HIỂN THỊ LÊN LCD NHIỆT ĐỘ ĐƯỢC ĐỌC TỪ CẢM BIẾN LM35

Hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35, tín hiệu trả về dưới dạng Analog được xử lý bằng vi điều khiển PIC 16F877A. Bằng thuật toán của chương trình, chúng em xác định được nhiệt độ trong phòng. Nhiệt độ trong phòng sẽ được trả ra LCD để dễ dàng theo dõi, đồng thời giá trị này được so sánh với 2 ngưỡng nhiệt độ đặt trước (có thể thay đổi) để đưa ra phương án tiếp theo. Nếu nhiệt độ trong phòng quá thấp (dưới ngưỡng T1=20℃) vi điều khiển sẽ xuất lệnh chạy đèn sưởi để tăng nhiệt độ trong phòng đến mức thích hợp. Ngược lại, nếu nhiệt độ phòng cao (trên ngưỡng T2=35℃) thì lúc này vi điều khiển sẽ xuất lệnh quạt làm mát hoạt động để có thể hạ nhiệt độ trong phòng về mức nhiệt thích hợp. Quá trình này sẽ được lặp đi lặp lại trong suốt quá trình hoạt động, người sử dụng có thể thiết lập 2 ngưỡng nhiệt độ bằng nút bấm bên ngoài, không cần lập trình lại, điều này có khiến hệ thống trở nên linh hoạt và phù hợp với nhiều nơi.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TIỂU LUẬN Môn học: HỆ THỐNG NHÚNG

Đề tài: HIỂN THỊ LÊN LCD NHIỆT ĐỘ ĐƯỢC ĐỌC TỪ CẢM BIẾN LM35

Giáo viên hướng dẫn :

Sinh viên :

MSSV :

Lớp:

TH.S TĂNG CẨM NHUNG ĐẶNG VĂN NAM

HỨA XUÂN BẰNG (NT) K175520114213

K175520114219 53CDT03

Thái Nguyên - 2021

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 3

1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 3

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 3

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 3

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4

2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 4

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 4

2.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 5

2.2.2 CHƯƠNG TRÌNH 8

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN CHUNG 14

3.1 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 16

3.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU YÊU CẦU – GIỚI HẠN CỦA ĐỀ

TÀI

1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Ngày nay việc sử dụng các thiết bị điện tử phục vụ đời sống hằng ngày rất phổ biến Trong đó ta có thể kể đến các thiết bị cảm ứng và hiển thị các thông số môi trường phục vụ nhiều mục đích khác nhau nhằm tạo sự tiện lợi trong sinh hoạt hằng ngày Bắt nguồn từ mục đích đó, nhóm em đã thiết kế một mạch cảm ứng nhiệt độ và hiển thị ra LCD sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A và linh kiện cảm ứng nhiệt độ LM35 để điều khiển tự động đèn cấp nhiệt và quạt làm mát Việc này giúp chúng ta

có thể thay đổi được nhiệt độ trong phòng một cách tự động khi chịu tác động từ môi trường bên ngoài

Nhận ra từ nhu cầu thực tế trên, nhóm chúng em đã có ý tưởng thiết kế hệ thống ổn

định nhiệt độ trong phòng

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Hệ thống ổn định nhiệt độ trong phòng giúp nhiệt độ trong phòng luôn ở mức phù hợp so với môi trường bên ngoài Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên tắc điều khiển

có tín hiệu phản hồi (nhiệt độ phòng đo được từ cảm biến), nếu nhiệt độ chưa ở mức thích hợp thì hệ thống sẽ bật phụ tải Quạt để làm mát hoặc Đèn cấp nhiệt để tăng

nhiệt độ Ngoài ra, ngưỡng nhiệt độ cài đặt có thể thay đổi được để thuận tiện cho người dùng mong muốn

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Hệ thống ổn định nhiệt độ trong phòng chỉ phù hợp với những phòng có diện tích vừa, nhỏ và phòng phải kín Vì hệ thống sử dụng quạt làm mát và đèn cấp nhiệt nên cần thời gian để ổn định nhiệt độ phòng

4

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

Hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt độ LM35, tín hiệu trả về dưới dạng Analog được

xử lý bằng vi điều khiển PIC 16F877A Bằng thuật toán của chương trình, chúng em xác định được nhiệt độ trong phòng Nhiệt độ trong phòng sẽ được trả ra LCD để dễ dàng theo dõi, đồng thời giá trị này được so sánh với 2 ngưỡng nhiệt độ đặt trước (có thể thay đổi) để đưa ra phương án tiếp theo

Nếu nhiệt độ trong phòng quá thấp (dưới ngưỡng T1=20℃) vi điều khiển sẽ xuất lệnh chạy đèn sưởi để tăng nhiệt độ trong phòng đến mức thích hợp Ngược lại, nếu nhiệt độ phòng cao (trên ngưỡng T2=35℃) thì lúc này vi điều khiển sẽ xuất lệnh quạt làm mát hoạt động để có thể hạ nhiệt độ trong phòng về mức nhiệt thích hợp

Quá trình này sẽ được lặp đi lặp lại trong suốt quá trình hoạt động, người sử dụng

có thể thiết lập 2 ngưỡng nhiệt độ bằng nút bấm bên ngoài, không cần lập trình lại, điều này có khiến hệ thống trở nên linh hoạt và phù hợp với nhiều nơi

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

Theo yêu cầu của đề tài thì nhóm chúng em tiến hành thiết kế sơ đồ khối của hệ thống ổn định nhiệt độ trong phòng

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống

Khối cảm

biến

Khối xử lý tín hiệu

Khối hiển thị

Khối cài

đặt ngưỡng

Khối so sánh

Khối

nguồn

Khối cơ cấu chấp hành

Khối giải

mã

5

Chức năng từng khối:

 Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch

 Khối cảm biến: có chức năng thu nhận nhiệt độ của môi trường bên

ngoài, gửi về pic dưới dạng Analog

 Khối xử lý tín hiệu: tín hiệu dạng Analog trả về từ cảm biếnđược xử lý, chuyển đổisang dạng tín hiệu số

 Khối giải mã: có chức năng giải mã nhiệt độ đo được từ khối xử lý tín hiệu sang mã hiển thị lên LCD

 Khối hiển thị: hiển thị kết quả và 2 ngưỡng đã cài đặt

 Khối so sánh: so sánh dữ liệu từ khối xử lý với các giá trị đã cài sẵn (ở đây là ngưỡngT1, T2)

 Khối cơ cấu chấp hành: khi nhận tín hiệu từ khối so sánh (thỏa mãn

điều kiện) sẽ cho hoạt động cơ cấu chấp hành( Quạt hoặc Đèn)

 Khối cài đặt : có chức năng cài đặt, hiệu chỉnh 2 ngưỡng nhiệt độ T1 và

T2 Khi hoạt động thực tế, các khối chức năng phối hợp với nhau theo một quy luật

nhất định, bất kỳ khối nào xảy ra lỗi đều khiến hệ thống hoạt động sai

2.2.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ

a Khối hiển thị:

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ…

Hình 2.2: Sơ đồ chân LCD 16x02 Chức năng các chân:

6

Bảng 2.1: Bảng chức năng các chân của LCD

Chân Ký hiệu Mô tả

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

GND của mạch điều khiển

2 VDD Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này

với VCC=5V của mạch điều khiển

3 VEE Điều chỉnh độ tương phản của LCD

4 RS Chân chọn thanh ghi (Register select) Nối chân RS với logic

“0” (GND) hoặc logic “1” (VCC) để chọn thanh ghi

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

5 R/W Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với

logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic

“1” để LCD ở chế độ đọc

6 E Chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus

DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân E

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào(chấp nhận) thanh ghi bên trong nó khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

7-14 DB0 -

DB7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :

+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7

+ Chế độ 4 bit : Dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7

15 - Nguồn dương cho đèn nền

7

b Khối cảm biến

Hình 2.3: Cảm biến LM35 LM35 có độ chuẩn xác hơn kém 0,4 ° C ở nhiệt độ phòng bình thường và hơn kém 0,8 ° C trong khoảng 0 ° C đến + 100 ° C Một đặc tính quan trọng hơn của cảm biến này là rằng nó chỉ thu được 60 microamps từ nguồn cung ứng và có khả năng tự sưởi

