Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghệ ngày càng phát triển và được ứng nhiều trong cuộc sống .Công nghệ nhiệt là một phần quan trọng trong đó . Đề tài Thiết kế và thi công hệ thống giám sát nhiệt độ bằng biểu đồ trên máy tính được đề ra nhằm đưa ra một hướng giải quết ứng dụng vào việc ổn định nhiệt cho các phòng thiết bị hoặc chuồng nuôi công nghiệp.Đề tài sử dụng một cảm biến nhiệt để cảm biến nhiệt độ sau đó được xử lí và cập nhật lien lục giá trị nhiệt lên máy tính để vẽ biểu đồ nhiệt , sử dụng linh kiện công suất để điều khiển công suất xoay chiều 220V acĐồ án được cấu thành với 3 chương . Chương 1 : Tổng quan về đề tài giám sát nhiệt độ qua máy tính ,và tìm hiểu các thiết bị linh kiện lien quanChương 2 : Thiết kế mạch ,nguyên lí hoạt động và tính toán chọn linh kiện Chương 3 : Thi công mạch , lưu đồ thuật toán và chương trình Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt đồ án là thiết kế mạch , xây dựng lưu đồ thuật toán để mô phỏng thành công trên phần mềm máy tính sau đó thực hiện thi công phần cứng kết hợp với phần mềm thiết kế sẵn để hoàn thành đồ án .Kết thúc đồ án tôi đã giải quyết các vấn đề mục tiêu đề ra tuy nhiên đồ án vẫn còn rất đơn giản cần được nghiên cứu và phát triển thêm.
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án cơng trình có từ trước Nếu vi phạm tơi xin chịu hình thức kỉ luật Khoa Sinh viên : Dương Trọng Tài MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ BẰNG BIỂU ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH, VÀ TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN LIÊN QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.2 Đề tài giám sát nhiệt độ ,điều khiển công suất 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Các loại điều khiển công suất 1.3 Sơ đồ khối hệ thống chức khối 1.3.1 Sơ đồ khối 1.3.2 Chức khối 1.4 Tìm hiểu linh kiện dùng thiết kế cho hệ thống 1.4.1 Vi điều khiển PIC16F877A 1.4.2 Cảm biến nhiêt 1.4.3 LCD16x2 1.4.4 TRIAC 1.4.5 MAX232 Chương Trang 1.4.6 1.5 Chuẩn giao tiếp RS232 Kết luận chương CHƯƠNG : THIẾT KẾ MẠCH, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG VÀ TÍNH TỐN CHỌN LINH KIỆN 2.1 Giới thiệu chương 2.2 Sơ đồ mạch tổng quát nguyên lí hoạt động 2.2.1 Sơ đồ mạch 2.2.2 Nguyên lí hoạt động 2.3 Phân tích khối 2.3.1 Khối cảm biến DS18B20 2.3.2 Khối hiển thị LCD 2.3.3 Khối công suất 2.3.4 Khối Max232 2.4 Tính tốn chọn linh kiện 2.4.1 Khối cơng suất 2.4.2 Khối nguồn CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH , LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 3.1 Thi cơng mạch 3.2 Lưu đồ thuật toán 3.2.1 Lưu đồ thuật toán đọc nhiệt độ từ DS18B20 3.2.2 Lưu đồ hiển thị LCD 3.2.3 Hàm 3.3 giao diện thiết kế c# máy tính : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC44 PHẦN MỞ ĐẦU Công nghệ ngày phát triển ứng nhiều sống Công nghệ nhiệt phần quan trọng Đề tài Thiết kế thi công hệ thống Chương Trang giám sát nhiệt độ biểu đồ máy tính đề nhằm đưa hướng giải quết ứng dụng vào việc ổn định nhiệt cho phịng thiết bị chuồng ni cơng nghiệp.Đề tài sử dụng cảm biến nhiệt để cảm biến nhiệt độ sau xử lí cập nhật lien lục giá trị nhiệt lên máy tính để vẽ biểu đồ nhiệt , sử dụng linh kiện công suất để điều khiển công suất xoay chiều 220V ac Đồ án cấu thành với chương Chương : Tổng quan đề tài giám sát nhiệt độ qua máy tính ,và tìm hiểu thiết bị linh kiện lien quan Chương : Thiết kế mạch ,nguyên lí hoạt động tính tốn chọn linh kiện Chương : Thi cơng mạch , lưu đồ thuật tốn chương trình Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt đồ án thiết kế mạch , xây dựng lưu đồ thuật toán để mơ thành cơng phần mềm máy tính sau thực thi cơng phần cứng kết hợp với phần mềm thiết kế sẵn để hoàn thành đồ án Kết thúc đồ án giải vấn đề mục tiêu đề nhiên đồ án đơn giản cần nghiên cứu phát triển thêm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ BẰNG BIỂU ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH, VÀ TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN LIÊN QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chương giới thiệu vấn đề : đề tài giám sát nhiệt độ máy tính , điều khiển thiết bị cơng suất Đưa sơ đồ khối hệ thống đề tài ,phân tích nhiệm vụ khối để đề xuất số thiết kế mạch cho hệ thống Cuối tìm hiểu số linh kiện cấu tạo , đặc tính cách sử dụng để tính tốn ,thiết kế cho đề tài chương sau 1.2 Đề tài giám sát nhiệt độ ,điều khiển công suất 1.2.1 Giới thiệu Xã hội ngày phát triển đại , vấn đề ổn định giám sát nhiệt độ quan trọng nông nghiệp lẫn cơng nghiệp Nhiệt độ , ảnh hưởng lớn đến Chương Trang sức sống trồng vật nuôi ,ảnh hưởng đến khả làm việc thiết bị ,đặc biệt làm thay đổi đặc tính làm việc linh kiện điện tử Đề tài Giám sát nhiệt độ qua máy tính có điều khiển công suất đưa nhằm ứng dụng vào ổn định nhiệt độ ,đưa người dễ dàng kiểm soát vấn đề nhiệt độ Đề tài ứng dụng vào nhiều ngành nghề ví dụ : ứng dụng vườn rau nhà kính , lị ấp trứng ,trong chăn ni cơng nghiệp , phòng thiết bị ,hay tòa nhà nhằm tránh tối đa khả cháy nổ Về đề tài : hệ thống giám sát ,điều khiển công suất bao gồm khối điều khiển trung tâm , khối cảm biến , hiển thị ,điều khiển công suất khối giao tiếp máy tính Khối điều khiển trung tâm tùy vào ứng dụng lớn nhỏ ta dùng máy tính ,vi xử lý , vi điều khiển , đề tài sử dụng vi điều khiển PIC16f877A để làm khối xử lí trung tâm Hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt ,hiển thị nhiệt độ LCD ,sử dụng max232 để giao tiếp vi điều khiển máy tính với chuẩn giao tiếp rs232 Máy tính sử dụng liệu tử vi điều khiển để vẽ biểu đồ nhiệt giao diện thiết kế Khối điều khiển công suất sử dụng linh kiện công suất để điều khiển cơng suất lớn ví dụ ngắt mở nguồn điện xoay chiều 220V 1.2.2 Các loại điều khiển cơng suất Với đề tài ta sử dụng để điều khiển on/off thiết bị nhiệt độ mức cho phép ví dụ cắt nguốn điện , bật vòi phun nước … Ở mức độ điều khiển cao ta ứng dụng vào điều khiển xung để ổn định mức nhiệt độ 1.3 Sơ đồ khối hệ thống chức khối 1.3.1 Sơ đồ khối Chương Trang Hình 1.1 Sơ đồ khối 1.3.2 Chức khối 1.3.2.1 Khối trung tâm Là khối xử lí tín hiệu nhận từ khối cảm biến từ xử li đem hiển thị ,gửi lên máy tính điều khiển, khối trung tâm sử dụng vi xử lý vi điều khiển 1.3.2.2 Khối cảm biến Khối có chức cảm biến nhiệt độ có đầu dạng điện áp analog digital đọc khối trung tâm 1.3.2.3 Khối hiển thị Chương Trang Hiển thị thong số nhiệt độ từ khối trung tâm gửi lên để người dùng dễ dàng kiểm soát 1.3.2.4 Khối cơng suất Khối trung tâm xử lí tín hiệu từ cảm biến nhiệt có biến ngồi mức cho phép hệ thống điều khiển khối công suất để thực điều khiển công suất số thiết bị hay nguồn điện 1.3.2.5 Khối giao tiếp máy tính Ta sử dụng máy tính để giám sát nhiệt độ , để nhận liệu từ hệ thống ta sử dụng khối giao tiếp máy tính Khối giao tiếp có nhiệm vụ kết nối vi điều khiển máy tính thơng qua chuẩn giao tiếp rs232 1.4 Tìm hiểu linh kiện dùng thiết kế cho hệ thống 1.4.1 Vi điều khiển PIC16F877A PIC16F877A dòng PIC phổ biến đủ mạnh tính , 40 chân ,bộ nhớ đủ cho hầu hết ứng dụng thông thường Cấu trúc tổng quát PIC 16F877A : - 8K Flash ROM - 368 Bytes RAM - 256 Bytes EEPROM - ports IO (A,B,C,D,E) vào với tín hiệu điều khiển đọc lập - Bộ định thời 8bits (timer timer 2) - Một định thời 16bits (timer1) hoạt động chế độ tiết kiệm lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung clock - CCP - Bộ biến đổi AD 10 bits ,8 bits ngõ vào - Bộ so sánh tương tự (Campartor) - Bộ định thời giám sát (Watchdog time) - Cổng song song 8bits với tín hiệu điều khiển - Cổng nối tiếp - 15 Nguồn ngắt Chương Trang - Có chế độ tiết kiệm lượng - Nạp chương trình cổng nối tiếp ICSP - Được chế tạo công nghệ CMOS - 35 Tập lệnh độ dài 14bits - Tần số hoạt động tối đa 20MHz - Hình 1.2 Sơ đồ chân PIC16F877A - Chương Trang - 1.4.2 Hình 1.3 Các chức PIC16F877A Cảm biến nhiêt Chương Trang - Có nhiều loại cảm biến chuyên dụng cảm biến giao tiếp tải điện áp LM335,LM35 ,để sử dụng cảm biến ta phải dụng chuyển đổi ADC Cảm DS18B20 có đầu digital ,dễ dàng sử dụng giao tiếp dây với vi điều khiển 1.4.2.1 Mơ tả tính DS18B20 - DS18B20 nhiệt kế số có độ phân giải 9-12bits giao tiếp với vi khiển trung tâm thông qua dây DS18B20 hoạt động với điện áp từ 3V-5.5V cấp nguồn thơng qua chân DQ-chân trao đổi liệu Nó có đo nhiệt độ - khoảng từ -55 °C đến 125 °C với độ xác +-0.5 °C Mỗi DS18B20 có mã riêng 64bits , từ cho phép kết nối nhiều IC đường truyền tín hiệu - - Hình 1.4 Sơ đồ khối IC DS18B20 1.4.2.2 Tổ chức nhớ Chương Trang - - Hình 1.5 Tổ chúc nhớ DS18B20 - Byte byte lưu giá trị nhiệt độ chuyển đổi - Byte byte lưu giá trị ngưỡng nhiệt độ giá trị lưu điện - Byte ghi cấu hình cho DS18B20 hoạt động - Byte 5,6,7 không hoạt động - Byte ghi đọc lưu giá trị CRC từ byte đến byte 1.4.2.3 Trao đổi liệu vi điều khiển DS18B20 - Trao đổi liệu thông qua ba bước: Khởi tạo : trình khởi tạo bao gồm xung reset vi điều khiển gửi đến DS18B20,sau xung presence từ DS18B20 gửi đến vi điều khiển Chương Trang 10 1.5.1.147 1.5.1.148 R1 = = = = 1,45 Ω 1.5.1.149 1.5.1.150 Dòng IR1 = = 0.48A 1.5.1.151 1.5.1.152 Công suất tiêu thụ : Ptt = 0.7 x 0.48 = 0.336 W 1.5.1.153 1.5.1.154 Chọn điện trở R = 1,5Ω , 1W 1.5.1.155 1.5.1.156 Chọn C2 tụ 104 để lọc nhiễu 1.5.1.157 Tính chọn R2 : 1.5.1.158 Dể led sáng tốt chọn dòng qua led 10mA , 1.5.1.159 Điện áp rơi led khoảng 1,8V 1.5.1.160 Suy điện áp đặt R2 1.5.1.161 VR2 = -1.8 = 3,2V R2 = = 320Ω 1.5.1.162 