NGUYEN HUY THUAT a THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY

iiTÓM TẮT Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY Ngày nay, các thiết bị đo lường được ghép nối trực tiếp với máy tính để giám sát và điều khiển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ



`

NGUYỄN HUY THUẬT

THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG

VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ & CÔNG NGHỆ



Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG

VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY

Chuyên ngành: Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

Th.S NGUYỄN BÁ VƯƠNG NGUYỄN HUY THUẬT MSSV: 04138017

Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING

NONG LAM UNIVERSITY

FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY



Thesis:

DESIGN WIRELESS SYSTEM FOR MEASURING

AND CONTROLLING IN DRYER FACTORY

Speciality: Automation Department

i

LỜI CẢM ƠN

Lời chân thành đầu tiên tôi xin gửi lời biết ơn đến Ba - Mẹ, là người luôn

ở bên tôi chăm lo, động viên, khuyến khích, giúp cho tôi từng bước trưởng thành và có được như ngày nay

Quý thầy, cô trường Đại Học Nông Lâm Tp HCM, đặc biệt Quý thầy, cô khoa Cơ Khí & Công Nghệ đã truyền đạt cho tôi những kiến thức vô cùng quý báu, đó là hành trang hết sức cần thiết để tôi có thể bước vào đời một cách vững chắc Không biết làm gì hơn ngoài lời cảm ơn và tôi sẽ cố gắng phấn đấu phát huy những gì mà thầy cô đã nhiệt tình giảng dạy Đặc biệt hơn nữa, xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Th.S NGUYỄN BÁ VƯƠNG, người đã hướng dẫn tôi thật tận tình trong suốt quá trình thực hiện khóa luận

Xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè của tôi, những người bạn thân thiết

đã cùng tôi học tập và vui chơi, đó là khoảng thời gian để lại những dấu ấn tốt đẹp nhất thời sinh viên dưới mái trường Đại Học Nông Lâm

Cuối cùng, xin chúc các thầy, cô sức khỏe thật dồi dào, bạn bè tôi luôn thành công và trường Đại học Nông Lâm luôn trường tồn và phát triển

Xin chân thành cảm ơn!

NGUYỄN HUY THUẬT

ii

TÓM TẮT

Đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG

VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY

Ngày nay, các thiết bị đo lường được ghép nối trực tiếp với máy tính để giám sát và điều khiển thiết bị rất tiện lợi Tuy nhiên, giá thành rất đắt, chỉ phù hợp trong đo đạc ở những vị trí cố định và trong trường hợp cảm biến kết nối trực tiếp với máy tính gây rất nhiều khó khăn cho việc di chuyển Trong khuôn khổ đề tài này, một thiết bị đo lường và điều khiển nhiệt độ truyền nhận bằng sóng cao tần, kết nối với máy vi tính hướng tới sử dụng cho các nhà máy sấy

đã được thiết kế và chế tạo Với sự có mặt của hệ thống đo lường và điều khiển bằng máy tính thông qua hệ thống không dây đã mở ra một hướng phát triển mới trong việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào nông nghiệp nhằm tiết kiệm sức lao động và mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn

Trong đề tài này có những vấn đề cần phải giải quyết là:

 Chọn cảm biến nhiệt độ

 Chọn thiết bị, tính toán, thiết kế mạch đo nhiệt độ

 Chọn module truyền, nhận sóng RF

 Tính toán mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

 Thiết kế mạch giao tiếp với máy tính

 Thực hiện viết chương trình phần mềm

 Thiết kế giao diện điều khiển

 Kết nối thiết bị và chạy thử nghiệm toàn bộ hệ thống

 Phần điều khiển nhiệt độ hoạt động tốt

Chúng ta có thể mở rộng hệ thống thành mạng không dây bao gồm nhiều cụm module khác nhau để mở rộng diện tích sản xuất và áp dụng vào thực tế sản xuất

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Th.S NGUYỄN BÁ VƯƠNG NGUYỄN HUY THUẬT

SUMMARY

Theme:

DESIGN WIRELESS SYSTEM FOR MEASUREMENT

AND CONTROL IN DRYER FACTORY

Nowadays, almost equipments have been connected immediately with computer to measure and control devices Nevertheless, they are very expensive and only conformity with measuring in some fixed positions with sensors connected directly with computer to exert movement’s influence In this thesis, a device of wireless to measure and control temperature was designed With the presence of this system to measure and control the model temperature by application computer through wireless system has created a new method in application technical science for agriculture by saving farmer’s labor and achieving economic efficiency

This thesis has some problems need to solve:

 Select temperature sensor

 Select devices, calculate, and design a temperature of electrical circuit

 Select module RF

 Design, calculate converter of circuit analog to digital (ADC)

 Design interface to connect microcontroller and PC

 Use Bascom language to write firmware

 Use GUI (Graphic User Interface) LabVIEW to design control interface

v

 Combine and test system with sample

This thesis has some results:

 Temperature sensors run well

 Hardware and electrical devices are good

 Software and firmware are good

 Data acquisition can be saved in text file, display by graph on monitor

or export to excel file

 This system is good, high accuracy, the maximum of wireless distance is about 100 - 200 m

 Temperature control is good

We can broaden this system as a wireless network, which consists of different modules for cultivated area widening and real life applications

