Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế mạch đo nhiệt độ, đo khoảng cách, hiển thị lên LCD và giao tiếp với máy tính quá cổng COM
Điện tử –K50 Báo cáo Project II-Nhóm Lêi mở đầu : Ngày nay, với phát triển nh- vũ bÃo khoa học kỹ thuật, đặc biệt lĩnh vực điện tử, thiết bị điện tử ngày đại Các hệ thống điện tử đà tham gia vào công nghiệp làm tăng suất lao động, tăng hiệu kinh tế đồng thời có phần h-ớng đến nhu cầu gần gũi ng-ời, mang tính hỗ trợ cho sống nh- máy bán hàng tự động, nhà thông minh .Từ mang đến cho ng-êi sù tiƯn nghi h¬n cc sèng Trong bối cảnh nh- lĩnh vực thiết kế mạch vi xử lý đóng vai trò quan trọng Các mạch vi xử lý tham gia vào hầu hết thiết bị điện tử, đóng vai trò đầu nÃo để xử lý liệu đ-a tín hiệu điều khiển xác Trên sở đó, chúng em lm đề ti thiết kế mạch đo nhiệt độ, đo khoảng cách, hiển thị lên LCD giao tiếp với máy tính qua cổng COM Những mạch có ứng dụng thực tiễn đo nhiệt độ môi trêng, hƯ thèng “c°m biÕn lïi”, ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é cho xe Chúng em chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Khuyến thầy giáo Nguyễn Xuân Quyền đà có góp ý, sửa đổi hữu ích để chúng em cã thĨ hoµn thiƯn Project nµy Điện tử K50 Bỏo cỏo Project II-Nhúm Phần I.Sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý mạch: Sơ đồ khối toàn mạch nh- sau : Hình Sơ đồ khối toàn mạch Chi tiết khối : Khối đo nhiệt độ : Khối có tác dụng đo nhiệt độ môi tr-ờng trả tín hiệu gi trị nhiệt độ cho khối xử lý trung tâm Khối dùng cm biến số dây DS18B20, l loi cm biến có nhiều ưu điểm như: độ xác cao,dải đo t-ơng đối lớn phù hợp với nhiều ứng dụng dân dụng, cảm biến số không dùng ADC, đ-ợc nhà sản xuất đánh số serial riêng nên dùng để đo nhiều vị trí , dặc biệt chung dây nguồn v dây tín hiệu nên gọi l cm biến dây Một số đặc tính : Hoạt động với điện áp từ 3V đến 5.5V Cảm biến dây víi 64bit m· Rom Điện tử –K50 Bỏo cỏo Project II-Nhúm Dải đo t-ơng đối lớn : từ -55 đến +125 C Đầu chuỗi bit, ko cần dùng ADC Khối đo khoảng cách : Hình IC GP2D12 Đo khoảng cách ®-ỵc øng dơng nhiỊu thùc tÕ nh- hƯ thèng đỗ xe tự động, cảm biến lùi xe hơi, ®o tèc ®é chun ®éng… Cã mét sè c«ng nghƯ đo khoảng cách nh- : đo khoảng cách dùng hồng ngoại, dùng siêu âm, dùng laserTong ph-ơng pháp đo laser có khoảng cách xa , sau siêu âm quang hồng ngoại Thực tế cần khoảng cách khoảng vài mét ng-ời ta hay dùng siêu âm Trong cảm biến lùi ô tô th-ờng dùng siêu âm hồng ngoại Trong phạm vi Project nhóm dùng càm biến hồng ngoại IR GP2D12 SHARP với thông số sau: Điện áp hoạt động 4.5V đến 5.5V Nhiệt độ hoạt động -10 oC đến 60 oC Đầu tín hiệu điện áp thay đổi theo khoảng cách Có thể dùng ADC cđa vi ®iỊu khiĨn ®Ĩ tÝn hiƯu sè Khèi giao tiÕp m¸y tÝnh: Giao tiÕp víi m¸y tÝnh qua cæng Com Khèi dïng IC Max232 Bé biÕn đổi điện áp MAX 232 để t-ơng thích điện áp