Đang tải... (xem toàn văn)
Nhiệm vụ cần thực hiện là thiết kế một bộ điều khiển nhiệt độ với dải nhiệt độ từ 300C đến 1300C. Vậy yêu cầu đặt ra là:
Thực tập cơng nhân Hồng Nam GVHD: Lê LỜI NĨI ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo giờ… giúp cho đời sống cuả ngày đại tiện nghi Chúng em chân thành cảm ơn Thầy Lê Hồng Nam tận tình hướng dẫn nhóm q trình làm thực tập , tạo điều kiện cho chúng em thực đề tài tốt / Đề tài “Mạch điều khiển nhiệt độ ứng dụng lò nhiệt” đa dạng phong phú, có nhiều loại hình khác dựa vào công dụng độ phức tạp Do tài liệu tham khảo Tiếng Việt cịn hạn chế, trình độ có hạn kinh nghiệm thực tế non kém, nên đề tài chắn cịn nhiều thiếu sót Vì mong nhận ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành thầy cô bạn sinh viên để giúp nhóm làm tốt đề tài sau / Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê Đà Nẵng,tháng năm 2011 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG TRONG LÒ NHIỆT Nhiệm vụ thiết kế: Nhiệm vụ cần thực thiết kế điều khiển nhiệt độ với dải nhiệt độ từ 30 0C đến 1300C Vậy yêu cầu đặt là: +Thiết kế cảm biến nhiệt độ +Thiết kế chuyển đổi tương tự sang số ( khối ADC) +Thiết kế khối xử lý trung tâm +Thiết kế khối bàn phím +Thiết kế khối công suất +Thiết kế khối hiển thị +Thiết kế khối giao tiếp +Viết thuật tốn +Viết chương trình điều khiển Sơ đồ khối: CMU 8051 Khối hiển thị Lò nhiệt Khối cảm biến Khối ADC Khối giao tiếp Khối cơng suất Khối bàn phím Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê Chức linh kiện sử dụng khối 3.1 Khối cảm biến nhiệt độ ADC: • Nhiệm vụ: - Dùng để đo nhiệt độ lò nhiệt - Số hóa tín hiệu cảm biến nhiệt độ để đưa vào vi điều khiển • Chọn linh kiện sử dụng: - ADC0804 - LM35, UJT LM336 - IC LM358 - UJT LM336 - biến trở,một số tụ số điện trở thường • Sơ đồ nguyên lý: VC C R 75 C 150p 10k 19 V R E F /2 B B B B B B B B IN TR AD C 0804 VC C R Nguyên lý làm việc: - LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV / oC Nhóm: 13-07DT4 R D W R C L K IN C LKR u F • D D D D D D D D C S G N D AG N D C R +IN -IN 10 VO U T LM 35 VS+ G N D U 20 U V C C /V R E F VC C Trang: 1 1 1 1 P P P P P P P P P P 1 1 1 1 3 7 P Thực tập cơng nhân Hồng Nam GVHD: Lê Độ xác cao, tính cảm biến nhiệt độ nhạy, nhiệt độ 25 oC - có sai số khơng q 1% Với tầm đo từ -55oC – 150oC, tín hiệu ngõ tuyến tính liên tục với thay đổi tín hiệu ngõ vào 3.2 Khối xử lý trung tâm: • Nhiệm vụ: - Dùng để xử lý tín hiệu vào xuất tín hiệu ra,điều khiển hoạt động • • hệ thống Chọn linh kiện sử dụng: - Vi điều khiển AT89C51, thạch anh 11.598Mhz, switch nhỏ - Điện trở thanh, Jump, điện trở thường số tụ điện Sơ đồ nguyên lý VC C VC C R 10K VC C R 10K 39 38 37 36 35 34 33 32 P P P P P P P P 1 1 7 19 C 33p Y 18 0 /A /A /A /A /A /A /A /A P P P P P P P P D D D D D D D D 1 1 /A /A /A /A /A /A /A /A P /R XD P /TXD P /IN T O P 3 /IN T P /T O P /T P /W R P /R D XTA L1 XTA L2 P P P2 P2 P2 P2 P2 P2 A L E /P R O G PSEN R ST 20 C 33p P P P P P P P P G N D J2 31 40 U E A /V P P VC C VC C AT89C 51 2 2 2 2 P P P P P P P P 2 2 7 1 1 1 1 P P P P P P P P 3 3 3 7 30 29 P P P P P P P P R 10K B A N P H IM R J3 10K P P P P P P P SW C R ST R 2 VC C VC C 0 VC C R 100 2 2 6 Led Seg 10k • Nguyên lý làm việc: - Nhận liệu điều khiển từ bàn phím 4x4 qua Port0 - Giao tiếp với PC qua cổng Com dùng max232 chân Rx Tx - Giao tiếp với khối hiển thị để thị giá trị nhiệt độ qua Port2 3.3 Khối công suất đồng • Nhiệm vụ : - Điều khiển,cấp nguồn cho lò nhiệt,qua làm thay đổi nhiệt độ lị nhiệt Ở lị nhiệt thay tải có cơng suất lớn - Điều khiển tín hiệu kích áp xoay chiều đặt lên Triac, tạo đồng tín hiệu kích áp xoay chiều đặt vào Triac Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập cơng nhân Hồng Nam • • GVHD: Lê Chọn linh kiện sử dụng : - BJT 2SA1015, Triac BT138, OPTO Triac MOC3021 - Một số điện trở thường, tụ điện, Jump cắm tải công suất - Chọn IC Opamp LM393, biến trở 10K, Jump cắm nguồn xoay chiều Sơ đồ nguyên lý : V C C R 11 390 R 12 P Q A 015 3 K R R 25 J 80 U 1K R 24 Q K C 2 T R IA C C T A I+ N G U O N 1u F M O C 021 V C C J R R 17 00K C H IE U U 9A + V + 12 K XO A Y V C C O U T R K - P LM 39 10 0K R 18 V - R • Nguyên lý làm việc : - Mạch đồng tạo xung để điều khiển tín hiệu kích áp xoay chiều - đặt lên triac Triac kích chế độ I+,III+ Tín hiệu xoay chiều qua opamp so sánh BJT A1015 để lật tín hiệu.Tín hiệu đưa qua VĐK nhận kết hợp với tín hiệu từ cảm biến điều khiển tín hiệu chân P3.4 để điều khiển BJT A1015 - tạo dịng kích cho triac Nếu mức từ cảm biến Tơđmin P3.4=0,BJT A1015 dẫn bão hồ tạo dịng kích vào cổng G triac,làm triac hoạt động ,từ - nung nhiệt nóng lên Nếu mức từ cảm biến Tơđmax P3.4=1,BJT A1015 ngắt làm triac ngưng hoạt động, từ nhiệt giảm dần 3.4 Khối hiển thị bàn phím 3.4.1Khối hiển thị Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập cơng nhân Hồng Nam • • • GVHD: Lê Nhiệm vụ: - Hiển thị nhiệt độ lò nhiệt - Hiển thị giá trị đặt từ bàn phím, liệu nhiệt đồ truyền từ PC Chọn linh kiện sử dụng - Jump nhận liệu, IC 74LS47, 3Led đoạn Anode chung - BJT 2SA1015, Led báo hiệu, số điện trở thường Sơ đồ nguyên lý : V C C VC C Q R R A 1015 1k2 VC C Q Q R A 1015 1k2 A1015 1k2 C A C A C A 8 VC C a V C C C O N D D D D V C C LT R BI G N D 16 U J1 A B C D E F G B I/R B O 1 1 1 R R R R R R R R R R R 10 11 12 13 E 4S E 5S 6S E ES ES ES ES b IS IS IS IS IS IS IS T T T T T T T O O O O O O O c d e f g DP 10 D 7doan a b c d e f g DP 10 a D 7doan b c d e f g DP 10 D 7doan R R R R R R R 74LS47 V C C D LED R 17 R E S IS TO R • Nguyên lý hoạt động : - Hoạt động dựa chế độ bit liệu IC 74LS47 có nhiệm vụ giải mã BCD sang led đoạn - Dữ liệu nhân từ vi điều khiển thông qua Jump 3.4.2 Khối bàn phím • Nhiệm vụ - Nhập liệu • Linh kiện sử dụng - Switch cở nhỏ để tiết kiệm diện tích mạch, Jump nối để truyền liệu lên vi điều khiển • Sơ đồ ngun lý Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập cơng nhân Hồng Nam GVHD: Lê SW SW 2 SW 3 SW J1 4 SW 4 SW 4 4 SW SW 11 SW 14 SW 3 SW 10 SW 13 SW • C O N 3 1 1 SW 12 SW 15 P P P P P P P P SW 16 Nguyên lý hoạt động - Hoạt động theo nguyên tắc định vị ma trận 4x4 - Khi có nút nhấn, liệu tương ứng gửi vi điều khiển chương trình xử lí xác thực chức nút bấm - Để thực ma trận bàn phím ta dùng phương pháp quét phím Quét cột đọc liệu hàng ngược lại Theo hình vẽ cột cách đơn vị, hàng cách đơn vi - Vậy giá trị bàn phím tính theo cơng thức sau Bp= C+h.4 Trong đó: Bp: Giá trị phím nhấn C: Cột qt H: Hàng có phím nhấn - Ví dụ: Khi ta quét cột C0 mà phím nhấn H1 nhận tín hiệu - Vậy giá trị nhận bàn phím Bp = + 1.4 = - Khi mạch cần nhiều phím ta tổ chức ma trận phím để giảm số lượng cổng sử dụng cho bàn phím 3.5 Khối giao tiếp • Nhiệm vụ - Có nhiệm vụ trao đổi thơng tin máy tính vi điều khiển thơng qua cổng COM • Linh kiện sử dụng - MAX232, cổng COM, tụ điện, Jump giao tiếp • Sơ đồ nguyên lý Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê U 13 14 C 10u D B9 R 1O U T T IN T2O U T R IN R 2O U T T IN C 2+ C 2- C 10 12 11 J7 10 VC C C 12 C 1+ C 1- V+ V- 15 R IN T1O U T VC C G IA O TIE P 10u G N D P1 16 VC C M A X232 C 13 10u 10u C 11 10u Mạch chuyển mức logic TTL RS232 • Nguyên lý hoạt động - Max 232 IC lái điện áp, có nhiệm vụ tương thích điện áp TTL vi điều khiển Bởì chuẩn RS232 khơng tương thích với mức logic TTL, yêu cầu điều khiển đưởng truyền để chuyển đổi mức điện áp RS232 mức TTL ngược lại IC MAX232 liên kết vi điều khiển jump cổng Com máy tính, từ tạo cầu nối cho việc truyền liệu vi điều khiển máy tính CHƯƠNG GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH Giới thiệu vi điều khiển AT89C51 1.1 Sơ đồ khối vi điều khiển Sơ đồ khối chung hầu hết vi điều khiển bao gồm CPU, nhớ ROM hay EPROM RAM, mạch giao tiếp, mạch giao tiếp song song, định thời gian, hệ thống ngắt BUS tích hợp chip 1.2 Kiến trúc vi điều khiển 8951 Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê 1.2.1 Giới thiệu IC vi điểu khiển 8951 thuộc họ MCS51 có đặc điểm sau : + kbyte ROM + 128 byte RAM + port I/0 bit + Hai định thời 16 bits + Giao tiếp nối tiếp + 64KB khơng gian nhớ chương trình ngồi + 64 KB khơng gian nhớ liệu ngồi + 210 bit địa hóa +Bộ nhân / chia 4µs INT\1 INT\0 