ĐỀ tài THIẾT kế hệ THỐNG điều KHIỂN lò ấp TRỨNG

Chính vì vậy việc để đáp ứng được nhu cầu thiết thực trên nhóm chúng em đã nghiên cứu và chế tạo ra lò ấp trứng mini cho hộ gia đình 1.1 Lịch sử phát triển của lò ấp trứng Người Ai Cập

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ ẤP TRỨNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021

Đề tài Máy ấp trứng

Yêu cầu thiết kế

 Sơ đồ khối hệ thống

 Xây dựng mô hình hệ thống, các thiết bị và chức năng

 Lựa chọn cảm biến dùng cho hệ thống

 Lựa chọn bộ điều khiển nhiệt

 Sơ đồ điều khiển

MỞ ĐẦU 5

1.Đặt vấn đề 5

2.Giải quyết vấn đề 5

3 Mục tiêu đề tài 5

4 Phạm vi nghiên cứu 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Lịch sử phát triển của lò ấp trứng 6

1.2 Tổng quan về máy ấp trứng 9

1.2.1 Nguyên lý hoạt động 9

1.2.2 Cấu tao của máy ấp trứng 9

1.2.2.1 Thùng máy và khay trứng 9

1.2.2.2 Bộ tạo nhiệt và bộ điều khiển 10

1.2.2.3 Bộ tạo ẩm 10

1.2.3 Điều kiện để ấp trứng gia cầm 10

1.2.3.1 Thời gian 10

1.2.3.2 Nhiệt độ 10

1.2.3.3 Độ ẩm 11

1.2.3.4 Không khí 11

1.2.4 Tổng quan công nghệ 11

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN 11

2.1 Mô hình hệ thống 11

2.2 Các chức năng cơ bản 12

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

3.1 Giao tiếp vi điều khiển 13

3.1.1 Giao tiếp vi điều khiển với nút nhấn 13

3.1.1.1 Giới thiệu chung 13

3.1.2 Ma trận phím 14

3.1.2.1 Giới Thiệu Ma Trận phím 14

3.1.2.2 Phương Pháp Quét Ma Trận Phím 15

Cách xác định phím được nhấn của bàn phím mà trận(đối với pic) 16

3.1.3 Led 7 đoạn 16

3.1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 17

3.1.3.2 Phương pháp quét led 7 đoạn đa hợp 18

3.2 2 TỔNG QUAN VỀ ARM LPC2103 19

3.2.1 ARM CORTEX VÀ ARMv7 19

3.2.2 KIẾN TRÚC CỦA ARM7 19

3.2.2.1 Kiến trúc cơ bản 19

3.2.2.2 Cấu trúc load – store 20

3.2.2.3 Tập lệnh của ARM 20

3.2.3 CẤU TRÚC VÀ BỘ NHỚ VÀ CHỨC NĂNG PIN LPC 2103 20

3.2.3.1 PINSEL0 và PINSEL1 22

3.2.3.2 IOPIN 23

3.2.3.3 IODIR 23

3.2.3.4 IOSET/ IOCLR 23

3.2.3.5 CẤU TRÚC CÁC PIN LPC2103 24

3.2.3.5.1 Sơ đồ khối của ARM LPC 2103 24

3.2.3.5.2 : Thứ tự chân trên chíp trên chip LPC 2103 26

3.2.3.5.3: Chức năng và nhiệm vụ của từng chân 26

3.2.4 CÁC CHỨC NĂNG PORT 0 27

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 34

3.1 Sơ đồ khối hệ thống 34

3.2 Lựa chọn thiết bị 35

3.2.1 Màn hình hiển thị 35

3.2.2 Nút nhấn 36

3.2.3 Led đơn 36

3.2.4 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm DHT22 37

3.2.5 Mạch 1 Relay KY-019 5VDC 37

3.2.6 Bóng đèn Halogen 38

3.3 Lưu đồ giải thuật 39

Giải thích lưu đồ máy ấp trứng 39

MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề

Việc sử dụng máy ấp trứng hiện nay khá phổ biến Lò ấp được thiết kế với những công suất và yêu cầu kỹ thuật khác nhau tùy theo yêu cầu về giống gia cầm cần ấp nở cũng như qui

mô ấp nở Có những giống gia cầm cần yêu cầu về kỹ thuật làm lò ấp khá cao như gà trắng (gà công nghiệp) khi đó việc xây dựng lò ấp cũng phải có những tiêu chuẩn khắt khe hơn như: sự giữ nhiệt, đều nhiệt, giữ ẩm, đều ẩm, cách tạo nhiệt ẩm cho lò Đối với những giống gia cầm dễ ấp nở hơn như gà ta, gà Sao thì yêu cầu kỹ thuật của lò cũng đơn giản hơn Trong các lò ấp trứng, yêu cầu cần phải cung cấp lượng nhiệt đầy đủ và liên tục thì năng suất của lò mới cao Nếu trong quá trình ấp trứng mà mất nhiệt thì trứng dễ hỏng Do vậy cần phải

có hệ thống kiểm soát, quản lý xem lò có được cung cấp nhiệt đầy đủ hay không, và có thể biết dễ dàng ngăn trứng nào không đượccung cấp nhiệt để sửa chữa

