MẠCH điều KHIỂN NHIỆT độ CHO TRẠM BTS dùng 89c51 ( có code và mạch in )

có sơ đồ nguyên lý, sơ đồ khối và lưu đồ giải thuật, mạch in và code đầy đủ cho MẠCH điều KHIỂN NHIỆT độ CHO TRẠM BTS dùng 89c51...............................................................................................................................................................

ĐỒ ÁN 2

ĐỀ TÀI:MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ CHO TRẠM BTS

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH

1.1 GIỚI THIỆU

1.1.1 Tổng quát về trạm BTS

1.1.2 Mục đích thiết kế

1.1.3 Hướng thiết kế

1.1.4 Nguyên lý thiết kế

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH 2.2 TÌM HIỂU LINH KIỆN 2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 2.4 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG + THI CÔNG MẠCH

3.1 MÔ PHỎNG+KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

3.2 THI CÔNG MẠCH

3.2.1 Mô hình mạch

3.2.2 Nhận xét

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN

4.1 KẾT LUẬN

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

•HÌNH ẢNH CÁC LINH KIỆN

IC89C51

ADC0804

CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35

•HÌNH ẢNH MẠCH NGUYÊN LÝ

•HÌNH ẢNH MẠCH MÔ PHỎNG

•HÌNH ẢNH MÔ HÌNH MẠCH KHI HOÀN THIỆN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Sách “Kỹ Thuật Vi Xử Lý” tác giả Hồ Trung Mỹ

Sách “xử lý số tín hiệu” tác giả Lê Tiến Thường

Sách “điên tử 1” tác giả Lê Tiến Thường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH

1.1 GIỚI THIỆU:

1.1.1 Tổng quan về trạm BTS:

Là một cơ sở hạ tầng viễn thông được sử dụng nhằm tạo thông tin liên lạc không dây giữa các thiết bị thuê bao viễn thông và nhà điều hành mạng Các thiết bị thuê bao có thể là điện thoại di động, thiết bị internet không dây trong khi các nhà điều hành mạng có thể là mạng di động GSM, CDMA hay hệ thống TDMA cơ bản. Một BTS điển hình bao gồm: một trạm thu phát (TRX) nhằm xử lý việc truyền và nhận tín hiệu, gửi và nhận các tín hiệu từ các phần tử mạng cao hơn; một bộ tổ hợp sẽ kết hợp nguồn cấp dữ liệu từ một số trạm thu phát để được gửi đi thông qua một ăng-ten duy nhất do đó làm giảm số lượng ăng-ten cần cài đặt; một bộ khuếch đại công suất giúp khuếch đại tín hiệu từ trạm thu phát để truyền thông tin qua ăng-ten; một bộ song công được sử dụng để tách việc gửi và nhận tín hiệu từ các ăng-ten hoặc từ một ăng-ten là một phần bên ngoài của BTS.

1.1.2 Mục đích thiết kế:

Trong quá trình hoạt động các trạm BTS sản sinh ra một lượng nhiệt không hề nhỏ.Điều này làm tổn hao công suất của trạm và giảm tuổi thọ các thiết bị,linh kiện Nhằm khắc phục điều này mạch điều khiển nhiệt độ được hình thành

1.1.2 Hướng thiết kế:

Dựa vào nguyên lý hoạt động của linh kiện cảm biến nhiệt độ

Chức năng xử lý của vi điều khiển

Hoạt động của động cơ

1.1.3 Nguyên lý thiết kế:

a.Bộ chuyển đổi ADC:

+Thuật toán áp dụng cho mã hóa nhị phân thông thường và offset (với bộ ADC tương ứng ) và lượng tử theo kiểu rút ngắn

+Đối với mạch nhiệt ta yêu cầu nhiệt độ ở mức 35 độ C tức là chân Vref của ADC có mức điện áp 17,4mV thì động cơ quay tương đương với mức logic là 00100011

Khi ADC thực hiện so sánh bằng phương pháp offset sẽ bắt đầu so sánh từ lsb

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

2.1 TÌM HIỂU LINH KIỆN:

2.1.1 IC 89C51:

Các đặc điểm của 8951 được tóm tắt như sau :

•8 KB EPROM bên trong

•128 Byte RAM nội

•4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

•Giao tiếp nối tiếp

•64 KB vùng nhớ mã ngoài

•64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

•Xử lí Boolean (hoạt động trên bit đơn)

•210 vị trí nhớ có thể định vị bit

•4 μs cho hoạt động nhân hoặc chia

•Sơ đồ khối của 8951:

Sơ đồ chân 8951:

Chức năng các chân của 89c51:

•89c51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập.Trong đó có 24 chân có tác dụng kép ( có nghĩa 1 chân có 2 chức năng),mỗi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ

Các port

•port 0: là port có 2 chức năng ở các chân 32-39 của 89c51.Trong thiết kế cở nhở không dung bộ nhớ mở rông nó có chức năng như các đường IO.Đối với các thiết kế cở lớn có

bộ nhớ mở rộng , nó được kết hợp giữa địa chỉ và bus dữ liệu

•port 1: là port có thể giao tiếp với thiết bị ngoài nếu có.Port 1 không có chức năng khác

vì vậy chúng chỉ được dung cho giao tiếp bên ngoài

•port 2:là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21-28, được dung như các đường xuất nhập hoặc là byte cac của bus địa chỉ đối với các thiết bị dung bộ nhớ mở rộng

•port 3: là port có tác dụng kép trên các chân 10-17.Các chân của port này có nhiều chức năng,các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc tính đặc biệt của 89c51 như bảng trên

2.1.2 ADC 0804:

a/ Giới thiệu về ADC:

Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC Thời gian chuyển 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 phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110µs Các chân khác của ADC0804 có chức năng như sau:

CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn chip

RD (Read): Chân số 2, là chân nhận tín hiệu vào tích cực ở mức thấp

WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng báo cho ADC biết

để bắt đầu quá trình chuyển đổi

CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sử dụng

để tạo thời gian

Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp Bình thường chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất thì nó chuyển xuống mức thấp

để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi

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

= Vin(+) – Vin(-)

Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V

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

2.1.3 LCD 16X2

Tổng Quát Về LCD HD44780:

Có rất nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau, trên hình 1 là loại LCD thông dụng

Hình 1 : Hình dáng của loại LCD thông dụng

Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ

và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết Các chân này được đánh số thứ tự và đặt tên như hình 2 :

Hình 2 : Sơ đồ chân của LCD

2.1.4 LM 7805:

Các kiến thức cơ bản về lm7805:

-Dòng cực đại 1A

-Dòng đỉnh 2.2A

-Công suất tiêu tán nếu không dung tản nhiệt: 2W

-Công suất tiêu tán nếu dung tản nhiệt đủ lớn 15W

2.1.5 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35:

LM35 là một cảm biến nhiệt độ analog

Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35

Đơn vị nhiệt độ: °C

Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C

Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng -55°C tới 150°C.LM35 có hiệu năng cao, công suất tiêu thụ là 60uA

2.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH:

Chức năng của từng khối

KHỐI HIỂN THỊ KHỐI CẢM

BIẾN

KHỐI VI ĐIỀU

CƠ

Khối nguồn: chuyển đổi nguồn 9V thành nguồn 5V cho vi điều khiển hoạt động thông

qua linh kiện LM7805

Các tụ điện có tác dụng lọc nhiễu ( loại bỏ pha âm) cho nguồn

Khối cảm biến: cảm biến nhiệt độ của môi trường thông qua tín hiệu analog của linh

kiện lm35

Nhiệt độ được thay đổi tuyến tính :10mV/độ C

Khối vi điều khiển: gồm 2 linh kiện chính là IC89C51 và ADC0804

Tín hiệu analog từ cảm biến nhiêt độ lm35 sẽ đi qua bộ chuyển đổi ADC0804 để chuyển qua tín hiệu digital ở đây nó sẽ thực hiện chức năng so sánh bằng phương pháp offset bắt đầu từ LSB với mức đã cài đặt trước là 35 độ C ( mức logic là 0100011)

