ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ ~~~~~~*~~~~~~ PBL3: THIẾT KẾ TB ƯD VI ĐK VÀ CẢM BIẾN Giảng viên hướng dẫn : TS. ĐOÀN LÊ ANH Sinh viên thực hiện : VÕ ĐỨC THÀNH TRẦN TUẤN ANH Lớp sinh hoạt : 21CDT Lớp học phần : 21.04 ĐÀ NẴNG – 2024 LỜI NÓI ĐẦU Trước hết, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Đoàn Lê Anh đã hướng dẫn, giúp đỡ và hỗ trợ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Đồ án thiết kế thiết bị ứng dụng vi điều khiển và cảm biến là môn học vô cùng quan trọng, không thể thiếu đối với sinh viên ngành kỹ thuật nói chung và đặc biệt với chương trình Kỹ sư ngành Cơ điện tử nói riêng với mục đích mang lại cho sinh viên cho sinh viên những kiến thức cơ bản về cảm biến và vi điều khiển công nghiệp. Trong quá trình học hai môn này chúng em đã làm quen với cảm biến, lập trình để điều khiển cảm biến, thiết bị ngoại vi, gia công mạch,.
Để thực hiện đồ án chúng em đã liên kết những kiến thức của các môn Vi điều khiển, Cảm biến Công nghiệp nhằm ứng dụng vào đồ án. Qua quá trình thực hiện, chúng em đã nắm bắt được kiến thức về vi điều khiển, cảm biến và kỹ năng thiết kế.Chúng em tin rằng những kiến thức, kinh nghiệm này sẽ là nền tảng quý giá cho bọn em trong tương lai. Trong báo cáo này, chúng em sẽ trình bày về quá trình thực hiện đồ án, từ việc giới thiệu linh kiện, thiết kế mạch, lập trình, triển khai và kết quả. Chúng em rất mong nhận được sự phản hồi và góp ý từ thầy để đồ án của chúng em có thể hoàn thiện hơn.
2 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .2 PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI. Tính tất yếu. Nguyên lý của mô hình. Chọn linh kiện.6 PHẦN 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN.
Chân/cổng của PIC16F877A. Chân/cổng của ESP8266. Cách kết nối với PIC16F877A. Khối hiển thị LCD.
Tổng quan về LCD 20x4. Chức năng của các chân LCD 20x4. Cách kết nối LCD với vi điều khiển. Các chân của PIC16F877A.
Các cổng của PIC16F877A. Cổng nối tiếp PIC16F877A. Giao tiếp I2C PIC16F877A. Tổng quan về TDS Sensor.
Chân cổng của TDS Sensor. Bộ chuyển đổi ADC. Tổng quan về DS18B20. Chân cổng của DS18B20.
Cách DS18B20 đo nhiệt độ. Kết nối với PIC16F877A. Các tập lệnh của DS18B20.39 3 PHẦN 3: TỔNG HỢP KẾT QUẢ. Từng thành phần trong Proteus.
Bản vẽ Layout. Chương trình hệ thống.46 PHẦN 4: BÀI HỌC VÀ KẾT LUẬN .60 4 PHẦN 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ĐO CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG THỜI GIAN THỰC GỬI LÊN THINGSPEAK 1. Tính tất yếu: Kỹ thuật đo chất lượng nước thông thường là lấy mẫu thủ công và gửi đến phòng thí nghiệm để phân tích, nhưng kỹ thuật này tốn nhiều thời gian và không kinh tế. Vì việc lấy mẫu nước đến phòng thí nghiệm sau mỗi giờ để đo chất lượng là không khả thi.
Hệ thống đo chất lượng nước có thể đo các chất lượng thiết yếu của nước theo thời gian thực. Hệ thống bao gồm nhiều cảm biến đo tiêu chuẩn nước, vi điều khiển và Module Wifi để gửi thông tin về trung tâm giám sát. Đó là một hệ thống thời gian thực có khả năng đo liên tục tiêu chuẩn nước và có thể gửi các giá trị đo được đến trung tâm theo dõi vào mỗi thời điểm được xác định trước. Hệ thống dựa trên vi điều khiển PIC16F877A và Module Wifi.
Nguyên lý của mô hình Tiêu chuẩn của nước phụ thuộc vào rất nhiều thứ. Chúng em đã sử dụng nhiều thông số kết hợp với nhau để xác định chất lượng của nước. Chúng bao gồm: độ dẫn điện, tổng chất rắn hòa tan, độ ẩm và nhiệt độ. Hệ thống đo chất lượng nước sử dụng nhiều cảm biến, mô-đun thu thập thông tin và mô-đun truyền dữ liệu.
Mô-đun thu thập thông tin bao gồm vi điều khiển PIC16F877A. Mô-đun truyền dữ liệu bao gồm mô- đun ESP8266 V01. Có rất nhiều cảm biến đo nhiệt độ, độ pH, độ dẫn điện và tổng chất rắn hòa tan có trong nước. Các giá trị đo được sau đó được truyền đến trung tâm giám sát qua Webserver; nó cũng được hiển thị trên màn hình LCD bởi vi điều khiển.
Hệ thống này có ưu điểm là độ chính xác cao và giá thành thấp. Mô hình một hệ thống tương tự 5 3. Sơ đồ khối hệ thống 4. Chọn linh kiện a.