TIMER2 TIMER1 PORT nối tiếp TXD* RXD* T1* T2* P0 P P P3 EA\ RST PSEN ALE Các ghi khác 128 byte Ram Rom Nhóm: 13-07DT4 Trang: Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê 4K-8951 OK-8031 Timer1 Timer2 Điều khiển ngắt Điều khiển bus CPU Port nối tiếp Các port I/O Tạo dao động 1.2.2 Cấu trúc bên 8951 Sơ đồ khối 8951 Phần vi điều khiển 8951 xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) bao gồm: + Thanh ghi tích lũy A Nhóm: 13-07DT4 Trang: 10 Thực tập công nhân Hồng Nam MOV PHIMT,#0H MOV TG1,#0H MOV TG2,#0H MOV GVHD: Lê TG3,#0H NEXT: MOV A,PHIMT MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI CALL CHUYENMA CALL DISPLAY EXIT_KEYBOAD: SJMP LOOP_KEYBOAD ENTER: MOV NHIETDODAT,PHIMT MOV A,#131 MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI SETB ES SETB LED1 JMP NEXT_MAIN ; -; -Chuong trinh xu ly ban phim -; -IN_HEX: MOV R7,#70 BACK1: ACALL GET_KEY Nhóm: 13-07DT4 Trang: 61 Thực tập công nhân Hồng Nam JNB GVHD: Lê 10,EXP1 DJNZ R7,BACK1 BACK2: MOV R7,#50 BACK3: ACALL JB GET_KEY 10,BACK2 DJNZ R7,BACK3 SETB 11 MOV PHIM_NHAN,R6 EXP1: NOP RET ; -GET_KEY: MOV A,#0FEH MOV R5,#0 SCAN_ROW: MOV P0,A MOV R4,A ;luu gia tri cua A vao R4 ;chuan bi quet cac cot va nhay JNB P0.4,ROW_0 JNB P0.5,ROW_1 JNB P0.6,ROW_2 JNB P0.7,ROW_3 ;khong co phim an thi chuyen den cot tiep theo MOV A,R4 ;lay lai ma lan truoc tu r4 RL A ;quay trai bit de chuyen den cot R5 ;tang so lan quet len ke tiep INC Nhóm: 13-07DT4 Trang: 62 Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê CJNE R5,#4,SCAN_ROW ;khong du cot thi quay lai quet SJMP NO_CODE ROW_0: MOV A,R5 ADD A,#0 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_1: MOV A,R5 ADD A,#4 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_2: MOV A,R5 ADD A,#8 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT ROW_3: MOV A,R5 ADD A,#12 SETB 10 MOV R6,A SJMP EXIT NO_CODE: CLR ;Neu khong co phim nhan thi xoa bit 10 10 EXIT: RET Nhóm: 13-07DT4 Trang: 63 Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê ; -Chuong trinh xu ly ban phim XULYPHIM: MOV TG1,PHIM_NHAN MOV TG2,PHIM1 MOV TG3,PHIM2 MOV PHIM3,TG3 MOV A,PHIM3 MOV B,#100 MUL AB MOV NHO_LAN1,A MOV PHIM2,TG2 MOV A,PHIM2 MOV B,#10 MUL AB MOV NHO_LAN2,A MOV PHIM1,TG1 MOV A,PHIM1 ADD A,NHO_LAN1 ADD A,NHO_LAN2 MOV PHIMT,A RET ; ; Chuong trinh ngat noi tiep ; SERIAL: PUSH ACC PUSH PSW JB ; CLR JNB TI,TRANS LED1 RI,$ Nhóm: 13-07DT4 Trang: 64 Thực tập cơng nhân Hồng Nam GVHD: Lê MOV NHIETDODAT,SBUF CLR RI CALL CHUYENMA CALL DISPLAY ; SETB LED1 SJMP EXIT_SERIAL TRANS: MOV SBUF,NHIETDODOC JNB TI,$ CLR TI MOV SBUF,NHIETDODAT JNB TI,$ CLR TI EXIT_SERIAL: POP PSW POP ACC RETI ; ; Chuong trinh ; ; Chuong trinh doc cam bien-; DOC_CAM_BIEN: CLR WRCB