Sau khi chuyển đổi và so sánh bit ở bộ chuyển đổi ADC tín hiệu sẽ tiếp tục đi qua vi điều khiển 89C51.Ở đây tín hiệu sẽ được vi xử lý xuất qua LCD và khởi động động cơ thông qua code

Điện trở có tác dụng là cầu điện trở dùng để phân áp cho chân Vref của ADC

Tụ điện có tác dụng lọc nhiễu cho mạch

Khối hiển thị:gồm linh kiện màn hình LCD 16x2.

Sẽ nhận tín hiệu thông qua port3 của vi điều khiển để hiện thị

Khối động cơ: bao gồm DC motor và topo,transistor pnp

Các linh kiện này sẽ được nối tiếp với nhau từ chân P1.4 của port 1 vi điều khiển

Topo

2.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH:

Nguyên lý hoạt động:

Cấp nguồn 9v Dc cho mạch đi qua khối nguồn sẽ hạ áp xuống còn 5v để cấp cho vi điều khiển

Cảm biến nhiệt độ sẽ truyền đi 1 tín hiệu analog biểu thị nhiệt độ thu được đi qua bộ chuyển đổi ADC0804 tín hiệu sẽ được chuyển thành tín hiệu digital và được so sánh với mức logic đã được cài đặt sẵn bắt đầu từ LSB

Với mức chuyển đổi là 1mV tương đương với 1 độ C Bộ ADC có 8bit do đó sẽ có 256 mức logic

Theo datasheet của ADC0804 chân Vref có điện áp vào bằng 1 nửa Vin do đó với 256 mức logic ta phải cung cấp áp cho chân vref 1,73V (256 mức logic=>2,56V=Vin)

Tín hiệu sau khi được chuyên đổi và so sánh sẽ được đi vào vi điều khiển thông qua port 2

Vi điều khiển sẽ thực hiện các lệnh để hiển thị qua LCD thông qua port 1 và khởi động động cơ thông qua chân P1.4

Lưu đồ giải thuật chuyển đổi tín hiệu từ Analog sang digital và so sánh

N

Bắt đầu

B=[0,0,0 0]

I=1 Bi=1 X=dac(b,B,R) x>=xq

Bi=1

N

Y

CHƯƠNG 3:KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

3.1 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG:

3.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG:

Kết quả mô phỏng cho ta đúng với yêu cầu thiết kế :

LCD: hiển thị nội dung

NHIETDOCAIDAT:40

NHIETDO: (GIÁ TRỊ ĐO ĐƯỢC TỪ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ LM35+1 ĐỘ*)

*Lý do: vì khi sử dụng cầu điện áp vào chân Vref của ADC 0804 cần sử dụng điện trở chẵn có giá trị được sản xuất và mua được

Bi=0

I=i+1 +1 i>B

Kết thúc

3.3 THỰC HIỆN MẠCH:

3.3.1 Mô hình mạch hoàn thiện:

Hình 1

Hình 1+2: mô hình mạch khi hoàn thiện

Hình 3: kết quả mạch hoạt động

NHẬN XÉT

•Dựa vào kết quả mô phỏng bằng chương trình proteus và kiểm tra thực tế qua mô hình mạch ta thấy kết quả có sự sai lệch:

+Nguồn lấy từ ic7805 thực tế chỉ có 4V không chính xác 5V

+Nhiệt độ thực tế sẽ không được mô hình mạch hiển thị chính xác sai số vào khoảng thấp hơn nhiệt độ thực tế là 2 độ

Sai số này là hoàn toàn chấp nhận được vì linh kiên làm mạch chưa phải là loại tối ưu

•Tuổi thọ của mạch tương đối ngắn và chịu cường độ làm việc thấp Sau một thời gian kể

từ mạch hoàn thiện và hoạt đông mạch sẽ phát sinh một số lỗi hoặc thậm chí không hoạt động