Thiết kế mô hình máy ấp trứng tự động, hẹn giờ và tự động điều chỉnh các thông số

kỹ thuật bằng vi xử lý Dễ dàng áp dụng vào việc ấp trứng thực tiễn

4 Phạm vi nghiên cứu

Vì điều kiện thời gian hạn chế, mặt khác nghiên cứu về máy ấp trứng là một đề tài lớn nên chúng em tập trung nghiên cứu và chế tạo máy ấp trứng loại nhỏ cho hộ gia đình Máy có công suất nhỏ và số lượng trứng từ 50-100 quả cho một lần ấp Nguyên lý của máy

có thể áp dụng cho tất cả các loại trứng gia cầm, các loài chim cảnh Đề tài này em dung trứng gà để đánh giá kết quả cũng như năng suất của máy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Trong nhiều năm qua ngành nông nghiệp nước ta có nhiều những thành tựu vượt bậc ,không chỉ đủ cung cấp nguồn lương thực , thực phẩm cho đất nước mà còn xuất khẩu ra thị trường thế giới Với thành tựu to lớn đó , chúng ta phải kể đến ngành chăn nuôi gia cầm đã góp phần quan trọng cho nền kinh tế quốc dân Sự phát triển của ngành chăn nuôi nói chung

và ngành chăn nuôi gia cầm nói riêng đã đem lại lợi ích kinh tế cho các hộ nông dân , từng bước xoá đói giảm nghèo và ngày càng có nhiều hộ gia đình làm giàu trên mảnh đất của mìnhnhờ vào kinh tế trang trại Bên cạnh đó , nhu cầu chơi chim cảnh , các giống chim hoang giã cũng đang có xu hướng phát triển Ngày nay , nền kinh tế trang trại được phát triển rộng rãi trên cả nước với quy mô vừa và lớn do đó vấn đề con giống là hết sức bức xúc ấp trứng nhân tạo bằng máy ấp công nghiệp là phương pháp tối ưu để sản xuất con giống trong thời gian ngắn , tỷ lệ ấp nở cao , đặc biệt có thể ấp được một số lượng trứng lớn , và chất lượng con giống được nâng cao Chính vì vậy việc để đáp ứng được nhu cầu thiết thực trên nhóm chúng em đã nghiên cứu và chế tạo ra lò ấp trứng mini cho hộ gia đình

1.1 Lịch sử phát triển của lò ấp trứng

Người Ai Cập cổ đại có lẽ chính là những người đầu tiên áp dụng kỹ thuật ấp trứng gia cầm, thứ làm mê hoặc những người ngoại quốc bởi họ chưa từng nhìn thấy điều đó bao giờ Không

ít người đã thuật lại trong sự mơ hồ về một phương pháp kỳ lạ mà người Ai Cập sử dụng để

có những chú gà con Do hiếm khi được tiếp cận hoặc nghe kể chi tiết về hoạt động bên trongcác trại giống, họ đã phải phỏng đoán và do đó thường dễ hiểu sai Như một nhà văn từng quảquyết rằng trứng được ấp nở nhờ những người hầu ngồi trên chúng Tác giả Friar Simon Fitzsimons (hoạt động vào khoảng những năm 1320), người từng du hành đến Ai Cập đã viết trong sự hoài nghi, rằng “họ đã tạo ra gà con bằng nhiệt từ chính quả trứng mà chẳng cần đến

gà trống và gà mái”; nhưng ông đã không biết rằng: trứng vẫn được thụ tinh theo cách truyền thống (cần vai trò của gà trống), trước khi được đưa vào nhà ấp Thậm chí đến cả Aristotle còn hiểu không đúng về các trại sản xuất gà giống, khi viết chúng được ấp nở bằng cách chônnhững quả trứng trong đống phân

Cuốn sách du hành được đông đảo người đọc, trong đó cung cấp những mô tả xác thực đầu tiên về lò ấp trứng của người Ai Cập là The Travels of Sir John Mandeville (Những chuyến du hành của ngài John Mandeville) xuất bản năm 1356, trong đó có đoạn: “Tại một ngôi nhà chung nằm trong thành phố, nơi có vô số lò sưởi cỡ nhỏ; và những người phụ nữ sẽ mang đến đây trứng gà, ngỗng, vịt, … Không gian bên trong nhà được giữ ấm nhờ sức nóng của phân ngựa, không cần đến gà, ngỗng, vịt mái hay bất kỳ loài chim nào khác Cứ sau mỗi

ba tuần hoặc một tháng, họ lại đến để lấy gà con, nâng niu chúng trên tay và đem về, để cả nước đều có chúng.”

Nhà tự nhiên học và côn trùng học người Pháp René Antoine Ferchault de Réaumur (1683 – 1757) đã đưa ra một bản mô tả chính xác đầu tiên về trại ấp giống vào năm 1750 Trước đó, ông đã du hành tới Ai Cập, thăm nhiều trại sản xuất giống và chăm chú quan sát những người chăn nuôi gia cầm

Thiết kế lò ấp trứng theo mô tả của René Antoine Ferchault de Réaumur

Theo Réaumur, trại ấp trứng điển hình của người Ai Cập thường là một cấu trúc bằng gạch cao khoảng 9 feet (2,7 m), với một hành lang dài trung tâm và các buồng được sắp đặt tại hai bên thành hai tầng Các tầng có cùng kích cỡ và được bố trí một lỗ mở, vừa đủ lớn để cho một người bò vào Những quả trứng được đặt ở tầng trệt, chính xác hơn là được xếp trên một ổ lót làm bằng sợi lanh hoặc rơm Còn các buồng bên trên sẽ được sử dụng để đốt lửa, dùng phân bò hoặc lạc đà phơi khô trộn với rơm Cách làm như vậy sẽ giúp tạo ra ngọn lửa cháy chậm và được kiểm soát

Người ta thường đốt lửa khoảng hai lần một ngày, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết, vàtrứng được quay đều để tất cả các mặt đều được sưởi ấm như nhau Quy trình này sẽ diễn ra liên tiếp trong khoảng hai tuần, sau đó lửa được dập tắt Tại thời điểm này, các cơ quan của phôi đã hình thành, phôi cũng sản sinh đủ lượng nhiệt bên trong để trứng tiếp tục tự ấp, và

phải mất khoảng một tuần nữa để hoàn tất Trứng cuối cùng sẽ nở vào ngày thứ hai mươi mốt.

Khi quay trở về Pháp, Réaumur đã cố gắng xây dựng một trại sản xuất gà giống bằng phương pháp ấp học được từ người Ai Cập, nhưng vì khí hậu của châu Âu lạnh hơn nhiều so với Trung Đông, ông đã không thật sự thành công Sau khi Réaumur mất, một số người đã tiếp nối ý tưởng của ông để phát triển các thế hệ lò ấp như Abbé JeanAntoine Nollet (1700 – 1770) và sau này là Abbé Copineau (không rõ năm sinh, năm mất) – người đã cải tiến thiết kếcủa Réaumur bằng cách sử dụng đèn cồn để sưởi ấm cho trứng Đến cuối thế kỷ 19, máy ấp trứng thương mại đầu tiên được hoàn tất và đi vào phục vụ

Một trại sản xuất gà giống theo truyền thống của Ai Cập, sử dụng đèn dầu để sưởi ấm trứng.

Ảnh: Lenny Hogerwerf/Atlas Obscura.

Ngày nay tại Ai Cập, hàng trăm trại sản xuất gà giống vẫn đang sử dụng phương pháp

ấp nở truyền thống từ cả ngàn năm trước, mặc dù phân bò (hoặc lạc đà) đã được thay thế bằng đèn dầu và lò sưởi điện Người chăn nuôi nơi đây vẫn không chịu sử dụng các thiết bị hiện đại như nhiệt kế hoặc máy điều nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ trong trại cho phù hợp Nhờ kinh nghiệm, một lao động lành nghề tại trại giống hoàn toàn có thể đánh giá mức nhiệt lượng bằng cách áp trứng sát mí mắt và để nhãn cầu cảm nhận sức nóng Nếu phát hiện trứng đang ở trạng thái quá nóng, họ sẽ phun nước để hạ bớt nhiệt Bên cạnh đó, để kiểm tra xem trứng có phát triển bình thường hay không, người nuôi chỉ cần soi nó trước một nguồn sáng

như ánh đèn, đủ để hiển thị phần bên trong lớp vỏ mờ Các kỹ năng này sẽ được lưu truyền qua nhiều thế hệ thuộc một số gia đình nhất định Đó là bí quyết nghề nghiệp và thường đượcgiữ tuyệt mật.