NOP SETB WRCB HERE: JB INTRCB,HERE Nhóm: 13-07DT4 Trang: 65 Thực tập công nhân Hồng Nam CLR RDCB MOV A,P1 MOV GVHD: Lê NHIETDODOC,A SETB RDCB RET ; ; Chuong trinh xu ly cong xuat ; -XULYCONGSUAT: MOV A,NHIETDODOC CJNE A,NHIETDODAT,OVER SJMP EXIT OVER: JNC NEXT_POWER ;NHIETDODOC>NHIETDODAT CALL POWER_ON SJMP EXIT_POWER NEXT_POWER: CALL POWER_OFF EXIT_POWER: RET ; ; Chuong trinh mo mach cong suat ; POWER_ON: CLR CONGSUAT RET ; ; Chuong trinh dong mach cong suat ; POWER_OFF: Nhóm: 13-07DT4 Trang: 66 Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê SETB CONGSUAT RET ; ; Chuong trinh hien thi ; -DISPLAY: MOV R0,#100 LOOP: MOV P2,DONVI CALL DELAY_1MS MOV P2,CHUC CALL DELAY_1MS MOV P2,TRAM CALL DELAY_1MS DJNZ R0,LOOP RET ; -; -chuong trinh chuyen ma ; CHUYENMA: MOV B,#100 DIV AB ADD A,#0B0H MOV TRAM,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB ADD A,#0E0H MOV CHUC,A MOV A,B Nhóm: 13-07DT4 Trang: 67 Thực tập công nhân Hồng Nam GVHD: Lê ADD A,#0D0H MOV DONVI,A RET ; ; -Chuong trinh tao tre 1ms -; -DELAY_1MS: MOV R3,#00H LOOPE: INC R3 NOP CJNE R3,#250,LOOPE RET END CHƯƠNG NHẬN XÉT ĐỀ TÀI Tính ứng dụng đề tài Nhóm: 13-07DT4 Trang: 68 Thực tập cơng nhân Hồng Nam - GVHD: Lê Mạch bảo vệ lò nhiệt ứng dụng phù hợp với thực tế Điều khiển nhiệt độ vật cần quản lý hiệu để tránh gây nên hư hỏng thiệt hại khơng đáng có Do có khả giao tiếp máy tính nên người quản lý khơng cần trực dõi mà cần phòng điều khiển để quản lý Thuận lợi Trong trình thiết kế thi cơng mạch ln có hướng dẫn chu đáo thầy hướng dẫn Đề tài làm theo nhóm nên kinh phí thực đảm bảo Thành viên nhóm nhiệt tình nên q trình làm đẩy nhanh Tài liệu đề tài phong phú phù hợp nên trình tìm hiểu thuận lợi Khó khăn Do mạch gồm nhiều khối với nhiều linh kiện sử dụng Với linh kiện sử dụng cho khối có giá cao thị trường nên q trình thực đề tài cịn gặp nhiều khó khăn vấn đề tài Thời gian thực không tập trung nên hiệu không cao Hạn chế đề tài Đề tài khảo sát điều kiện cho phép Tính ổn định cịn chưa cao Mạch thực với nhiều khối khác nên trình điều khiển dể xảy lỗi Nhóm: 13-07DT4 Trang: 69 ... Nẵng,tháng năm 2011 CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ ỨNG DỤNG TRONG LÒ NHIỆT Nhiệm vụ thiết kế: Nhiệm vụ cần thực thiết kế điều khiển nhiệt độ với dải nhiệt độ từ 30 0C đến 1300C... +Thiết kế cảm biến nhiệt độ +Thiết kế chuyển đổi tương tự sang số ( khối ADC) +Thiết kế khối xử lý trung tâm +Thiết kế khối bàn phím +Thiết kế khối cơng suất +Thiết kế khối hiển thị +Thiết kế. .. CHƯƠNG GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH Giới thiệu vi điều khiển AT89C51 1.1 Sơ đồ khối vi điều khiển Sơ đồ khối chung hầu hết vi điều khiển bao gồm CPU, nhớ ROM hay EPROM RAM, mạch giao
