Mô phỏng điểu chỉnh vận tốc động cơ của quạt theo nhiệt độ môi trường đã được lập trình trước

Mô phỏng điểu chỉnh vận tốc động cơ của quạt theo nhiệt độ môi trường đã được lập trình trước

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.2 Mục đích

1.3 Ý nghĩa:

1.4 Yêu cầu:

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG

2.1 Các bộ phận chính

2.2 Các linh kiên sử dụng

2.2.1 LM35

2.2.2 8051

điều khiển -Chân 31 nối VCC: sử dụng bộ nhớ chương trình (4Kb) bên trong vi điều -

RST(Chân RESET): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng để thiết lập trạng

thái ban đầu cho vi điều khiển Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ

này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN: -PSEN

( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ

chương trình ngoài Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROM

ngoài Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín

hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy Khi thực thi

một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic không tích cực (logic

1) (Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến) - Chân ALE :(chân cho phép

chốt địa chỉ-chân 30) Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có

chức năng là bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ

liệu và địa chỉ Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các

đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt Các xung tín hiệu

ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, như vậy có thể dùng

tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống -

Nhóm chân điều khiển vào/ra:  Π ort 0: gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức

năng: -Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài

vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều

khiển led đơn sáng tắt - Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân

này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết

nối với bộ nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ

ngoài  Π ort 1 (P1): gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8, chỉ có chức năng làm các

đường xuất/nhập, không có chức năng khác  Π ort 2 (P2) : gồm 8 chân (từ chân 21

đến chân 28) có hai chức năng: -Chức năng xuất/nhập -Chức năng là bus địa chỉ cao

(A8-A15): khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung lượng lớn,cần 2 byte để định địa chỉ

của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte cao do P2 này đảm nhận  Π ort 3 (P3):

gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17): Chức năng xuất/nhập Với mỗi chân có một chức

năng riêng: P3.0 RxD : Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp P3.1 TxD : Ngõ xuất dữ liệu nối

tiếp P3.2 INT0: Ngõ vào ngắt cứng thứ 0 P3.3 INT1: Ngõ vào ngắt cứng thứ 1 P3.4

T0 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0 P3.5 T1 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1

P3.6 WR : Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 RD : Ngõ điều khiển đọc

dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài P1.0 T2 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 2 P1.1 T2X :

Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ

2.2.4 Transistor

2.2.5 Điện trở:

2.2.6 Tụ điện

CHƯƠNG 4: CODE

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

− Quạt là một tiết bị cơ khí được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với nhiều kiểu dán khác nhau…nhằm vận chuyển không khí từ nơi này đến nơi khác đáp ứng các yêu cầu trong sinh hoạt hằng ngày ,các quá trình chế biến trong nông-

công nghiệp,trong các hệ thống nung nóng và làm mát,và trong các nhà máy nhiệt điện.

− Ngày nay với sự phát triển của công nghệ vi điện tử các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, vi điều khiển được ứng dụng vào các lĩnh vực điều khiển thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô

sơ, với tốc độ xử lý chậm ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển

tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

− Do trong điều kiện hạn chế về kinh tế, thời gian và trình độ nên em chỉ dừng lại ở việc mô phỏng điều chỉnh vận tốc động cơ của quạt theo nhiệt độ môi trường đã được lập trình trước

1.2 Mục đích

Việc làm đồ án này mục đích là để thực hành những gì được học trên

lý thuyết ở các môn như Kỹ Thuật Số, Lý Thuyết Mạch, Mạch Linh Kiện Điện

Tử… Bên cạnh đó, tạo cơ hội cho sinh viên cọ sát với thực tế làm mạch, thiết

kế mạch, tính toán thông số

1.3 Ý nghĩa:

Hiểu rõ hơn và tiếp xúc thực tế với các linh kiện điện tử, IC Là nền

tảng cho các đồ án lớn tiếp theo

1.4 Yêu cầu:

− Sử dụng cảm biến nhiệt

− Xây dựng thuật toán điều khiển động cơ của quạt bằng nhiệt độ

− Sinh viên vẽ sơ đồ nguyên lý mạch, tìm kiếm linh kiện thực tế trên thịtrường để xây dựng mạch

− Kết thúc đồ án phải có sản phẩm thực tế mô phỏng được yêu cầu

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG

Để đo lường nhiệt độ thì có thể dùng nhiều loại cảm biến nhiệt khác, mỗi loại

có một ưu điểm riêng phù hợp với từng nhu cầu riêng Ở đây nhu cầu củamình là đo nhiệt độ môi trường bình thường nên sử dụng