Chọn R2 330Ω 1.5.1.163 1.5.1.164 CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH , LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 1.5.1.165 3.1 Thi cơng mạch 1.5.1.166 Sơ đồ layout mạch : 1.5.1.167 Chương - mạch : Trang 37 1.5.1.168 1.5.1.169 1.5.1.170 Hình 3.1 layout mạch - max 232 : 1.5.1.171 Chương Trang 38 1.5.1.172 Hình 3.2 Layout mạch max232 1.5.1.173 1.5.1.174 - khối nguồn : 1.5.1.175 1.5.1.176 - Hình 3.3 Layout mạch nguồn Khối công suất : 1.5.1.177 1.5.1.178 1.5.1.179 Hình 3.4 Layout mạch cơng suất 1.5.1.180 3.2 Lưu đồ thuật toán 1.5.1.181 3.2.1 Lưu đồ thuật toán đọc nhiệt độ từ DS18B20 Chương Trang 39 - Hàm : 1.5.1.182 1.5.1.183 - 1.5.1.184 Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán hàm read_ds18b20 1.5.1.185 - Các hàm : Chương Trang 40 1.5.1.186 1.5.1.187 1.5.1.188 Hình 3.6 lưu đồ thuật toán hàm reset 1.5.1.189 1.5.1.190 1.5.1.191 1.5.1.192 Chương Trang 41 1.5.1.193 Chương Trang 42 1.5.1.194 1.5.1.195 Hình 3.7 lưu đồ thuật tốn hàm write 1.5.1.196 1.5.1.197 1.5.1.198 Chương Trang 43 1.5.1.199 Chương Trang 44 1.5.1.200 1.5.1.201 Hình 3.8 Lưu đồ hàm read 1.5.1.202 1.5.1.203 Chương Trang 45 1.5.1.204 3.2.2 Lưu đồ hiển thị LCD - hàm khởi tạo chế độ bit Hình 3.9 hàm khởi tạo LCD Chương Trang 46 - Hàm gửi lệnh : - Hình 3.10 hàm gửi lệnh Hàm gửi kí tự ,chuỗi : - Chương Hình 3.11 hàm gửi kí tự,chuỗi Trang 47 - 3.2.3 Hàm Hình 3.12 Hàm Chương Trang 48 3.3 giao diện thiết kế c# máy tính : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết thúc đồ án thi công mạch giải thành công vấn đề : lấy giá trị nhiệt từ cảm biến , hiển lên LCD , gửi giá trị nhiệt lên máy tính từ vẽ biểu đồ nhiệt cập nhật lien tục giá trị nhiệt giao diện máy tính cho người nhìn dẽ quan sát Ngồi thi cơng phần mạch điều khiển công suất cao điều khiển điện áp 220V để đóng ngắt nguồn điện Những thuận lợi khó khăn thực đề tài : Chương Trang 49 Thuận lợi : đề tài có nhiều phần mà thực nhiều đồ án trước phần cảm biến nhiệt hiển thị LCD Khó khăn: lần thực đề tài giao tiếp máy tính vẽ biểu đồ visua c# Đề tài cịn đơn giản thơ sơ để ứng dụng vào ứng dụng thực tế cần đượ phát triển thêm hoàn thiện đo nhiều điểm nhiệt độ ,điều khiển từ máy tính … TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thang8831 picvietnam.com “CCS C for FIC16F877A “ 24/6/2008 [2] Ngô Đăng Hiền “Hướng dẫn viết phần mềm test RS232 cho vi điều khiển với visua c# 2008 “ Học viện hải quân 2011 [3] dientuvietnam.net diễn đàn vi điều khiển “http://www.dientuvietnam.net/forums/tu-pic-toi-dspic-54/” PHỤ LỤC lcd4b.c : #include #include #byte PORTA =0x05 #byte PORTB =0x06 #byte PORTC =0x07 #byte PORTD =0x08 #byte PORTE =0x09 Chương Trang 50 #byte TRISA =0x85 #byte TRISB =0x86 #byte TRISC =0x87 #byte TRISD =0x88 #byte TRISE =0x89 #bit ra5 =0x05.5 #bit ra4 =0x05.4 #bit ra3 =0x05.3 #bit ra2 =0x05.2 #bit ra1 =0x05.1 #bit ra0 =0x05.0 #bit rb7 =0x06.7 #bit rb6 =0x06.6 #bit rb5 =0x06.5 #bit rb4 =0x06.4 #bit rb3 =0x06.3 #bit rb2 =0x06.2 #bit rb1 =0x06.1 #bit rb0 =0x06.0 #bit rC7 =0x07.7 #bit rC6 =0x07.6 #bit rC5 =0x07.5 #bit rC4 =0x07.4 #bit rC3 =0x07.3 #bit rC2 =0x07.2 Chương Trang 51