+nguyên nhân cũng vì linh kiện làm mạch không phải là loại tối ưu và điều kiện ngoại cảnh

CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 KẾT LUẬN:

Qua việc thiết kế và thi công mạch điều khiển nhiệt độ cho trạm BTS nắm rõ được một số kiến thứ của các môn học và áp dụng vào thực tế

•code assembly cho ic89c51 bộ môn Vi xử lý

•bộ chuyển đổi ADC bộ môn Xử lý số tín hiệu

•mạch biến áp,chỉnh lưu bô môn Điện tử 1

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN:

Nếu có cơ hội sẽ hoàn thiện mạch hơn ở tính ổn định và tuổi thọ hoạt động sau đó nâng cao thành hệ thống điều khiển nhiệt độ và được truyền đi qua 1 tín hiệu RF đến 1 thiết bị khác

Điều này sẽ giúp chúng ta chủ động trong việc điều chỉnh nhiệt độ,bảo dưỡng cho hệ thống trong trạm BTS

Phần phụ chú:

Code cho IC89C51

ORG 30h

EN BIT P1.7

RS BIT P1.6

RD_ADC EQU P1.0

WR_ADC EQU P1.1

CS_ADC EQU P1.2

INTR_ADC EQU P1.3

ADC_PORT EQU P2

LJMP MAIN

;************************************************************

;PHẦN KHỞI ĐỘNG CHO LCD

;************************************************************

LCD_INIT:

MOV A,#3CH

CALL WRITE_COM

MOV A,#0EH

CALL WRITE_COM

MOV A,#06H

CALL WRITE_COM

MOV A,#01H

CALL WRITE_COM

RET

WAIT_LCD:

DELAY: MOV R7, #100D

DEL1: MOV R6, #250D

DJNZ R6, $

DJNZ R7, DEL1

RET

WRITE_TEXT:

LCALL WAIT_LCD

MOV P3,A

SETB RS

SETB EN

CLR EN

RET

WRITE_COM:

LCALL WAIT_LCD

MOV P3,A

CLR RS

SETB EN

CLR EN

RET

BANG1:

DB '89C51-ADC-NHIETDO*'

RET

BANG2:

DB 'NHIET DO :*'

RET

;************************************************************

;PHÂN KHỞI ĐỘNG CHO ADC

;************************************************************ COVER:

CLR CS_ADC

CLR WR_ADC

NOP

SETB WR_ADC

SETB CS_ADC

WAIT:

JB INTR_ADC,WAIT

RET

READ:

CLR CS_ADC

CLR RD_ADC

NOP

MOV A,P2

SETB RD_ADC

SETB CS_ADC

RET

CONTROL:

MOV B,#40

DIV AB

MOV R3,A

JZ OFF

CALL ON

RET

ON:

SETB P1.4

RET

OFF:

CLR P1.4

RET

HIENTHI:

MOV B,#10

DIV AB

MOV R3,A

MOV R4,B

MOV A,#0CAH

CALL WRITE_COM

MOV A,R3

ORL A,#30H

CALL WRITE_TEXT

MOV A,R4

ORL A,#30H

CALL WRITE_TEXT

RET

RET

;************************************************************

;CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH

;************************************************************ MAIN:

CALL LCD_INIT

MOV DPTR,#BANG1

CLR A

LOOP:

MOVC A,@A+DPTR

CJNE A,#'*',NEXT

SJMP LAN2

NEXT:

CALL WRITE_TEXT

CLR A

INC DPTR

SJMP LOOP

LAN2:

MOV A,#0C0H

CALL WRITE_COM

MOV DPTR,#BANG2

CLR A

LOOP2:

MOVC A,@A+DPTR

CJNE A,#'*',NEXT2

SJMP ADC

NEXT2:

CALL WRITE_TEXT

CLR A

INC DPTR

SJMP LOOP2

ADC:

CALL COVER

CALL READ

CALL CONTROL

CALL READ

CALL HIENTHI

SJMP ADC

END