− LM35 là tối ưu nhất vì: đây là loại cảm biến có độ chính xác cao, tầmhoạt động tuyến tính từ 0-128 độ C, tiêu tán công suất thấp

− Đây là loại IC có điện áp tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ thang Celsius.Mạch hiệu chỉnh điểm 0 của thang nhiệt độ Kelvin là không cần nhưmột số loại IC khác.Điện áp đầu ra là 10mV/K và sai số khôngtuyến tính là ± 1,8mV cho toàn thang đo

− Điện áp cung cấp có thể thay đổi từ 4V->20v Điện áp đầu ra từ +6Vđến -1V

− Ưu điểm

• Rẻ tiền

• Dễ chế tạo

• Chống nhiễu tốt

o VCC: chân 40, điện áp cung cấp 5VDC

o GND: chân 20(hay nối Mass).

- Nhóm chân dao động: gồm chân 18 và chân 19 (Chân XTAL1 và XTAL2), cho phép ghép nối thạch anh vào mạch dao động bên trong vi điều khiển, được sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép nối với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định.

.XTAL 1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại dao động đảo và ngõ vào đến mạch tạo xung clock bên trong.

.XTAL 2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại dao động đảo.

- Chân chọn bộ nhớ chương trình: chân 31 (EA/VPP): dùng để xác định chương trình thực

hiện được lấy từ ROM nội hay ROM ngoại

- Chân 31 nối mass: sử dụng bộ nhớ chương trình bên ngoài vi

điều khiển

-Chân 31 nối VCC: sử dụng bộ nhớ chương trình (4Kb) bên trong vi điều

- RST(Chân RESET): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dùng

để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kì máy

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN:

-PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài Chân này thường được nối với chân OE (output enable) của ROM ngoài

Khi vi điều khiển làm việc với bộ nhớ chương trình ngoài, chân này phát ra tín hiệu kích hoạt ở mức thấp và được kích hoạt 2 lần trong một chu kì máy

Khi thực thi một chương trình ở ROM nội, chân này được duy trì ở mức logic không tích cực (logic 1)

(Không cần kết nối chân này khi không sử dụng đến).

- Chân ALE :(chân cho phép chốt địa chỉ-chân 30)

Khi Vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ, vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các đường

dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt

Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào Vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống

- Nhóm chân điều khiển vào/ra:

¬ Port 0:

gồm 8 chân (từ chân 32 đến 39) có hai chức năng:

-Chức năng xuất/nhập :các chân này được dùng để nhận tín hiệu

từ bên ngoài vào để xử lí, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài, chẳng hạn xuất tín hiệu để điều khiển led đơn sáng tắt

- Chức năng là bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0) : 8 chân này (hoặc Port 0) còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại (nếu có kết nối với bộ nhớ ngoài), đồng thời Port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài.

¬ Port 1 (P1):

gồm 8 chân (từ chân 1 đến chân 8, chỉ có chức năng làm các

đường xuất/nhập, không có chức năng khác

¬ Port 3 (P3):

gồm 8 chân (từ chân 10 đến 17):

Chức năng xuất/nhập

Với mỗi chân có một chức năng riêng:

P3.0 RxD : Ngõ vào nhận dữ liệu nối tiếp

P3.1 TxD : Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

P3.2 INT0: Ngõ vào ngắt cứng thứ 0

P3.3 INT1: Ngõ vào ngắt cứng thứ 1

P3.4 T0 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 0

P3.5 T1 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 1

P3.6 WR : Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P3.7 RD : Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ bên ngoài P1.0 T2 : Ngõ vào của Timer/Counter thứ 2

P1.1 T2X : Ngõ Nạp lại/thu nhận của Timer/Counter thứ

2.2.3 ADC 0804

Chíp ADC 0804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loạt ADC 800 từ hãng National Semiconductor Nó cũng được nhiều hãng khác sản xuất, nó làm việc với +5v và có độ phân giải là 8 bít Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá một bộ ADC

Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân Trong ADC 804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK

và CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110às Các chân của ADC 0804 được

mô tả như sau Sơ đồ chân ADC 0804

Các chân của ADC 0804

1- CS (chip select) - ch n chipLà một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng

để kích hoạt chíp ADC 804 Để truy cập ADC 0804 thì chân này phải ở mức thấp

2- RD (Read) c

Chân (đọc): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp Khi CS = 0 nếu một xung cao - xuống - thấp được áp đến chân thì đầu ra số 8 bít được hiển diện ở các chân dữ liệu D0 - D7 Chân cũng được coi như cho phép đầu ra