Tuy nhiên, các trại sản xuất gà giống truyền thống của Ai Cập có thể sẽ sớm biến mất.Một khảo sát do FAO (Tổ chức Nông lương Liên Hiệp Quốc) thực hiện năm 2009 cho thấy, phần lớn chủ trại được hỏi đều bày tỏ mong muốn nâng cấp công nghệ bằng những phương pháp ấp nở mới hiện đại, cho tỷ lệ thành công và hiệu suất cao hơn

1.2 Tổng quan về máy ấp trứng

1.2.1 Nguyên lý hoạt động

Máy ấp trứng hoạt động trên nguyên lý tạo môi trường phù hợp nhất cho phôi trứng phát triển Các điều kiện phù hợp để phôi trứng phát triển gồm có nhiệt độ, độ ẩm và độ thoáng khí Phôi trứng thường sẽ phát triển theo từng giai đoạn, mỗi giai đoạn khác nhau sẽ cần nhiệt độ khác nhau, độ ẩm khác nhau và lượng không khí để phôi hô hấp khác nhau Chỉ cần máy ấp đáp ứng được các điều kiện trên, trứng sẽ có tỉ lệ cao, con khoẻ mạnh

Để đáp ứng được vấn đề về nhiệt độ, thường các máy ấp trứng đều có buồng ấp có khả năng cách nhiệt và bóng nhiệt để tăng nhiệt độ trong buồng ấp Để đảm bảo vấn đề về độ

ẩm, thường sẽ có bộ tạo ẩm hoặc đơn giản là đặt khay nước trong buồng ấp cho nước tự bay hơi là đủ độ ẩm Về mặt thoáng khí, các loại máy ấp thường phải thiết kế kín để nhiệt độ bên trong không bị thất thoát ra bên ngoài Tuy nhiên, để đảm bảo mặt thoáng khí nên hầu hết cácdòng máy hiện nay đều không làm kín hoàn toàn và có ít nhất một vài lỗ thoáng để thông gió,thoát nhiệt khi nhiệt độ trong buồng ấp tăng cao

1.2.2 Cấu tao của máy ấp trứng

1.2.2.1 Thùng máy và khay trứng

Thùng máy thường có dạng hình hộp bằng gỗ và có thể bọc tôn , nhôm ngoài mặt đáy

để tăng cứng vững , có cửa lớn phía trước để đưa trứng vào ra , có cửa kính để quan sát trong máy , nhiệt kế , ẩm kế ; có cửa sổ phía sau để mở và chăm sóc máy bên trong Ngoài ra còn

có cửa thoát gió , thoát khí thải trong máy - Giàn là một bộ khung , thường bằng kim loại ,

để đặt các khay trứng , có thể xoay hiêng bên phải , bên trái để đảo trứng Giàn thường có 2 kiểu : giàn trồng và giàn tầng Khay xếp trứng ấp ( khay ấp ) thường hình chữ nhật , bằng gỗ , kim loại hoặc nhựa có những thanh ngăn giữ trứng Khe giữa các thanh có thể thay đổi rộng

hẹp để phù hợp kích thước to nhỏ của các loại trứng - Khay xếp trứng nở ( khay nở ) cũng hình chữ nhật , có đáy bằng lưới thép ( lỗ vuông hoặc tròn ) Khi tới ngày nở trứng được chuyển từ các khay ấp sang khay nở đế việc nở của trứng được dễ ràng Khi đảo trứng , các khay ấp sẽ nghiêng cùng với khung giàn một góc 45-47 so với mặt ngang , lần lượt theo 2 phía đối xứng

1.2.2.2 Bộ tạo nhiệt và bộ điều khiển

Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt : Bộ tạo nhiệt làm việc theo các nguyên lý sau : - Bằng nước nóng : nước đun ngoài đổ vào bình tạo nhiệt đặt trong máy , phía trên - Nước nóng đun bằng đèn dầu : nước nóng lưu thông theo ống dẫn trong máy bằng cách đối lưu để cấp nhiệt cho trứng - Bằng điện : dùng các dây điện trở đốt nóng , khi có dòng điện qua sẽ toả nhiệt cho máy Bộ điều nhiệt thường gồm một bộ cảm biến nhiệt đặt trong máy , tác động vào bộ đóng ngắt mạch điện cung cấp cho dây điện trở tạo nhiệt Ở máy ấp trứng bằng nước nóng và đun đèn dầu thường dùng bộ cảm biến nhiệt khiếu bầu ête để tác động vào bộ phận đóng mở ống khói nóng của đèn dầu đun nước , nhờ đó mà tự động điều nhiệt được

dễ theo dõi trứng nỏ tập trung, cùng lúc Không nên áp chung các loại trứng gia cầm khác loài trong cùng một lò vì chế độ nhiệt của mỗi loài là khác nhau

