TEMP>=20

PORTC=0X02TEMP>=25

PORTC=0X01

KẾT THÚC

3.2 CODE CHƯƠNG TRÌNH

Code chương trình chính:

//CHUONG TRINH DIEU KHIEN QUAT THEO NHIET DO

//Khai bao thu vien

//Cau hinh he thong

CONFIG(HS & WDTDIS & PWRTEN & UNPROTECT & BORDIS & LVPDIS);

void disp_lcd(unsigned char temp)

{

lcd_gotoxy(4,1);

lcd_putc(temp/10+48); lcd_gotoxy(5,1);

lcd_putc(temp % 10 + 48); delay_ms(100);

if(temp >= 30) {

PORTC = 0X04;

}

else if(temp>=25) {

PORTC = 0X02;

}

else if(temp>=20) {

PORTC = 0X01;

}

else PORTC = 0;

if(BUT0==0)

PORTC =0x00;

.-Roto: là phần quay

4.1.2.Nguyên lý hoạt động

Khi cho dòng điện vào quạt thì từ trường tạo bởi hai cuộn chạy và cuộn đề hợp thànhtừtrường quay nhờ sự lệch pha gữa hai dòng điện trong hai cuộn Từ trường quay nàytácđộng lên roto làm phát sinh dòng điện ứng chạy trong roto.Dòng điện ứng dưới tác dụngcủa từ trường quay tao ra moment quay làm quay rototheo chiều từ trường quay.Tốc độquay của quạt được xác định:

ở chế độ thấp nhất,cuộn số 3 cho quạt quay ở tốc độ cao nhất

Nguồn cung cấp cho quạt hoạt động được là nguốn xoay chiều 220v

Trong ứng dung này để máy quạt hoạt động được thì ta dùng 3 relay(loại 5 chân) mắctương ứng cho 3 cuốn số tương ứng của quạt khi một trong 3 con relay nhân được tínhiệu tự các chân ngõ ra từ pic 16F877A thì relay tương ứng sẽ lấy nguồn từ khối nguồn là220v cung cấp cho quạt hoạt động với tốc độ tương ứng dựa trên cuộn số

4.2.CẢM BIẾN NHIỆT LM35

4.2.1.Nguyên lý hoạt động chung của IC nhiệt độ

IC đo nhiệt độ là một mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điệndưới dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính rất nhạy của các bán dẫn với nhiệt độ,tạo ra điện áp hoặc dòng điện tỷ lệ cần đo Sự tác động của nhiệt độ tạo ra điện tích tự do

và các lỗ trống trong chất bán dẫn bằng sự phá vỡ các phân tử, bứt các electron thànhdạng tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể tạo sự xuất hiện của các lỗ trống.làm cho tỷ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ

4.2.2 Đặc tính của LM35(xem hình minh họa bên dưới)

• Đơn vị đo trực tiếp là celcius(centigrade)

• Hệ số tỉ lệ tuyến tính là 10.0 mV/°C

• Sự bảo đảm chính xác là 0.5°C(tại +25°C)

• Dãy hoạt động từ −55° tới +150°C

• Thích hợp cho các ứng dụng điều khiển

• Hoạt động được 4v tới 30v

• Dòng cấp vào < 60 μA

Trong hình trên ta thấy chân só 1 là chân nguồn,chân 2 là chân mass, chân 3 là chân đưa

ra tín hiệu ra cung câp cho chân RA3(AN3) của PIC 16F877A

Vai trò của LM35 trong ứng dụng này là đo nhiệt độ bên ngoài môi trường rồi gửi cho cổng AN3 của vi điều khiển

20

Để LM35 hoạt động được thì ta kết nối các chân tương ứng như hình 2 Với chân 1(Vs) nối với nguồn 5v chân 2(GND) nối mức 0v và cuối cùng là chân 3 nối với pin

RA3(AN3)

4.3.KHỐI LCD

Chức năng các chân của modul LCD(16x2)

Đặc tính chung:

Nguồn cung cấp 5v(hoặc 3v)

Chu kì bổn phân 1/16

22

B/L được điều khiển bởi pin1, pin2, hay pin 15, pin16 hay A.K(LED)

Dựa vào bảng datasheet trên ta có kiểu kết nối cho LCD như sau:

Chân 1, chân 16 nối mass

Chân 2, chân 15 nối nguồn 5v

Chân 3 nối biến trở 10k dùng để tùy chỉnh độ ánh sàng màn hình

Chân 4(RS) lựa chọn thanh ghi lệnh hay thanh ghi dữ liệu, chân 5(R/W) ghi vào LCD module hay đọc từ lcd module , chân 6(E) tín hiệu cho phép LCD hoạt động Cả 3 chân này được nối với 3 pin của port D(RD1-RD3)

Các chân 11-chân 14 là các chân đường dữ liệu được nối với các pin của port D là RD7 với vai trò là truyền và nhận dữ liệu giữa khối LCD và khối xử lý trung tâm

RD4-4.4 KHỐI NGUỒN

Máy biến áp:

Chuyển đổi từ nguốn điện áp xoay chiều 220 ban đầu thành các nguồn áp và dòng điện thấp hơn rồi phân pháp cho các vi mạch nhỏ trong ứng dụng này,với các mức điện áp chuyển đổi là 7v,9v,110v…

4.5 KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM(PIC16F877A)

4.5.1 Sơ đồ khốipic 16F877A

4.5.2 Các Thơng Số Chung Của Pic 16f877a

Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit.Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kì xung clock Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là

20 MHz với một chu kì lệnh là 200ns Bộ nhớ chương trình 8Kx14 bit, bộ nhớ dữ liệu 368x8

byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256x8 byte Số PORT I/O là 5 với 33

pin I/O

Các đặc tính ngoại vi bao gồmcác khối chức năng sau:

Timer0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit

Timer1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số, có thể thực hiện chức năng đếm dựa vàoxung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep

Timer2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler

Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rông xung

Các chuẩn giao tiếp nối tiếp SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C

Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.