3 - WR (Write) -Chân ghi

Đây là chân đầu vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC

804 bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = 0 khi tạo ra xung cao -

xuống - thấp thì bộ ADC 0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tư

ơng tự Vin về số nhị phân 8 bít Lượng thời gian cần thiết để

chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN

và CLK R Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR

được ép xuống thấp bởi ADC 0804

4 - Chân CLK IN và CLK R

Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian Tuy nhiên 0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong của 804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở như hình12.5 Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức: f=1,1/RC R = 10k và C= 150pF và tần số nhận được là f = 606kHz

5 - Ng t INTR ( interrupt)

Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp Bình thường nó ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi Sau khi xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao 0 xuống - thấp tới chân lấy dữ liệu ra của 804

6 - 7- Chân Vin (+) và Vin (-)

Đây là các đầu vào tương tự vi sai mà Vin = Vin (+) - Vin (-)

Thôngthường Vưin (-) được nối xuống đất và Vin (+) được dùng như đầu vào tương tự được chuyển đổi về dạng số

chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC 804

nằm trong dải 0 đến +5v (giống như chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng

dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin cần phải khác ngoài dải 0 đến 5v

Chân Vref/2 đượcdùng để thực thi các điện áp đầu vào khác ngoài dải 0 - 5v Ví

dụ, nếu dải đầu vào tương tự cần phải là 0 đến 4v thì Vref/2 được nối với +2v

T 11- 18 Các chân dữ liệu D0 - D7

Các chân dữ liệu D0 - D7 (D7 là bít cao nhất MSB và D0 là bít thấp nhất

LSB) là các chân đầu ra dữ liệu số Đây là những chân được đệm ba trạng thái và

dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân bị đưa xuống thấp Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau:

buocthuockichVDinout=Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) Vin là điện áp đầu vào tương tự và độ phân dải là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2 ì Vref/2) chia cho 256 đối với ADC 8 bít

Chân đất tương tự và chân đất số

Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tương tự

Đất tương tự được nối tới đất của chân Vin tương tự, còn đất số được nối tới đất của chân Vcc Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ các điện áp ký sinh tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác Trong phần trình bày của chúng ta thì các chân này được nối chung với một đất Túm

tt cỏc bc khi ADC0804 chuyn i d liu

Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển đổi dữ liệu bởi ADC 0804 là:

Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân để bắt đầu chuyển đổi

Duy trì hiển thị chân Nếu xuống thấp thì việc chuyển đổi được hoàn tất và

ta có thể sang bước kế tiếp Nếucao tiếp tục thăm dò cho đến khi nó xuống thấp.Sau khi chân xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao - xuống - thấp đến chân để lấy dữ liệu ra khỏi chíp ADC 0804 Phân chia thời gian

cho quá trình này được trình bày trên hình

2.2.4 Transistor

- Gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối

tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếughép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược về phương diện cấu tạoTransistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau

Cấu tạo Transistor

− Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc kýhiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

− Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

- Ký hiệu

Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thểhiện qua các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số.Màu đen: số 0, màu nâu: số 1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số

4, màu lục: số 5, màu lam số 6, màu tím số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số9

Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất,vạch màu đó và vạch màu thứ hai, kế nó được dùng để xác định trị số củamàu

Vạch thứ ba là vạch để xác định nhân tử lũy thừa: 10(giá trị của màu)

Giá trị điện trở = trị số x nhân tử lũy thừa

Phần cuối cùng: (không cần quan tâm nhiều)là vạch màu nằm táchbiệt với ba vạch màu trước, thường có màu hoàng kim hoặc màu bạc, dùng

để xác định sai số của giá trị điện trở, hoàng kim là 5%, bạc là 10%

Bảng màu điện trở

Ví dụ

-Đơn vị của điện trở :

Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ

Kí hiệu: được kí hiệu là C

Ký hiệu trong sơ đồ mạch điện:

Cách đọc giá trị của tụ điện

- Đọc trực tiếp trên thân điện trở, ví dụ 100µF (100 microFara)

Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J vv thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên ,

số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau( chữ J hoặc K ở cuối kà ký

hiệu cho sai số)

-Ví dụ 1:103J sẽ là 10000 pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF

- Ví dụ 2: 471K sẽ là 470 pF (thêm 1 số 0 vào sau 47)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính

là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện có

thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ

CHƯƠNG 3: MẠCH THU THẬP NHIỆT ĐỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CỦA QUẠT