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

SUMMARY iv

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

DANH SÁCH CÁC HÌNH x

1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích đề tài 2

1.3 Phạm vi nghiên cứu 2

2 TRA CỨU TÀI LIỆU 3

2.1 Một số máy sấy nông sản thực phẩm ở nước ta 3

2.1.1 Nhà máy sấy lúa giống ở trung tâm giống cây trồng Miền Nam huyện Củ Chi, Tp HCM 3

2.1.2 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 0C 4

2.2 Mạch thu, phát sóng cao tần 5

2.2.1 Giới thiệu module thu, phát TX08S và module GD - R5C .5

2.2.2 Module RF FSK 5

2.3 Tổng quan về hệ thống điều khiển từ xa 8

2.3.1 Khái niệm 8

2.3.2 Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa 8

2.3.3 Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa 8

2.3.4 Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa 9

2.3.5 Phương pháp truyền nhận bằng sóng RF 10

2.4 Các phương pháp giao tiếp máy tính .10

2.4.1 Giao tiếp qua Slot 10

2.4.2 Giao tiếp qua cổng COM 11

2.4.3 Giao tiếp qua cổng LPT 12

2.5 Vi điều khiển ATMEGA8535 .13

2.5.1 Đặc điểm của vi điều khiển ATMEGA8535 13

2.5.2 Chức năng các chân của ATMEGA8535 14

2.6 Cảm biến nhiệt độ 15

2.6.1 Giới thiệu 15

2.6.2 Các thông số cơ bản của LM35 15

2.6.3 Nguyên lý hoạt động của LM35 16

2.7 Các linh kiện điện tử thường dùng 16

2.7.1 Màn hình hiển thị LCD .16

2.7.2 Vi mạch 7805 17

2.8 Tìm hiểu về phần mềm LabVIEW 17

2.9 Mạch nạp bằng cổng COM cho AVR 19

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 20

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài 20

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài 20

4 THỰC HIỆN ĐỀ TÀI, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22

4.1 Thực hiện phần điện tử 22

4.1.1 Chế tạo phần mạch nguồn 22

4.1.2 Chế tạo phần mạch kết nối cảm biến, chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu lên máy tính 23

4.1.3 Chế tạo phần mạch giao tiếp với máy tính 25

4.1.4 Sơ đồ khối của quá trình truyền nhận bằng sóng RF 26

4.1.5 Thiết kế board mạch chính truyền nhận dữ liệu 27

4.1.6 Thiết kế và thi công bo mạch kết nối module truyền, nhận với máy vi tính 29

4.1.7 Thiết kế và thi công bo mạch kết nối module với vi điều khiển 30

4.2 Thực hiện phần mềm 31

4.2.1 Lưu đồ giải thuật 31

4.2.2 Lưu đồ quá trình truyền nhận dữ liệu 32

4.2.3 Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển 33

4.2.4 Viết chương trình cho vi điều khiển 35

4.2.5 Tạo giao diện điều khiển 36

4.3 Kiểm tra liên kết, chạy thử nghiệm và hoàn thiện hệ thống 38

4.3.1 Kiểm tra phần điện tử 38

4.3.2 Kiểm tra phần cơ khí 38

4.3.3 Chạy thử nghiệm máy 38

4.4 Kết quả và thảo luận 40

4.4.1 Kết quả 40

4.4.2 Thảo luận 43

5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 44

5.1 Kết luận 44

5.2 Đề nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD .16

Bảng 4.1: Nhiệt độ đo ngày 28 - 06 - 2008 .41

Bảng 4.2: Nhiệt độ đo ngày 01- 07- 2008 .42

Bảng 4.3: Nhiệt độ đo ngày 07- 08 - 2008 .42

x

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý nhà máy sấy lúa giống ở trung tâm giống

cây trồng Miền Nam, huyện Củ Chi, Tp HCM 3

Hình 2.2: Hệ thống sấy và sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy nhiệt độ thấp .4

Hình 2.3: Module thu, phát TX08S và GD - R5C .5

Hình 2.4: Module truyền nhận RF FSK 5

Hình 2.5: Sơ đồ mạch kết nối giữa module RF FSK với máy tính 7

ở chế độ xác lập các thông số 7

Hình 2.6: Xác lập thông số cho module RF FSK .7

Hình 2.7: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa 8

Hình 2.8: Hai loại cổng nối tiếp thông dụng .11

Hình 2.9: Sơ đồ các chân của ATMEGA8535 .14

Hình 2.10: Hình ảnh thật của cảm biến nhiệt độ LM35 15

Hình 2.11: Sơ đồ chân của LM 7805 .17

Hình 2.12: Nền tảng phát triển đồ hoạ LabVIEW cho thiết kế, điều khiển và đo lường 17

Hình 2.13: Mạch nạp vi điều khiển PonyProg2000 .19

Hình 4.1: Cấu tạo nguyên lý mạch nguồn cung cấp điện áp 22

Hình 4.2: Sơ đồ khối của mạch ADC 23

Hình 4.3: Mạch kết nối cảm biến, chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu lên máy vi tính .24

Hình 4.4: Mạch giao tiếp với máy tính .25

Hình 4.5: Sơ đồ khối quá trình truyền nhận bằng sóng RF 26

Hình 4.6: Mạch truyền nhận dữ liệu bằng sóng RF .28

Hình 4.7: Sơ đồ mạch giao tiếp giữa máy tính và module RF FSK 29

Hình 4.8: Sơ đồ mạch kết nối module RF FSK và vi điều khiển .30

Hình 4.9: Sơ đồ khối quá trình truyền nhận dữ liệu .31

Hình 4.10: Lưu đồ quá trình truyền nhận dữ liệu .32

Hình 4.11: Lưu đồ giải thuật trên vi điều khiển .34

Hình 4.12: Giao diện chính của phần mềm Bascom - AVR .35

Hình 4.13: Nạp chương trình cho AVR 35

Hình 4.14: Giao diện giao tiếp giữa người sử dụng và máy tính .36

Hình 4.15: Đồ thị 8 kênh nhiệt độ thu về từ cảm biến 37

Hình 4.16: Bảng số liệu ghi nhận được của 8 kênh nhiệt độ .37

Hình 4.17: Sơ đồ nguyên lý nhà máy sấy lúa giống ở trung tâm giống cây trồng Miền Nam, huyện Củ Chi, Tp HCM 38