Cổng giao tiếp song song PSP (Parallel Slave Port) với các chân điều khiển RD, WR,

CS ở bên ngoài

Các đặc tính Analog:

8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit

Hai bộ so sánh

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

Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 100.000 lần

Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa 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 Circuit Serial Programming)thông qua 2 chân

Watchdog Timer với bộ dao động trong

Chức năng bảo mật mã chương trình

Chế độ Sleep

Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau

hoàn tất, kết quả sẽ được lưu vào hai thanh ghi ADRESH:ADRESL, bit

(ADCON0<2>) được xóa về 0 và cờ ngắt ADIF được set

Qui trình chuyển đổi từ tương tự sang số bao gồm các bước sau:

1 Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADC:

Chọn ngõ vào analog, chọn điện áp mẫu (dựa trên các thông số của thanh ghi

26

Chọnh kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0)

Chọnh xung clock cho kênh chuyển đổi AD (thanh ghi ADCON0)

Cho phép bộ chuyển đổi AD hoạt động (thanh ghi ADCON0)

2 Thiết lập các cờ ngắt cho bộ AD

Clear bit ADIF

Set bit ADIE

Set bit PEIE

Set bit GIE

3 Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hoàn tất

4 Bắt đầu quá trình chuyển đổi (set bit )

5 Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách:

Kiểm tra bit Nếu =0, quá trình chuyển đổi đã hoàn tất

Kiểm tra cờ ngắt

6 Đọc kết quả chuyển đổi và xóa cờ ngắt, set bit (nếu cần tiếp tục chuyểnđổi)

7 Tiếp tục thực hiện các bước 1 và 2 cho quá trình chuyển đổi tiếp theo.Hình 3

Hình 3 Sơ đồ khối bộ chuyển đổi ADC.

Cần chú ý là có hai cách lưu kết quả chuyển đổi AD, việc lựa chọn cách lưu được điều khiển

bởi bit ADFM và được minh họa cụ thể trong hình sau:

28

Hình 4 Các cách lưu kết quả chuyển đổi AD.

Các thanh ghi liên quan đến bộ chuyển đổi ADC bao gồm:

INTCON (địa chỉ 0Bh, 8Bh, 10Bh, 18Bh): cho phép các ngắt (các bit GIE, PEIE).PIR1 (địa chỉ 0Ch): chứa cờ ngắt AD (bit ADIF)

PIE1 (địa chỉ 8Ch): chứa bit điều khiển AD (ADIE)

ADRESH (địa chỉ 1Eh) và ADRESL (địa chỉ 9Eh): các thanh ghi chứa kết quả chuyểnđổi AD

ADCON0 (địa chỉ 1Fh) và ADCON1 (địa chỉ 9Fh): xác lập các thông số cho bộ

chuyển đổi AD

PORTA (địa chỉ 05h) và TRISA (địa chỉ 85h): liên quan đến các ngõ vào analog ởPORTA

PORTE (địa chỉ 09h) và TRISE (địa chỉ 89h): liên quan đến các ngõ vào analog ởPORTE

4.6 NỘI DUNG CHI TIẾT CỦA SƠ ĐỒ KHỐI

Để cấp tín hiệu cho động cơ quạt hoạt động thì ta dùng 3 transistor C1815(thơng dụng)mắc theo kiểu CE(khuếch đại dịng và áp nhung cho tin hiệu ra ngược pha) nhằm tăngdịng và áp từ tin hiệu nhận được của các pin của PORTC lên nhiều lần để đủ cung cấpcho relay hoạt động ổn định.do dịng của cac pin của các PORT là tương đối thấp khoảng20-25mA.lên phải dùng mạch khuếch đại kiểu CE này

Trong mạch khuếch đai kiểu CE này thì ta mắc thêm một diode ở cục C của C1815 nhằmchỉ cho tín hiệu một chiều và lớn hơn 5v đi qua rồi từ đó cấp tín hiệu cho relay hoạtđộng bên cạnh mắc relay ở cực C thì ta còn mắc thêm song song một điện trở 1k nối tiếpvới LED để nhận biết tín hiệu mức cao xuật hiện ở mỗi con relay.

30

Ngoài ra trong vi mạch này ta mắc thêm các nút nhấn tương ứng với các pin của PORTBnhằm điều khiển quạt ở chế độ bằng tay Các nút nhấn này, một đầu được mắc xuốngmass, một đầu được mắc với điện trở rồi kéo lên nguồn 5v đồng thời kết nối với các pincủa PORTB tương ứng là RB0-RB3.khi các nút nhấn được nhẫn tương ứng thì tốc độ củaquạt cũng thay đổi tương ứng.

KẾT LUẬN

Trong quá trình làm đồ án chúng em vẫn còn mắc nhiều thiếu sót, đó là chưa tínhtoán giá trị chính xác của các linh kiện trong đồ án, chưa tính toán được chính xác kíchthước của bảng mạch cần dùng mà hầu hết chỉ ước chừng và phỏng đoán ngoài rachúng em cũng chưa hiểu rõ nhiều về sơ đồ khối và cấu tạo của vi điều khiển 16F877A

và nguyên lý hoạt động của quạt điện, nhưng bù lại sau khi làm xong đồ án này chúng

em rút ra những bài học kinh nghiệm quý báu, bổ ích để làm tốt cho những đồ án lần sau

32

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Các bài thực hành trong Thí nghiệm VI XỬ LÝ(PHẠM QUANG TRÍ)