TTL vi điều khiển chuẩn RS232 không t-ơng thích với mức logic TTL, yêu cầu điều khiển đ-ờng truyền chẳng in t –K50 Báo cáo Project II-Nhóm h¹n nh- chip MAX232 để chuyển đổi mức điện áp RS232 mức TTL ng-ợc lại Khối hiển thị : Hình LCD 16*02 Khối có chức hiển thị qua hình LCD 16 cột dòng LCD dùng chip HD44780 phổ biến thị tr-ờng Hiển thị ký tự mà Ascii LCD nhận tín hiệu từ vi điều khiển Đó tín hiệu điều khiển để hiển thị ký tự mong muốn.Sau xử lý hiển thị theo ý mn ng-êi lËp tr×nh Khèi xư lý : Hình Sơ đồ chân Atmega16 in t K50 Bỏo cỏo Project II-Nhúm Đây khối quan träng nhÊt Khèi dïng vi ®iỊu khiĨn AVR Atmega16 xử lý liệu vào từ khối cảm biÕn sau ®ã xt tÝn hiƯu cho khèi hiĨn thị, giao tiếp máy tính Chip phù hợp với ứng dụng mạch Các đặc tính : Có 40 chân (với dạng PDIP) Điện áp hoạt động : 2.7V đến 5.5V Có port vµo Cã bé ADC 10 bit Khèi báo hiệu: Dùng LED loa cảnh báo giá trị tới hạn Sau sơ đồ khối toàn mạch : Điện tử –K50 Báo cáo Project II-Nhóm Điện tử –K50 Báo cáo Project II-Nhóm Phần II.Các linh kiện mạch: Trong mạch có sư dơng c¸c linh kiƯn sau: Chip AVR Atmega16 IC DS18B20 IC GP2D12 MAX 232 LCD 1602 LM7805 Led, trë, loa tô Chøc linh kiện : 1.AVR Atmega16: Những đặc tính bản: Có 40 chân với dạng PIDP Cỉng vµo/ra Cã 16Kb bé nhí flash 512 Bytes EEPROM định thời bits kênh PWM Điện áp hoạt động từ 2,7V đến 5,5V Hình Sơ đồ chân Mô tả chức chân At16: Điện tử –K50 Báo cáo Project II-Nhóm VCC: cÊp ngn sè GND: ®Êt Cỉng A (PORT A): (PA7 PA0) Có chức đầu vào cho chuyển đổi ADC Cổng A hoạt động nh- cổng vào bit thông th-ờng ADC không đ-ợc sử dụng Cổng B (PORT B): Ngoài chức thông th-ờng đầu vào/đầu nh- cổng A, cổng B có chức phụ khác Cổng C(PORT C): Nếu giao tiếp JTAG đ-ợc kích hoạt, điện trở kéo chân PC5 (TDI), PC3 (TMS), PC2 (TCK) đ-ợc kích hoạt có khởi động lại (reset).Ngoài cổng C chức giống nh- cổng vào/ra thông th-ờng Cổng D (PORT D): Ngoài chức đầu vào thông th-ờng nh- cổng trên, cổng D có Chân Reset: đầu vào reset, mức điện áp thấp chân khoảng thời gian lớn thời gian xung xảy reset, nguồn tần số không họat động XTAL1: đầu vào đảo khuếch đại dao động đầu vào cho mạch dao động bên Atmega16 XTAL2: đầu đầu vào đảo khuếch đại dao động in tử –K50 Báo cáo Project II-Nhóm AVCC: nguån cấp cho cổng A chuyển đổi ADC, chân nên đ-ợc nối với nguồn cấp VCC bên ngoài, chuyển đổi ADC không đ-ợc sử dụng Nếu chuyển đổi ADC không đ-ợc sử dụng, chân AVCC nên đ-ợc nối với nguồn VCC qua qua lọc AREF: AREF chân chuẩn analog cho chuyển đổi ADC 2.IC DS18B20 : Hình 7.Sơ đồ chân DS18B20 Loại cảm biến gọi cảm biến dây đ-ờng dẫn tín hiệu lối đ-ờng dẫn điện áp nguồn nuôi dùng chung dây dẫn không chung cho cảm biến mà nhiều cảm biến sử dụng chung đ-ờng dẫn Điều có ích giảm chi phí dây dẫn nh- phức tạp cho hệ thống nhiều đầu đo công nghiệp in t K50 Bỏo cỏo Project II-Nhúm Mỗi vi mạch đo nhiệt độ DS18B20 có mà số định danh nhất, đ-ợc khắc laser trình chế tạo vi mạch nên nhiều vi mạch DS18B20 cã thĨ cïng kÕt nèi vµo mét bus 1-wire mµ nhầm lẫn Đặc điểm làm cho việc lắp đặt nhiều cảm biến nhiệt độ nhiều vị trí khác trở nên dễ dàng với chi phí thấp Theo chuẩn 1wire độ dài tối đa cho phép bus 300 m Số l-ợng cảm biến nối vào bus không hạn chế Một số đặc tính : Sử dụng giao diện dây nên cần có chân để truyền thông Dải đo nhiệt độ -55oC đến 125oC, bậc 0,5oC, đạt độ xác đến 0,0625oC b»ng viƯc hiƯu chØnh qua phÇn mỊm RÊt thích hợp với ứng dụng đo l-ờng đa điểm nhiều đầu đo đ-ợc nối bus, bus đ-ợc gọi bus dây (1-wire bus) đ-ợc trình bày chi tiết số tạp chí tới Chỉ cần thêm trở bên Điện áp nguồn nuôi thay ®ỉi kho¶ng réng, tõ 3,0 V ®Õn 5,5 V chiều đ-ợc cấp thông qua đ-ờng dẫn liệu Dòng tiêu thụ chế độ nghØ cùc nhá Thêi gian lÊy mÉu vµ biÕn đổi thành số t-ơng đối nhanh, không 200 ms Mỗi cảm biến có mà định danh nhÊt 64 bit chøa bé nhí ROM trªn chip (on chip), giá trị nhị phân đ-ợc khắc tia laze Các cách kết nối DS8B20 với vi điều khiển : 10 Điện tử –K50 Báo cáo Project II-Nhóm ®iỊu khiĨn Khèi vi ®iỊu khiĨn dïng ADC cho giá trị số, từ so sánh xuÊt LCD 5.IC MAX 232 : MAX 232 để t-ơng thích điện áp TTL vi điều khiển chuẩn RS232 không t-ơng thích với mức logic TTL, yêu cầu điều khiển đ-ờng truyền chẳng hạn nh- chip MAX232 để chuyển đổi mức điện áp RS232 mức TTL ng-ợc lại.IC MAX232 liên kết vi điều khiển jump cổng Com máy, từ tạo cầu nối cho việc truyền liệu vi điều khiển máy tính D-ới sơ đồ mạch kết nối MAX232 với vi điều khiển Hình 14 Sơ đồ kÕt nèi cña MAX232 16 Điện tử –K50 Báo cỏo Project II-Nhúm Phần III.Thi công làm mạch lập trình : Nhóm dùng phần mềm vẽ mạch Orcad để vẽ mạch nguyên lý mạch in D-ới sơ đồ mạch in Hình 15 Sơ đồ mạch in 17 Điện tử –K50 Báo cáo Project II-Nhóm Hình 16 Mặt 18 in t K50 Bỏo cỏo Project II-Nhúm Hình 17 Mặt d-ới Nhóm đà khảo sát đặc tuyến IC GP2D12 để có liệu lập trình ADC D-ới bảng kết thu đ-ợc : 19 in t K50 Bỏo cỏo Project II-Nhúm Khoảng cách (cm) Điện áp chân out (V) Giá trị ADC 10 435 11 402 12 356 13 321 14 290 15 260 16 242 17 224 18 200 19 184 20 167 21 162 22 149 23 146 24 134 25 130 26 123 27 117 28 114 29 104 30 102 20 ... đất cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với GND mạch ®iỊu khiĨn VDD Ch©n cÊp ngn cho LCD, thiết kế mạch ta nối chân với VCC=5V mạch điều khiển Vee Chân dùng để điều chỉnh độ t-ơng phản LCD Chân... dùng vi điều khiển AVR Atmega16 xử lý liệu vào từ khối cảm biến sau xuất tín hiệu cho khối hiển thị, giao tiếp máy tính Chip phù hợp với ứng dụng mạch Các đặc tính : Có 40 chân (với dạng PDIP)... hình LCD 16 cột dòng LCD dùng chip HD44780 phổ biến thị tr-ờng Hiển thị ký tự m· Ascii LCD nhËn tÝn hiƯu tõ vi ®iỊu khiĨn Đó tín hiệu điều khiển để hiển thị ký tự mong muốn.Sau xử lý hiển thị