Hình 4.18: Khảo nghiệm các thiết bị thu, phát sóng RF 40

Nước ta là nước nông nghiệp, sản phẩm nông nghiệp rất đa dạng và phong phú Thế nhưng, sản phẩm nông nghiệp thường có mùa vụ, phải qua chế biến mới có giá trị cao và thời gian bảo quản rất ngắn Sấy là một phương pháp dùng để chế biến và làm tăng thời gian bảo quản đơn giản và thông dụng nhất Đứng trước vấn đề đó, nhiều kiểu sấy nông sản đã được thiết kế

và đưa vào ứng dụng

Trong lĩnh vực nông nghiệp các thiết bị đo lường được áp dụng rất nhiều, đặc biệt trong việc sấy nông sản và sấy giống, nhất là lúa Với giá cả ngày càng leo thang, gạo là nhu cầu thiết yếu trong bữa ăn của mỗi gia đình

Do đó, việc sấy khô lúa khi mới mua về giúp các doanh nghiệp lẫn người dân yên tâm hơn về trữ lượng gạo, không phải nơm nớp lo sợ cơn sốt gạo như những tháng vừa qua

Mặt khác, vấn đề điều khiển và tự động hóa ngày càng được quan tâm

và được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: kinh tế, khoa học kĩ thuật, quân sự, đời sống người dân…Trong đó, vấn đề đo lường và điều khiển bằng

hệ thống không dây ở Việt Nam là một vấn đề còn khá nhiều mới mẻ, đã mở

ra một hướng phát triển mới nhằm nâng cao năng suất lao động, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn, giúp chúng ta ngày càng tiếp cận gần hơn với sự phát triển của khoa học thế giới

2

Nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật và vận dụng những kiến thức đã học để áp dụng vào nhu cầu thực tế Trên cơ sở nghiên cứu tài liệu, tham khảo ý kiến, cùng với sự gợi ý, hướng dẫn tận tình của thầy Th.S NGUYỄN BÁ VƯƠNG nhiều vấn đề, phương án đã được đưa ra để nghiên cứu và thảo luận Cuối cùng, một đề tài về hệ thống không dây đã được tiến hành và thực hiện với tên đề tài là:

“THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÔNG DÂY TRONG ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY SẤY.”

1.2 Mục đích đề tài

 Thiết kế mạch đo nhiệt độ dùng AVR

 Nghiên cứu về AVR và các vấn đề liên quan như thi công mạch nạp, các chương trình phần mềm hỗ trợ lập trình

 Lập trình chip ATMEGA8535 sử dụng bộ ADC 10 bit để lấy mẫu tín hiệu

và truyền tín hiệu dạng nối tiếp 8 bit

 Khảo sát khả năng truyền dữ liệu và tầm xa của module thu phát vô tuyến của module RF FSK

 Ứng dụng bộ thu phát vô tuyến cho việc truyền tín hiệu đã được số hoá

để truyền đi xa

 Trên cơ sở đó tiến hành thiết kế hệ thống không dây đo lường và điều

khiển nhiệt độ nhà máy sấy bằng máy tính và vi điều khiển

1.3 Phạm vi nghiên cứu

 Truyền nhận dữ liệu chính xác, độ ổn định cao

 Hiển thị quá trình truyền nhận trên LCD, PC

 Tạo giao diện thân thiện với người sử dụng

 Giao tiếp máy tính qua cổng COM

 Đo lường và điều khiển nhiệt độ nhà máy sấy

3

2 TRA CỨU TÀI LIỆU

2.1 Một số máy sấy nông sản thực phẩm ở nước ta [5; 6; 7; 8; 10]

Nước ta là nước nông nghiệp, sản phẩm nông nghiệp rất đa dạng và phong phú Thế nhưng, sản phẩm nông nghiệp thường có mùa vụ, phải qua chế biến mới có giá trị cao và thời gian bảo quản rất ngắn Sấy là một phương pháp dùng để chế biến và làm tăng thời gian bảo quản đơn giản và thông dụng nhất Đứng trước vấn đề đó, nhiều kiểu sấy nông sản đã được thiết kế

và đưa vào ứng dụng Tùy theo công dụng và mục đích sử dụng, mà ta có các loại máy sấy khác nhau

2.1.1 Nhà máy sấy lúa giống ở trung tâm giống cây trồng Miền Nam huyện Củ Chi, Tp HCM

Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý nhà máy sấy lúa giống ở trung tâm giống cây

trồng Miền Nam huyện Củ Chi, Tp HCM

4

Trong đó:

1 Xyclon lọc bụi; 2 Nơi cấp nhiên liệu; 3 Màng lọc bụi;

4 Quạt ly tâm; 5 Ống dẫn khí; 6 Quạt hướng trục;

7 Nơi cấp lúa giống; 8 Bồn chứa lúa; 9 Lúa giống;

10 Cửa tháo liệu; 11 Vách ngăn; 12 Cửa tháo nhiên liệu;

13 Lò gia nhiệt

Nguyên lý hoạt động: Lúa giống được đưa vào máng cấp liệu 7, và

được gia nhiệt qua lò sấy 13, khí nóng được điều khiển bởi quạt ly tâm 4 Sau

đó, khí nóng được trộn với khí tươi và được quạt hướng trục 6, đưa vào để sấy lúa