Conductivity TDS Sensor Hình 1. TDS Sensor 6 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) xác định lượng khoáng chất và muối tồn tại trong nước. Sử dụng TDS Sensor để đo tổng chất rắn hòa tan. Độ dẫn điện xác định khả năng dẫn điện của nước.
Như chúng ta đều biết nước tinh khiết có độ dẫn điện kém do đó để nước tinh khiết thì khả năng dẫn dòng điện phải kém. Độ dẫn điện sẽ được xác định bằng cách chia tổng chất rắn hòa tan với một hệ số và thông thường hệ số này được lấy là 0,67 sẽ được thực hiện bằng lập trình. PIC16F877A PIC16F877A là một loại vi điều khiển (MCU - Microcontroller Unit) thuộc họ PIC (Peripheral Interface Controller) của hãng Microchip Technology. Đây là một trong những loại vi điều khiển phổ biến nhất trên thị trường hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điều khiển.
PIC16F877A có thể điều khiển các chức năng thông qua các cổng vào và ra I/O, bao gồm các chức năng đọc cảm biến, điều khiển động cơ, ghi và đọc trạng thái bộ nhớ, và đặc biệt là các chức năng giao tiếp với các thiết bị ngoại vi khác. Ngoài ra, nó còn tích hợp các tính năng như bộ timer, bộ đếm và bộ chuyển đổi Analog-to-Digital Converter (ADC) để thu thập dữ liệu từ cảm biến. PIC16F877A là một bộ vi điều khiển có khả năng thực hiện nhiều tác vụ vì nó có bộ nhớ lập trình đủ lớn (lớn về cảm biến và dự án điều khiển). Điều này là đủ để làm nhiều dự án khác nhau.
PIC16F877A có 40 chân x 33 đường dẫn I/O. 40 chân giúp sử dụng các thiết bị ngoại vi dễ dàng hơn vì các chức năng được phân bổ trên các chân. Điều này giúp dễ dàng hơn trong việc quyết định gắn thiết bị bên ngoài nào mà không phải lo lắng quá nhiều liệu có đủ chân cắm để thực hiện công việc hay không Hình 1. ESP8266 Mạch thu phát Wifi SoC ESP8266 ESP-12F là phiên bản nâng cấp của dòng ESP- 12E với nhiều cải tiến về thiết kế, PCB và Anten cho khả năng bắt sóng tốt và ổn định hơn, mạch hoàn toàn tương thích với các phiên bản cũ trước đây về kích thước và kiểu chân, ESP-12F được thiết kế thêm 6 chân IO với giao tiếp SPI ở phía dưới mạch giúp bạn có thể sử dụng nếu cần (6 chân này cũng được nối với bộ nhớ SPI Flash nội).
Mạch thu phát Wifi SoC ESP8266 ESP-12F Ai-Thinker có nhân xử lý bên trong là IC Wifi SoC ESP8266, thường được sử dụng trong các ứng dụng kết nối Wifi, IoT hiện nay, mạch được sản xuất bởi chính hãng Ai-Thinker với quy trình thiết kế, gia công, đo kiểm kỹ càng cho chất lượng mạch tốt và độ ổn định cao. Mạch thu phát Wifi SoC ESP8266 ESP-12F Ai-Thinker có kích thước nhỏ gọn, ra chân đầy đủ của IC ESP8266, mạch được thiết kế và gia công chất lượng tốt với vỏ bọc kim loại chống nhiễu và anten Wifi PCB tích hợp cho khoảng các truyền xa và ổn định. LCD 20x4: Màn hình LCD (Màn hình tinh thể lỏng) được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khác nhau của bộ vi điều khiển. LCD cung cấp một số lợi thế so với các loại màn hình khác.
Chúng có khả năng hiển thị nhiều loại ký tự, số và ký hiệu đồ họa một cách hấp dẫn trực quan. Chúng dễ dàng giao tiếp với các giao thức truyền thông khác nhau, yêu 8 cầu tài nguyên hệ thống tối thiểu và tiết kiệm chi phí. Cảm biến nhiệt độ DS18B20 DS18B20 là cảm biến nhiệt độ có giao thức 1-wire được tích hợp tối đa. Sử dụng rộng rãi để đo nhiệt độ trong các môi trường như trong dung dịch hóa chất, hầm mỏ hoặc đất, v.
Cảm biến rất chắc chắn và có thể mua với tùy chọn chống thấm nước giúp quá trình lắp đặt dễ dàng Hình 1. DS18B20 9 PHẦN 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1. Tổng quan: PIC (Programmable Intelligent Computer) là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology. Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 được phát triển bởi Microelectronics Division thuộc General Instrusment.
PIC16F877A là vi điều khiển thuộc họ PIC16F được sản xuất bởi hãng Microchip với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. PIC16F877A được sản xuất và đóng gói theo hai kiểu PDIP (hình 2.1) và TQFP (hình 1. Chúng em sẽ sử dụng PIC16F877A dưới dạng PDIP. PIC16F877A dưới dạng TQFP 10 Sơ đồ khối và các đặc điểm ngoại vi của PIC16F877A được mô tả ở Hình 1.
Sơ đồ khối của PIC16F877A 1. