Trang 1

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh

BÁO CÁO

Môn Học Vi Điều Khiển Mã Số Môn Học

Ngày Báo Cáo Giảng Viên Dr Vo Tường Quân

Nhóm Nhóm 5

Thành Viên

Nguyễn Hữu Trí 20902928 0908844003

Từ Phước Hoàng 20900946 01639845649

Trương Thường Quân 20902156 01223244880

Cao Nhật Quang 20902087 0983092559

Đề Tài

Thiết Kế - Mô Phỏng Mạch Điều Khiển Nhiệt Độ

Bài Toán

- Giá trị nhiệt độ được cài đặt bằng bàn phím.

- Giá trị nhiệt độ đo được hiển thị trên LCD.

- Điều khiển để đạt được nhiệt độ mong muốn nhập từ bàn phím.

Giải Quyết Vấn Đề

- Sử dụng ma trận phím để nhập nhiệt độ muốn điều khiển.

- Sử dụng IC LM35 để đo nhiệt độ vùng cần điều khiển.

- LCD để hiển thị nhiệt độ muốn điều khiển và nhiệt độ đo được từ LM35.

- Triac để kích nguồn on/off các thiết bị điều khiển nhiệt độ (Quạt – hạ nhiệt ; Đèn – tăng nhiệt)

- Khi người sử dụng nhập giá trị nhiệt độ muốn điều khiển, sau đó bấm enter.

- Trên LCD sẽ hiển thị 2 nhiệt độ:

Nhiệt độ mong muốn: nhập trên bàn phím.

Nhiệt độ hiện tại: đo được từ LM35.

- Nếu nhiệt độ mong muốn nhỏ hơn nhiệt độ hiện tại thì MCU sẽ kích cho bóng đèn sang.

- Nếu nhiệt độ mong muốn lớn hơn nhiệt độ hiện tại thì MCU sẽ kích cho quạt chạy và đèn tắt.

Trang 2

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

Hướng Giải Quyết

MẠCH NGUYÊN LÝ

KIT BK-B điều khiển nhiệt độ

Module cung cấp nguồn

Trang 3

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

Module cảm biến – Ma trận phím – LCD

Module điều khiển nhiệt độ

Trang 4

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

MẠCH PROTEUS

Thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm

Trang 5

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

SƠ LƯỢC CÁC LINH KIỆN

Cảm biến LM35

Sử dụng chức năng ADC của PIC cho phép nhận tín hiệu tương tự từ các chân ADC và

chuyển tín hiệu đó sang tín hiệu số đề xử lý.

IC LM35 là 1 IC cảm biến nhiệt độ khá thông dụng để đo các nhiệt độ từ 20 - 150

0.

Đơn vị nhiệt độ:

0C

Có mức điện áp thay trực tiếp theo độ C.

Có hiệu suất cao, công suất tiêu thụ là 60uA.

Sản phẩm không cần phải canh chỉnh nhiệt độ khi sử dụng.

Chân +Vs là chân cung cấp điện áp cho LM35 hoạt động.

Chân Vout là chân điện áp ngõ ra của LM35, đưa vào chân Analog của bộ ADC.

Chân GND nối mass.

Nhiệm vụ: Đo nhiệt độ và hiển thị màn hình LCD

Hoạt động: Cảm biến LM35 đo nhiệt độ từ môi trường, gửi dữ liệu về Vi điều

khiển (PIC), VDK sẽ xử lý và xuất giá trị nhiệt độ đo được lên LCD.

Trang 6

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

Quạt làm mát:

Nhiệm vụ: Hạ nhiệt độ trong pham vi khảo sát

Hoạt động: Khi nhiệt độ lên vượt quá giá trị nhiệt độ mong muốn, quạt sẽ được

kích hoạt để giảm nhiệt độ bằng với nhiệt độ mong muốn.

Opto MOC3020:

.

Nhiệm vụ: Cách ly quang giữa mạch động lực và mạch điều khiển

Hoạt động: Khi có dòng điện lớn đột ngột xuát hiện ở mạch công suất, vi điều

khiển vẫn hoạt động bình thường nhờ chức năng cách ly quang của Opto.

Triac

Nhiệm vụ: Kích hoạt bóng đèn – Làm tăng nhiệt độ.

Hoạt động: Hoạt động tương tự một linh kiện đóng ngắt có điều kiện, khi có được

Trang 7

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

tín hiệu cho phép từ VDK thì TRIAC sẽ kích hoạt thiết bị (Bóng đèn -220AC)

Một số linh kiện khác

Điện trở

Nút nhấn

Tụ điện

Trang 8

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

Bus

Bóng đèn 220V AC

GIỚI THIỆU VỀ CÁCH ĐỌC ADC VỚI PIC16F887

ADC là bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số.

Sample and Hold

Trang 9

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

Resolution: Độ phân giải n – bit nghĩa là ADC có thể biểu diễn được 2n giá trị của tín

hiệu Analog ngõ vào.

Voltage reference (Vref)

Khi V_in = Vref - ADC đọc về giá trị max: 1111…111 (n-bit 1)

Vref phải là nguồn ổn định.

Chu kỳ lấy mẫu: phụ thuộc vào tần số được cài đặt trước

Module ADC PIC16F887:

10 – bit

14 kênh AN0 – AN13

Kết quả chuyển đổi (10 – bit) được lưu vào thanh ghi ADC result register: ADRESL và

ADRESH.

Chọn dao động nội hay dao động ngoại để lấy mẫu.

Có 1 ngắt ADC sẽ xảy ra khi sự chuyển đổi hoàn thành.

Các bước để sử dụng module ADC:

Cài đặt Port

Chọn kênh

Chọn Vref

Cài đặt tần số xung clock

Ngắt

Hiệu chỉnh kết quả

Cách cài đặt các thanh ghi trong module ADC:

Cài đặt Port:

Set bit = 1 đối với thanh ghi ANSEL để chuyển sang chế độ Analog

ANSEL: đối với AN0 – AN7.

ANSELH: đối với AN8 – AN13.

Set trạng thái Input với chân đọc analog

Ví dụ: sử dụng kênh AN2 để đọc ADC (RA2, pin4)

ANSEL |= 0x04;

TRISA2 = 1;

Chọn kênh

CHS bits CHS<2:0> chọn kênh cho việc lấy mẫu.

Ví dụ: CHS<2:0> = 0010 – chọn AN2

Trang 10

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

CHS3 = 0;

CHS2 = 0;

CHS1 = 1;

CHS0 = 0;

Chọn Vref

VCFG<1:0> bits of the ADCON0 register

AVDD – AVSS: 5V – 0V internal V-ref

Ví dụ:

VCFG1 = 0;

VCFG0 = 0;

// chọn V_ref nội

VCFG1 = 1;

VCFG0 = 1;

// chọn V_ref ngoại

Chú ý: V_ref ngoại phải nối vô chân AN2 và AN3.

Cài đặt tần số xung clock

The ADC bits of the ADCON0 register

Ví dụ:

ADCS1 = 0;

ADCS0 = 0; // fsample = Fosc/2.

Ngắt

ADIF – cờ ngắt ADC

ADIE – cho phép ngắt ADC

PEIE – cho phép ngắt ngoại vi

GIE – ngắt toàn cục.

Hiệu chỉnh kết quả

Xóa cờ ngắt

Kết quả

- Thiết kế mạch bằng orcad và proteus.

- Mô phỏng mạch thành công.

- Sử dụng mạch thật để kiểm tra cơ sở lý thuyết.

Đánh giá:

- Tín hiệu từ cảm biến còn xuất hiện nhiễu.

- Mạch thật được test trong phạm vi nhỏ, nhiệt độ tăng chậm nên ứng dụng phương pháp ON/OFF

thiết bị để điều khiển nhiệt độ

Trang 11

BK-B Thiết kế - Mô phỏng mạch điều khiển nhiệt độ

Hướng phát triển

Tận dụng chức năng của module ADC để sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau đồng thời.

Ứng dụng giải thuật PID để điều khiển cho mục đích rút ngắn thời gian tăng – hạ nhiệt.

Tài Liệu Tham Khảo

Sách 1. Slide bài giảng MCU cua thầy Võ Tường Quân.

2. Datasheet PIC16F887.

Website:

1. Microchip.com

2. Payitforward.edu.vn