ấm thấp

c PIC 16F877A

Khối xử lý, khối giải mã, so sánh: Sử dụng 1 vi điều khiển PIC 16F877A

Hình 2.4: PIC 16F877A Đây là dòng vi xử lý khá phổ biến với đầy đủ các chức năng phù hợp với những ứng dụng cơ bản Một số đặc điểm nổi bật của PIC 16F877A:

- PIC 16F877A là một loại vi điều khiển 8 bit tầm trung của hãng Microchip

- PIC 16F877A có kiến trúc Havard, sử dụng tập lệnh RISC ( Reduced Instruction Set Computer) với 35 tập lệnh cơ bản

- Tất cả các lệnh được thực trong chu kỳ lệnh ngoại trừ các lệnh rẽ nhánh

- Sơ đồ chân PIC 16F877A với chip cắm 40 chân

8

d Khối cơ cấu chấp hành

Sử dụng 2 rơle, quạt và đèn

e Khối cài đặt

Sử dụng 4 nút nhấn

f Khối nguồn

Sử dụng DC 12V

2.2.2 CHƯƠNG TRÌNH

a Mạch proteus

Hình 2.5 Hệ thống sau khi đấu nối và bố trí lại mạch

b Code chương trình

9

10

11

12

13

14

15

16

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN CHUNG

3.1 ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN

Sau thời gian nỗ lực không ngừng trong học tập cũng như sự nhiệt tình chỉ bảo của

cô Tăng Cẩm Nhung cũng như các thầy, cô trong bộ môn, nhóm chúng em đã hoàn

thành được đề tài: “HIỂN THỊ LÊN LCD NHIỆT ĐỘ ĐƯỢC ĐỌC TỪ CẢM BIẾN LM35” trong quá trình thực hiện đề tài chúng em đã đúc kết được nhiều kinh nghiệm quý báu cho bản thân để phục vụ cho chúng em trong quá trình học tập sau này

Đề tài của chúng em có những ưu nhược điểm sau.:

- Ưu điểm:

+ Có thể áp dụng mạch này vào thực tế một cách dễ dàng và thay đổi được các

ngưỡng nhiệt độ sao cho phù hợp với từng nhu cầu và điều kiện cụ thể

+ Hệ thống hoạt động ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tổ bên ngoài

+ Việc thiết kế mạch đơn giản và tốn ít chi phí

- Nhược điểm:

+ Thuật toán chưa tối ưu

+ Cảm biến nhiệt độ LM35 có độ chuẩn xác hơn kém 0,4 °C ở nhiệt độ phòng

bình thường và hơn kém 0,8 °C trong khoảng 0 °C đến + 100 °C

Với những kết quả đạt được như trên, hệ thống rất hữu ích khi ứng dụng trong nghiên cứu lẫn sử dụng thực tế

3.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, việc tích hợp sẵn các hệ thống đo và ổn định nhiệt độ vào các căn nhà ngày càng tăng Để đáp ứng nhu cầu đó, nhóm bọn em sẽ tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện hệ thống hơn nữa

Đầu tiên, nhóm em sẽ tìm cách tối ưu hóa thuật toán để chương trình hoạt động

ổn định hơn nữa, không gặp phải những lỗi vặt

Thứ hai, chúng em sẽ tìm hiểu những dòng cảm biến nhiệt độ khác để thay thế

cho cảm biến LM35 trong tương lai, cảm biến mới có chất lượng cao hơn mà giá thành không đổi

17

Thứ ba, hệ thống sẽ được tích hợp các modun điều khiển từ xa (Wifi hoặc

bluetooth, ) để có thể chủ động điều khiển hệ thống từ xa, tích hợp các modun này sẽ đem lại cảm giác rất tốt khi sử dụng

Cuối cùng, hệ thống còn có thể tích hợp thêm rất nhiều các loại cảm biến khác

nhau như cảm biến độ ẩm Vào thời gian đầu năm, thời tiết thường ẩm ướt, khi này cần hệ thống sấy khô nhà tự động

18

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình hệ thống nhúng - TNUT

[2] Hệ thống nhúng – Wikipedia

[3] Giáo trình lập trình C – Codegym.vn

[4] Datasheet Pic 16F877A/ LM35