1.2.3.2 Nhiệt độ

Trứng mới vào lò còn lạnh nên 3-4 ngày đầu cần cung cấp nhiệt độ cao hơn các giai đoạn

ấp sau: Đối với trứng gà, trứng vịt và trứng ngan xấp xỉ 38 đô ̣C (phụ thuộc vào điều kiện từng nơi ấp), sau đó giảm nhiệt độ từ từ, đến 3-4 ngày trước khi nở nhiệtđộ giảm 0,5-10 đô ̣C

Trong những ngày nóng, cần hạ nhiệt độ phòng ấp bằn cách mở lò ấp, phun nước ấm( 35-36

đô ̣ C), phun nước làm mát phòng ấp

1.2.3.3 Độ ẩm

Những ngày đầu tiên yêu cầu nhiệt độ cao, yêu cầu độ ẩm cũng cao để giảm bớt sự bốc hơi nướctrong trứng Đến giữa thời kì ấp, do việc trao đổi chất của phôi tăng, lượng nước nội sinh tạo ra cần phải thoát ra ngoài trứng nên yêu cầu nhiệt độ lò ấp và phòng ấp giảm đi Vào vài ngày cuối của thời kỳ ấp, sự trao đổi chất của phôi mạnh nhất, nhiệt độ của trứng tăng lên cao nhất nên nhiệt độ của lò ấp phải giảm nhưng đồng thời ẩm độ của lò phải tăng (phun nước ấm lên trứng )để vừa hạ nhiệt trứng vừa tánh gà nở bị sát vỏ và chết tắc

1.2.3.4 Không khí

Không khí rất cần cho sự tao đổi khí của phôi vì vậy lò ấp phải đủ thông thoáng, khí trong

lò ấp phải được lưu thông đều Đảo trứng cũng là cách để điều hòa nhiệt độ, ẩm độ và không khí tại mọi vị trí của quả trứng

1.2.4 Tổng quan công nghệ

- Vì nhiệt độ ấp trứng gà là 37,4 - 37,8 độ C nên dải nhiệt của máy ta chọn sẽ là 37,5 độ C, và

có thể cài đặt và điều khiển được thông qua mạch điều khiển

- Ta cần có hê ̣ thống lò, cảm biến và mạch điều khiển ( tốt nhất là dùng hê ̣thống linh kiêṇ điêṇ tử ) để có thể giữ được nhiêt ̣ đô ̣ổn định và nằm trong khoảng nhiêt ̣ cho phép để trứng

có thể nở ra con khỏe mạnh và tỉ lê ̣ nở cao

- Trong khi ấp hê ̣ thống của ta cần phải cung cấp cả không khí lẫn đô ̣ẩm để trứng đủ điều kiêṇ nở tốt nhất

- Trong máy ấp ta nên thiết kế khay để trứng có tác dụng đảo đồng loạt trứng trong quá trìnhấp

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ CÁC CHỨC NĂNG CƠ BẢN 2.1 Mô hình hệ thống

Để chế tạo mô hình lò ấp trứng ta cần:

- Vỏ máy

- Hệ thống phát nhiệt

- Hệ thống cảm biến đo và điều khiển nhiệt độ lò

- Mạch điều khiển

- Hệ thống tuần hoàn cung cấp không khí, độ ẩm và đảo trứng

- Hệ thống báo động quá nhiệt trong những ngày nóng

2.2 Các chức năng cơ bản

Với nguyên lý hoạt động như trên, cấu tạo máy ấp trứng có 3 bộ phận cơ bản như sau:

Buồng ấp: Đây là bộ phận không thể thiếu trên máy ấp trứng, buồng ấp giúp giữ nhiệt độ bên

trong ổn định để phôi phát triển Buồng ấp có thể được làm từ nhiều chất liệu khác nhau từ thùng xốp, gỗ, tấm cách nhiệt,… Buồng ấp thường được thiết kế không kín mà vẫn phải có khe hở để đảm bảo thoáng khí cho phôi trứng hô hấp

Bóng nhiệt: Bóng nhiệt là nguồn cung cấp nhiệt độ trong buồng ấp Bóng nhiệt có thể sử

dụng bóng đèn sợi đốt hoặc bóng nhiệt Halogen chuyên dụng Khi bóng được cấp điện sẽ sinh ra nhiệt làm nhiệt độ trong buồng ấp tăng lên Để giữ cho nhiệt độ trong buồng ấp ổn định thường được điều khiển bởi một mạch điện tử

Bộ tạo ẩm: Bộ tạo ẩm trong máy ấp trứng cũng không thể thiếu giúp cung cấp đủ độ ẩm cho

phôi phát triển Bộ tạo ẩm đơn giản có thể sử dụng khay nước đặt trong buồng ấp là được Nếu độ ẩm không đủ có thể cho them khay nước hoặc dung các biện pháp khác như dung bộ tạo ẩm tự động, dung quạt gió thổi vào khay nước để tăng độ bay hơi, cho khan bông vào khay nước hay để khay nước gần bóng nhiệt…

Mô hình máy ấp trứng

CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

3.1 Giao tiếp vi điều khiển

3.1.1 Giao tiếp vi điều khiển với nút nhấn

3.1.1.1 Giới thiệu chung

Nút nhấn là một loại thiết bị ngoại vi thông dụng được sử dụng để nhập dữ liệu từ bênngoài vào vi điều khiển Tùy thuộc vào cấu tạo bên trong của nút nhấn mà ta có nhiều loại nút nhấn như: nút nhấn cơ khí (Mechanical), màng mỏng (Membrane), điện dung

(Capacitor) hoặc hiệu ứng Hall (Hall-Effect)

• Trong các nút nhấn cơ khí có cấu tạo gồm hai tấm kim loại nhỏ Khi có tác động lên nút sẽ làm xảy ra sự tiếp xúc giữa hai bề mặt tấm kim loại này

• Trong các nút nhấn màng mỏng có cấu tạo là hai bề mặt vật liệu dẫn điện được phủ trên mộtmàng nhựa hoặc cao su mỏng Khi có tác động lên nút sẽ làm xảy ra sự tiếp xúc giữa hai bề mặt dẫn điện này Loại nút nhấn này có thể được chế tạo rất mỏng

• Trong các nút nhấn điện dung có cấu tạo giống như là một tụ điện có hai bản cực song song nhau Khi có tác động lên nút sẽ làm thay đổi khoảng cách giữa hai bản cực, dẫn đến làm cho

điện dung giữa hai bản cực của tụ điện này bị thay đổi Khi sử dụng loại nút nhấn này thì cầnphải có một mạch điện đặc biệt để phát hiện ra sự thay đổi điện dung này

• Trong các nút nhấn hiệu ứng Hall có cấu tạo rất phức tạp Khi có tác động lên nút sẽ làm thay đổi hướng các đường sức từ của một nam châm vĩnh cữu đặt vuông góc với một tinh thểthạch anh, từ đó sẽ làm thay đổi điện áp xuất hiện giữa hai mặt của tinh thể thạch anh này Khi sử dụng loại nút nhấn này thì cần phải có một mạch điện đặc biệt để phát hiện ra sự thay đổi điện áp này Các nút nhấn cơ khí được sử dụng phổ biến nhất trong thực tế bởi vì chúng

có cấu tạo đơn giản, độ bền khá cao và giá thành rất thấp Vì vậy trong phạm vi và thời lượng hết sức cô đọng của bài thực hành này chỉ có thể trình bày các nội dung liên quan đến nút nhấn cơ khí mà thôi

Tất cả các nút nhấn cơ khí đều có chung một vấn đề cần phải khắc phục, vấn đề này được gọi là hiện tượng dội, nảy (contact bounce) Thay vì tạo ra một xung duy nhất cho mỗi lần nút được nhấn (hoặc nhả) tương ứng cho một tác động điều khiển từ bên ngoài đến vi điều khiển, nhưng trên thực tế do hiện tượng này xảy ra cho nên mỗi lần nút được nhấn (hoặc nhả) sẽ tạo ra một chuỗi gồm nhiều xung dẫn đến làm cho vi điều khiển hiểu nhầm có nhiều tác động điều khiển từ bên ngoài Sở dĩ có hiện tượng này là do trong các nút nhấn cơ khí bề mặt hai tấm kim loại không bằng phẳng và có sự đàn hồi của hai bề mặt kim loại này Hiện tượng này được minh họa trong hình dưới đây

Minh họa hiện tượng dội của nút nhấn cơ khí.

3.1.2 Ma trận phím

3.1.2.1 Giới Thiệu Ma Trận phím

Ma trận bàn phím 4x4 bao gồm 16 phím bấm, chúng được kết nối với nhau tạo thành

4 hàng, 4 cột và cho ra 8 chân kết nối (4 chân hàng ngang (Row: R1-> R4), và 4 chân cột dọc(Column: C1-> C4)) Bình thường để đọc được phím từ 16 phím đơn, ta cần phải dùng đến

16 chân của VĐK, tuy nhiên cách mắc thành ma trận phím 4x4 dưới đây sẽ giúp ta rút gọn còn 8 chân kết nối.(hình ảnh minh họa hình 5.2 và hình 5.3)

Khi có bất kỳ một phím nào trên bàn phím được nhấn thì cột và hàng tương ứng chứa phím đó sẽ bị ngắn mạch lại với nhau và khi đó giá trị mà PIC đã xuất ra tại các cột

(RB7 RB4) sẽ được đọc về từ các hàng (RB3 RB0) Căn cứ trên giá trị đọc về này ta sẽ xác

định được phím nào trong số 16 phím trên bàn phím được nhấn tùy thuộc vào thời điểm quét phím Việc nhận dạng phím nào được nhấn chủ yếu dựa vào hai điểm chính là: vị trí mức logic 0 tại các CỘT (thời điểm quét phím) và vị trí mức logic 0 tại các HÀNG (có phím nhấn) Cần phải dựa vào cả hai điểm này để xác định phím nào được nhấn, thiếu một trong hai điểm đều dẫn đến việc xác định phím nhấn sẽ không còn chính xác Hình 1.4 dưới đây trình bày một chu kỳ quét phím cho bàn phím ma trận 16 phím và cách xác định phím được nhấn dựa trên giá trị đọc về và thời điểm quét phím.

Cách xác định phím được nhấn của bàn phím mà trận(đối với pic).

3.1.3 Led 7 đoạn

Led 7 đoạn là 7 đèn led được sắp xếp thành hình chữ nhật như hình bên dưới

Led 7 đoạn.

3.1.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Mỗi đèn led 7 đoạn có chân đưa ra khỏi hộp hình vuông Mỗi một chân sẽ được gán cho một chữ cái từ a đến g tương ứng với mỗi led Những chân khác được nối lại với nhau thành một chân chung

Như vậy bằng cách phân cực thuận (forward biasing) các chân của led theo một thứ tự cụ thể,một số đoạn sẽ sáng và một số đoạn khác không sáng cho phép hiển thị ký tự mong muốn Điều này cho phép chúng ta hiển thị các số thập phân từ 0 đến 9 trên cùng một led 7 đoạn

Chân chung được sử dụng để phân loại led 7 đoạn Vì đèn led có 2 chân, 1 chân là anode và 1 chân là cathode nên có 2 loại led 7 đoạn là cathode chung (CC) và anode chung (CA)

Sự khác nhau giữa 2 loại có thể thấy ngay ở tên gọi của nó Loại CC là các chân cathode được nối chung với nhau Còn loại CA là các chân anode được nối chung với nhau Cách chiếu sáng mỗi loại như sau:

Loại CC (common cathode): Tất cả các chân cathode được nối với nhau và nối đất, hay logic là 0 Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở đặt tín hiệu logic 1(hay mức cao) để phân cực thuận từng cực anode (từ a đến g)

Led 7 đoạn lại CC

Loại CA (common anode): Tất cả các chân anode được nối với nhau với logic là 1 Mỗi phân đoạn được chiếu sáng bằng cách sử dụng điện trở tín hiệu logic 0 (hay low) vào cáccực cathode (từ a đến g)

Led 7 đoạn loại CA.

3.1.3.2 Phương pháp quét led 7 đoạn đa hợp

Ở bài toán điều khiển LED 7 thanh chúng ta có thể áp dụng theo bài toán bước 1 nối mỗi con LED 7 thanh vào 8 chân data độc lập Tuy nhiên việc này sẽ gây lãng phí số chân điều khiển LED và limit số LED có thể điều khiển Với số LED tăng lên đủ lớn số chân cần cũng tăng lên rất nhiều Để giải quyết bài này có một kỹ thuật nêu ra là kỹ thuật “Quét LED”

Kỹ thuật Quét LED thực hiện theo nguyên tắc một thời điểm chỉ bật một LED 7 thanhvới dữ liệu nó cần hiển thị, các LED còn lại được tắt Việc quét LED thực hiện luôn phiên sáng các LED với yêu cầu trên Quá trình quét LED chuẩn được thực hiện theo các bước sau:

- Xuất ra số muốn hiển thị

- Cấp nguồn cho L7S muốn hiển thị.

- Trễ 1 khoảng thời gian ngắn để duy trì sáng

- Cắt nguồn LED vừa hiển thị Lặp lại quy trình 4 bước với đèn L7S tiếp theo

3.2 2 TỔNG QUAN VỀ ARM LPC2103

3.2.1 ARM CORTEX VÀ ARMv7

Trước hết ARM không phải là 1 bộ vi điều khiển kiểu như 8051, AVR … Nó chỉ là một cái lõi (core) chuyên xử lý dữ liệu, và kiến trúc của lõi này được công ty ARM thiết kế, bán cho các hãng khác theo dạng cấp phép sở hữu trí tuệ (Intellectual Property), các hãng sảnxuất khác sẽ lắp thêm các thành phần ngoại vi vào cái core này để tạo ra 1 sản phẩm hoàn thiện Để đơn giản , các bạn hãy tưởng tượng core ARM chính là cái chíp core-i5, core-i7 thậm chí là core-9 Các công ty sẽ làm nhiệm vụ lắp thêm RAM, ROM, cổng USB, cổng LAN và cho ra đời các sản phẩm cụ thể như : LPC2000,LPC2148, LPC3xxx, LPC1114, ATSAM7…

Dòng ARM7 dựa trên kiến trúc Von Neumann sử dụng chung vùng nhớ để chứa dữ liệu và chương trình, do đó dùng chung bus cho việc truy xuất

Cortex-M3 dựa trên kiến trúc Harvard, được đặc trưng bằng sự tách biệt giữa vùng nhớ chứa dữ liệu và chương trình do đó có các bus riêng để truy cập Vì có thể đọc cùng lúc lệnh và dữ liệu từ bộ nhớ, bộ vi xử lý Cortex-M3 có thể thực hiện nhiều hoạt động song song, tăng tốc thực thi ứng dụng

3.2.2 KIẾN TRÚC CỦA ARM7

3.2.2.2 Cấu trúc load – store

Cũng như hầu hết các bộ xử lý dùng tập lênh RISC khác, ARM cũng sử dụng cấu trúc load-store Điều đó có nghĩa là: tất cả các chỉ lệnh <cộng, trừ…> đều được thực hiện trên thanh ghi Chỉ có lệnh copy giá trị từ bộ nhớ vào thanh ghi<load> hoặc chép lại giá trị từthanh ghi vào bộ nhớ<store> mới có ảnh hưởng tới bộ

3.2.2.3 Tập lệnh của ARM

Tất cả các lệnh của ARM có thể thuộc 1 trong 3 loại sau:

+ Chỉ lệnh xử lý dữ liệu: chỉ thay đổi giá trị trên thanh ghi

+ Chỉ lệnh truyền dữ liệu: copy giá trị từ thanh ghi vào bộ nhớ và chép giá trị từ bộ nhớ vào thanh ghi.<load-store>

+ Chỉ lệnh điều khiển dòng lệnh: Bình thường, ta thực thi các chỉ lệnh chứa trong mộtvùng nhớ liên tiếp, chỉ lệnh điều khiển dòng lệnh cho phép chuyển sang các địa chỉ khác nhau khi thực thi lệnh, tới những nhánh cố định, <lệnh rẽ nhánh> hoặc là lưu và trở lại địa chỉ để phục hồi chuỗi lệnh ban đầu <chỉ lệnh rẽ nhánh và kết nối> hay là đè lên vùng code của hệ thống <gọi giám sát-ngắt phần mềm>

Một số đặc điểm riêng biệt của tập lệnh :

+ Để tăng tính mềm dẻo và giảm kích thước chương trình, ARM đưa ra một loại lệnh gọi là THUMB chỉ có 16 bit Với lệnh 16bit này tốc độ thực thi của chương trình sẽ giảm tuy nhiên

bộ nhớ lưu trữ của chương trình sẽ tiết kiệm hơn

Theo như datasheet của LPC2148 thì :

+ Mọi câu lệnh trong ARM đều có thể viết thành “câu lệnh có điều kiện” ví dụ: EQMOV R1,

#0x02FE0302 ; có nghĩa là move giá trị #0x02FE0302 vào R1 nếu kết quả của câu lệnh trước = R1 và sẽ set cờ Z lên 1(EQ được thêm vào trước MOV và người ta gọi thể loại bựa nhân này là Suffix, có thể tra datasheet cái bảng Suffix này) Điều này làm cho một số câu lệnh rẽ nhánh được thực hiện rất nhanh

3.2.3 CẤU TRÚC VÀ BỘ NHỚ VÀ CHỨC NĂNG PIN LPC 2103

Các tính năng được hỗ trợ trong LPC2103