2.1.2 Hệ thống sấy lạnh ở nhiệt độ t > 0 0 C

Với những hệ thống sấy mà nhiệt độ vật liệu sấy cũng như nhiệt độ tác tác nhân sấy xấp xỉ nhiệt độ môi trường, tác nhân sấy thường là không khí Trước tiên, được khử ẩm bằng phương pháp làm lạnh hoặc bằng máy khử

ẩm hấp phụ, sau đó được đốt nóng hoặc làm lạnh đến nhiệt độ công nghệ yêu cầu rồi cho đi qua vật liệu sấy Khi đó phân áp suất trong tác nhân sấy bé hơn phân áp suất trên bề mặt vật liệu sấy nên ẩm (từ dạng lỏng) bay hơi vào tác nhân sấy Sau đó, hơi nước trong không khí ẩm được ngưng tụ Chu trình lặp lại

Hình 2.2: Hệ thống sấy và sơ đồ nguyên lý hệ thống sấy nhiệt độ thấp

5

2.2 Mạch thu, phát sóng cao tần

2.2.1 Giới thiệu module thu, phát TX08S và module GD - R5C [2; 11]

a Module phát TX08S b Module thu GD - R5C

 Data in: Đầu vào dữ liệu từ 1,4 - 5V

 Anten: Dài 23 cm (1/4 bước sóng) hoặc 46 cm (1/2 bước sóng)

6

a Cấu trúc phần cứng cơ bản của module RF FSK

Cấu trúc phần cứng: Gồm hai phần chính:

 Phần tạo dao động và phát sóng truyền nhận dữ liệu

 Phần giải mã, mã hóa dữ liệu từ máy tính hoặc vi điều khiển, sau

đó dữ liệu được truyền (hoặc nhận về) qua phần sóng

Chức năng các chân của module

 Chân 1: Nguồn VCC +5V

 Chân 2: TXD (Data transmit) truyền dữ liệu

 Chân 3: Nối đất GND

 Chân 4: RXD (Data Receive) nhận dữ liệu

 Chân 5: Config mode xác lập thông số hoạt động cho module

 Chân 6: Enable cho phép module hoạt động

b Phân loại module

c Các chế độ hoạt động của module

Module hoạt động ở hai chế độ:

 Chế độ thiết lập các thông số hoạt động: Khi chân CONFIG được nối nguồn + 5V và chân EN được ngắt nguồn dương

 Chế độ truyền nhận dữ liệu: Khi chân CONFIG được nối GND và

chân EN được nối nguồn + 5V

d Các ứng dụng của module

 Điều khiển từ xa, hệ thống đo lường từ xa

 Thu thập dữ liệu

 Sản phẩm dùng cho nhà thông minh

 Quản lý điều khiển

 Đo lường không dây

7

e Xác lập các thông số cho các module

Sơ đồ mạch kết nối: Gồm hai phần chính:

 WRITE: Xác lập thông số làm việc cho module

 READ: Đọc các thông số hiện có của module

 DEFAULT: Xác lập chế độ mặc định cho module [4]

Hình 2.6: Xác lập thông số cho module RF FSK

 Ví dụ: Bộ remote điều khiển TV, VCR dùng tia hồng ngoại, bộ điều khiển kiểm soát các nút giao thông quan sát bằng camera, bộ điều

khiển robot bằng chương trình…

2.3.2 Sơ đồ kết cấu của hệ thống điều khiển từ xa

Bao gồm các thành phần:

 Thiết bị truyền tín hiệu: Bao gồm khối tạo lệnh điều khiển và khối phát lệnh điều khiển Tại đầu ra khối phát, tín hiệu điều khiển đã được biến đổi thành dạng tín hiệu điều chế đưa tới thiết bị nhận tín hiệu thông qua môi trường truyền

 Môi trường truyền tín hiệu: Là môi trường truyền sóng, các phương thức truyền sóng có thể là tia hồng ngoại, sóng RF…

 Thiết bị nhận tín hiệu: Gồm khối thu, khối giải mã và thiết bị thi hành Tại đầu vào bộ thu, tín hiệu điều khiển nhận từ môi trường truyền tín hiệu, qua quá trình biến đổi, biên dịch để tái hiện lại lệnh điều khiển rồi đưa đến các thiết bị thi hành

Hình 2.7: Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển từ xa

2.3.3 Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống điều khiển từ xa

 Tạo tín hiệu điều khiển

 Tạo tín hiệu phát

 Ở thiết bị thu, sau khi nhận được tín hiệu từ bộ phận phát phải biến đổi tín hiệu nhận được thành các lệnh điều khiển và đưa đến các thiết bị

Thiết bị truyền

tín hiệu truyền tín hiệu Môi trường Thiết bị nhận tín hiệu

9

2.3.4 Một số vấn đề cơ bản trong hệ thống điều khiển từ xa

Do hệ thống điều khiển từ xa có đường truyền dẫn xa nên ta cần phải nghiên cứu về kết cấu hệ thống để đảm bảo tín hiệu được truyền đi chính xác

và nhanh chóng theo những yêu cầu sau:

a Kết cấu tin tức

Trong hệ thống điều khiển từ xa, độ tin cậy truyền dẫn tin tức có quan

hệ rất nhiều đến kết cấu tin tức Nội dung về kết cấu tin tức gồm có hai phần chính: về lượng và về chất Về lượng có cách biến lượng điều khiển thành từng loại xung cho phù hợp và những xung đó cần áp dụng những phương pháp nào để hợp thành tin tức, để có dung lượng lớn nhất và tốc độ truyền dẫn là nhanh nhất

b Kết cấu hệ thống

Để đảm bảo các yêu cầu về kết cấu tin tức, hệ thống điều khiển từ xa phải có các yêu cầu sau:

 Tốc độ làm việc nhanh

 Thiết bị phải an toàn, tin cậy

 Kết cấu phải đơn giản, gọn nhẹ

Hệ thống điều khiển từ xa mang lại hiệu quả cao phải là hệ thống đạt tốc độ điều khiển cực nhanh, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong phạm vi

cho phép

c Môi trường truyền tín hiệu

 Phổ tần sóng mang truyền được trong không gian rất rộng, điều kiện truyền sóng phụ thuộc rất nhiều vào tần số

 Khi một tín hiệu được truyền vào không gian thì vấn đề tổn hao trong môi trường truyền cần phải xét đến Có hai dạng môi trường truyền: môi trường truyền tin hữu tuyến và môi trường truyền tin vô tuyến

 Phạm vi của đề tài là nghiên cứu điều khiển thiết bị từ xa bằng sóng

vô tuyến nên vấn đề đường truyền được xét ở đây là môi trường

truyền sóng vô tuyến Bầu khí quyển quả đất là môi trường truyền

sóng điện từ Khí quyển quả đất có hai môi trường ảnh hưởng đến

 Truyền đạt tín hiệu với khoảng cách khá xa

 Không bị ảnh hưởng nhiều đối với vật cản

 Tầm phát rộng theo nhiều hướng khác nhau nên có thể điều khiển cùng một lúc đối với thiết bị nhận kênh đồng thời

b Khuyết điểm

 Khi phát hay thu đều cần phải có anten

 Làm cho không gian bị bão hòa, gây nhiễu vô tuyến

 Dễ bị ảnh hưởng nhiễu gây méo dạng hoặc sai tín hiệu nên không điều khiển được

 Để tránh ảnh hưởng các tần số phát sóng chuyên nghiệp bắt buộc phải theo qui định của Cục Quản lí tần số Do đó vấn đề dồn kênh theo phương pháp phân đường sẽ làm cho tần số bị giới hạn vì dãy tần này rất hẹp và vì vậy mà khó có thể điều khiển được nhiều kênh

 Vô tuyến bị nhiễu nên hệ thống mã hóa phức tạp hơn

 Tính khả thi thấp vì nhiều linh kiện khó tìm, tài liệu và thiết bị đo đạc còn thiếu rất nhiều [4;9]

2.4 Các phương pháp giao tiếp máy tính [11; 14]

2.4.1 Giao tiếp qua Slot

 Khi một máy tính được tung ra thị trường thì cả nhà sản xuất và người tiêu dùng đều ngầm hiểu là cấu hình máy tính chưa hoàn chỉnh mà tùy vào từng mục đích sử dụng có thể ghép nối thêm vào các thiết bị khác để mở rộng khả năng đáp ứng của máy tính

 Bên trong máy tính ngoài các rãnh cắm dùng cho card vào/ra (In/Out), card màn hình, vẫn còn những rãnh cắm để trống Các rãnh cắm này được dùng khi cần nối các bản mạch cắm thêm vào máy

tính PC Mỗi Slot đều có riêng các đường dữ liệu (data), có các

 Tuy nhiên, phương pháp giao tiếp này cũng có nhiều nhược điểm là

do card gắn trực tiếp trên máy nên cần phải có một kích thước tiêu chuẩn nhất định Card giao tiếp không có quá nhiều linh kiện, nếu

nhiều thì ngoài card giao tiếp ra cần có thêm một vài card bên ngoài 2.4.2 Giao tiếp qua cổng COM

Trên các máy tính thông thường có đến 2 hoặc thậm chí 3 cổng nối tiếp RS-232, ta gọi là COM1, COM2 và COM3 Trong đó COM1 được sử dụng cho chuột (không nhất thiết) do đó luôn có ít nhất một cổng COM còn trống có thể phục vụ cho các mục đích ghép nối khác

Cổng nối tiếp trên thực tế có 2 loại, loại 25 chân và loại 9 chân Trong khi các cổng 9 chân có thể được tìm thấy trong hầu hết các máy tính sản xuất

gần đây thì loại cổng 25 chân rất hiếm Về mặt chức năng, hai loại cổng này

hoàn toàn tương ứng

Hình 2.8: Hai loại cổng nối tiếp thông dụng

Cách giao tiếp này được sử dụng phổ biến nhất Giao tiếp phải theo chuẩn RS-232, các bit dữ liệu nối tiếp nhau trên một đường truyền trên một đường dẫn và thường dùng để giao tiếp giữa máy tính với modem và chuột

Dữ liệu được truyền đi dưới dạng nối tiếp với một tốc độ cụ thể do người lập trình quy định (1200 bps, 2400 bps, 4800 bps, 9600 bps, 14.4 kbps, 28.8 kbps, 33.6 kbps, 56 kbps), chiều dài ký tự có thể là 5, 6, 7 và 8 bit kết hợp với bit start và bit stop, bit parity (chẵn lẻ) để tạo thành một frame (khung truyền)

Ngoài đường truyền dữ liệu, port giao tiếp này còn có các đường điều khiển thu, phát, kiểm tra lỗi Cách giao tiếp này cho phép truyền ở khoảng cách lớn vì khả năng chống nhiễu khá nhỏ Mặt khác, vì đường truyền là nối tiếp nên thành viên thứ ba không thể tham gia vào cuộc trao đổi thông tin Ưu điểm lớn nhất của kiểu giao tiếp này là sử dụng ít đường truyền, ít nhiễu tín hiệu nên có thể truyền quãng đường xa…Nhưng do bản chất là truyền thông nối tiếp nên cổng nối tiếp không được sử dụng cho những ứng dụng thời gian thực hay điều khiển song song…Có một giải pháp cho vấn đề này đó là sử dụng cổng song song

2.4.3 Giao tiếp qua cổng LPT

Máy in được giao tiếp với máy tính nhờ vào ổ cắm 25 chân ớ phía sau máy tính Ổ cắm này không phải chỉ dành riêng cho cổng máy in mà còn sử dụng trong các mục đích đo lường và điểu khiển Qua ổ cắm này dữ liệu được truyền đi song song nên đôi khi nó còn được gọi là cổng ghép nối song song

và vì như thế tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt tới mức đáng kể

Bên cạnh 8 bit dữ liệu còn có những đường dẫn tín hiệu khác Tổng cộng ta có thể trao đổi một cách riêng biệt với 17 đường dẫn tín hiệu, bao gồm

12 đường dẫn ra và 5 đường dẫn vào Bởi vì 8 đường dẫn dữ liệu từ D0 đến D7 (từ chân 2 đến chân 9) không phải luôn là đường dẫn hai chiều, nên chúng

ta chỉ có thể chỉ sử dụng như những lối ra Các lối ra khác như chân 1 (STORE), chân 14 (AUTOFEED), chân 16 (INT), chân 17 (SELECT) khi trao đổi thông tin với những máy in, các đường dẫn này có những thông tin nhất định Nhìn chung giao tiếp qua cổng LPT tương đối dễ dàng, thuận tiện và do

theo chuẩn TTL nên rất phù hợp cho mục đích giao tiếp [11; 14]

2.5 Vi điều khiển ATMEGA8535 [1; 15]

2.5.1 Đặc điểm của vi điều khiển ATMEGA8535

 Được chế tạo theo kiến trúc RISC, hiệu suất cao và điện năng tiêu

thụ thấp

 Bộ lệnh gồm 118 lệnh, hầu hết đều thực thi chỉ trong một chu kì xung

nhịp

 32 x 8 thanh ghi làm việc đa dụng

 8KB Flash ROM lập trình được ngay trên hệ thống

 Giao diện nối tiếp SPI cho phép lập trình ngay trên hệ thống

 Tốc độ xử lí lệnh đến 8 MIPS ở 8 MHz nghĩa là 8 triệu lệnh trên giây

 Bộ đếm thời gian thực (RTC) với bộ dao động và chế độ đếm tách biệt

 Bộ Timer 8 bit và 1 bộ Timer 16 bit với chế độ so sánh và chia tần số tách biệt và chế độ bắt mẫu

 Bốn kênh điều chế độ rộng xung PWM

 Bộ định thời Watchdog lập trình được

 Bộ so sánh tương tự

 Sáu chế độ ngủ: chế độ rỗi (Idle), tiết kiệm điện (Power save), chế độ Power Down, ADC Noise Reduction, Standby and Extended standby

Hình 2.9: Sơ đồ các chân của ATMEGA8535

2.5.2 Chức năng các chân của ATMEGA8535

 VCC: Điện áp nguồn nuôi

 GDN: Nối đất

 Cổng A (PA7 ÷ PA0): Là cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng A cung cấp đường địa chỉ, dữ liệu vào/ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ ở bên ngoài

 Cổng B (PA7 PB0): Cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng B cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của ATMEGA8535

 Cổng C (PC7 PC0): Cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng C cung cấp các địa chỉ lối ra khi dùng bộ nhớ ở bên ngoài

 Cổng D (PD7 PD0): Cổng vào/ra hai hướng 8 bit, có điện trở nối lên nguồn dương bên trong Cổng D cung cấp các chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của ATMEGA8535

 RESET: Chức năng cài đặt lại

 XTAL1: Lối vào bộ khuếch đại đảo và mạch tạo xung nhịp bên trong

 XTAL2: Lối vào bộ khuếch đại đảo

 ICP: Là chân vào cho chức năng bắt tín hiệu vào bộ định thời/đếm 1

 OC1B: Là chân ra cho chức năng so sánh lối ra bộ định thời/đếm 1

 ALE: Chân chốt địa chỉ, dùng khi truy nhập bộ nhớ ngoài [1; 15]

2.6 Cảm biến nhiệt độ [13]

2.6.1 Giới thiệu

Để đo nhiệt độ được chính xác, tất nhiên cần có một đầu dò thích hợp Đầu dò đó là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ chuyển từ nhiệt độ qua tín hiệu điện Có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ nhưng dựa vào lý thuyết và thực

tế của mạch cần thiết kết ta dùng IC cảm biến để đo nhiệt độ Các IC nhiệt độ

có độ chính xác cao, dễ tìm và giá thành rẻ

Một trong số đó là IC LM35 Đó là loại IC thông dụng trên thị trường hiện nay, đồng thời có những đặc tính làm việc phù hợp với thiết kế chi tiết của mạch

2.6.2 Các thông số cơ bản của LM35

Hình 2.10: Hình ảnh thật của cảm biến nhiệt độ LM35

 Điện áp cung cấp: 4V ÷ 30V Thường sử dụng 5V hoặc 12V

 Dòng điện đầu ra: 10 mA

 Nhiệt độ đo được: 0oC ÷ 100oC

 LM35 có độ biến thiên nhiệt độ là: 10mV/1oC

 Sự biến thiên điện áp tương ứng với nhiệt độ từ 0oC ÷ 100oC là 1 V

 Độ chính xác cao, ở nhiệt độ 25 oC, có sai số không quá 1%

2.6.3 Nguyên lý hoạt động của LM35

LM35 là một mạch tích hợp, nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện áp 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 thành dạng

tự do di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể, tạo sự xuất hiện các lỗ trống làm cho tỉ lệ điện tử tự do và lỗ trống tăng lên theo qui luật hàm mũ nhiệt độ

Qua đó, ta sẽ xác định được điện áp đầu ra của LM35 [13]

2.7 Các linh kiện điện tử thường dùng

2.7.1 Màn hình hiển thị LCD [11;13]

Chọn bộ hiển thị tinh thể lỏng LCD có 4 dòng, 16 kí tự Việc nối ghép với vi điều khiển bằng loại 4 bit và có tổng cộng 16 chân module hiển thị Sự sắp xếp và chức năng các chân của LCD được cho bởi bảng 2.1

Bảng 2.1: Bảng sắp xếp và chức năng các chân của LCD.

 Dùng để ổn định hiệu điện thế đầu ra ở mức 5V

 Hoạt động: Nếu ta cung cấp vào chân 1 một điện thế dương, chân 3 một điện thế âm với hiệu điện thế khoảng 5V - 25V thì giữa chân 2

và chân 1 sẽ có một hiệu điện thế ổn định là 5V

Hình 2.12: Nền tảng phát triển đồ hoạ LabVIEW

cho thiết kế, điều khiển và đo lường

b Môi trường phát triển của Labview

 Từ các dự án đơn giản, hàng ngày

 Phát triển nhanh với công nghệ Express: Sử dụng Express VIs và I/O nhanh chóng tạo ra các ứng dụng đo lường phổ biến mà không cần lập trình

 Rất nhiều chương trình minh họa, chức năng thiết lập sẵn và trợ giúp tích hợp

 Kiểu module và phân cấp

 Thư viện giao diện người sử dụng kéo và thả

 Ngôn ngữ mở và được biên dịch để thực hiện nhanh hơn

 Phân phối ứng dụng đơn giản

 Nhiều công cụ phát triển cấp cao

 Công cụ phát triển nhóm

 Điều khiển mã nguồn

c Các tín hiệu đo được với LabVIEW

d Tính năng thu thập, phân tích và hiển thị của LabVIEW

 Thu thập: Môi trường LabVIEW mở tương thích với mọi phần cứng

đo, với các trợ giúp tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp dữ liệu dễ dàng

 Phân tích: Tính năng phân tích mạnh mẽ, dễ sử dụng LabVIEW có hơn 500 chức năng thiết lập sẵn để trích xuất thông tin hữu ích từ dữ liệu thu nhận được, phân tích các phép đo và xử lí tín hiệu Các chức

J2

CON6

6 4

U1 ISO4P521

4,7K R2 4,7K

năng phân tích tần số, phát tín hiệu, toán học, chỉnh lí đường cong, phép nội suy cho phép nhận được số liệu thống kê quan trọng từ dữ liệu thu về

 Hiển thị: Hiển thị dữ liệu bao gồm các chức năng: trực quan, tạo báo cáo và quản lí dữ liệu LabVIEW bao gồm các công cụ trực quan giúp hiển thị dữ liệu hấp dẫn, trong đó có các tiện ích vẽ biểu đồ và

đồ thị cùng các công cụ trực quan 2D, 3D cài sẵn Ngoài ra, có thể nhanh chóng cấu hình lại các thuộc tính của phần hiển thị như màu sắc, kích cỡ font, kiểu đồ thị, hướng quay, phóng to thu nhỏ và quay quét (pan) đồ thị khi đang chạy Thêm vào đó, bạn có thể xem và điều khiển VIs qua Internet bằng LabVIEW Đối với việc tạo báo cáo,

NI cung cấp một số tùy chọn như công cụ tạo tài liệu, báo cáo dạng HTML, báo cáo dạng Word/Excel và báo cáo tương tác với NIDIAdem [12]

2.9 Mạch nạp bằng cổng COM cho AVR [12]

Hình 2.13: Mạch nạp vi điều khiển PonyProg2000

Nạp trực tiếp từ phần mềm PonyProg2000 thông qua cổng COM nối tiếp, dùng OPTO ISO4P521

Kết nối với vi điều khiển qua 4 đường:

 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)

 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)

 CKL (Đường dẫn điều khiển)

 GND (Ground: nối mass)

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN

3.1 Phương pháp thực hiện đề tài

a Phương pháp thực hiện phần cơ khí

 Từ tài liệu tham khảo ta chọn ra mẫu thiết kế phù hợp

 Chọn vỏ hộp phù hợp với mạch thiết kế

 Sơn cách điện vỏ hộp

 Lắp ráp board mạch vào hộp

 Cố định vỏ hộp

 Trang trí chỉnh sửa hoàn tất

b Phương pháp thực hiện phần điện tử

 Thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ

 Kiểm tra mạch trên testboard

 Thiết kế vẽ mạch nguyên lý, chạy mạch in

 Tiến hành lắp ráp linh kiện trên board mạch thật

 Chọn module thu, phát

 Kiểm tra quá trình thu nhận của các board mạch

 Chọn LCD để hiển thị

 Viết chương trình thử nghiệm

 Hoàn thiện chương trình và hiệu chỉnh mạch

 Chạy thử nghiệm và kiểm tra

3.2 Phương tiện thực hiện đề tài

 Máy vi tính

 Oscilloscope

 Đồng hồ đo V - O – M

 Dụng cụ hàn chì

C13 100uF

a Yêu cầu của mạch nguồn cung cấp

 Điện áp nguồn cung cấp cho các IC là: +5V

 Độ ổn định cao, không bị nhiễu trong quá trình đo

 Đủ dòng cung cấp cho tải

Từ những yêu cầu trên, ta thiết kế bộ nguồn có sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 4.1: Cấu tạo nguyên lý mạch nguồn cung cấp điện áp

b Nguyên lý hoạt động

 Dùng điện xoay chiều 12V sau khi đã qua biến thế

 Dùng diode cầu chỉnh lưu thành dòng DC 12V

 Dùng mạch ổn áp 7805 tạo điện áp 5V sử dụng cho các linh kiện trong mạch

 Các tụ dùng để lọc nhiễu

4.1.2 Chế tạo phần mạch kết nối cảm biến, chuyển đổi ADC và hiển thị

dữ liệu lên máy tính

 Bộ ADC được tích hợp sẵn trong ATMEGA8535 có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điện áp thành tín hiệu nhiệt độ Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số chuyển một tín hiệu ngõ vào tương tự (điện áp hay dòng điện) thành dạng mã số nhị phân tương ứng Chuyển đổi ADC

có rất nhiều phương pháp nhưng nó theo một nguyên tắc hoạt động chung của bộ biến đổi ADC như sau:

Hình 4.2: Sơ đồ khối của mạch ADC

Trong phần đề tài này, sử dụng bộ biến đổi ADC đã được tích hợp sẵn trong vi điều khiển AVR loại ATMEGA8535 Loại vi điều khiển này đã tích hợp sẵn bộ biến đổi tương tự sang số (ADC) với độ phân giải là 10 bit Ngoài ra, còn có bộ dồn kênh với 8 ngõ vào, mỗi ngõ vào có thể được dẫn riêng lẻ tới

bộ chuyển đổi ADC

 Bộ biến đổi ADC trong vi điều khiển ATMEGA8535 được điều khiển qua 4 thanh ghi: ADMUX, ADCSR, ADCH, ADCL trong vùng địa chỉ

Tín hiệu nhiệt độ

ADC

5V

C1 33

C17 10uF J3

KHOI HIEN THI

C18 10uF C19 10uF

5V

KHOI KET NOI CAM BIEN

C23 10uF

CONG NAP AVR

C21 10uF

R6 100k

29 30 40

21 23 25 27

10 12 13 14 16

1 3 5 7

39 37 35 33 32 RST

PD4(OC1B) PD6(ICP)

PC7(TOSC2)

AVCC AGND PA0/AD0

PC2 PC4 PC6(TOSC)

VCC GND XTAL2 XTAL1 PD0(RXD) PD1(TXD) PD2(INT0)

PB0/T0 PB2/AIN0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK

PA1/AD1 PA3/AD3 PA5/AD5 PA7/AD7 AREF

Y1 8MH

C2 33

5V

C22 10uF

C15 1uF J1

CON8

1 3 5 7

J10

CON8

1 3 5 7

5V

C6 1uF

J11

CON8

1 3 5 7

vào/ra Bằng thanh ghi ADMUX, một trong 8 kênh được lựa chọn để biến đổi tương tự số

 LCD được sử dụng ở đây gồm 4 dòng x 16 cột, sẽ hiển thị nhiệt độ thu về từ cảm biến

 Mạch nạp AVR được thiết kế và sử dụng là: Cổng song song hoặc

cổng nối tiếp nạp trực tiếp chương trình cho AVR Đối với mạch nạp

dung cổng song song thì sử dụng các chân MISO, MOSI, RESET, SCK, GND, VCC của vi điều khiển để đưa ra thanh jump 6 chân dùng để nạp chương trình cho vi điều khiển Còn cổng nối tiếp thì

dùng các chân MISO, MOSI, CKL, GND

b Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.3: Mạch kết nối cảm biến, chuyển đổi ADC và hiển thị dữ liệu

Pin 2

C5 1uF

C4 1uF

1 3

4 5

12 9 11

10

13 8

14 7

T2IN

R1IN R2IN T1OUT T2OUT

Pin 5

C11 1uF

KHOI KET NOI PC

4.1.3 Chế tạo phần mạch giao tiếp với máy tính

a Nguyên lý hoạt động

 Các cảm biến nhiệt độ sẽ được đặt tại buồng sấy của nhà máy sấy

để đo nhiệt độ của nguyên liệu sấy lúc đó

 Dữ liệu thu về được hiển thị trên LCD và truyền lên máy tính thông qua cổng COM

 Các chân 10, 12 của Max232 lần lượt được nối với các chân 14, 15 của vi điều khiển Các chân 7, 13 của Max232 lần lượt được nối với

chân 2, 3 của cổng COM, chân số 5 cổng COM được nối đất

b Sơ đồ nguyên lý

Hình 4.4: Mạch giao tiếp với máy tính

4.1.4 Sơ đồ khối của quá trình truyền nhận bằng sóng RF

Hình 4.5: Sơ đồ khối quá trình truyền nhận bằng sóng RF

 Nơi đặt cảm biến: 8 cảm biến LM35 dùng để đo nhiệt độ được đặt

ở những nơi khác nhau trong nhà máy sấy Khối cảm biến được kểt nối trực tiếp với Port A (từ PA0-PA7) của vi điều khiển Sau khi nhận tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến, sẽ qua bộ chuyển đổi ADC tích hợp sẵn trong vi điều khiển, sau đó khối phát sẽ phát tín hiệu cho khối thu đặt ở phòng điều khiển

 Phòng điều khiển: chứa khối thu sóng RF, máy vi tính Tín hiệu được thu về từ bộ phận thu sẽ được kết nối, hiển thị lên máy tính thông qua cổng COM Người điều khiển có thể giám sát, đo lường và điều khiển quá trình sấy thông qua giao diện Labview được thiết kế sẵn

PHÒNG ĐIỀU KHIỂN NƠI ĐẶT CẢM

BIẾN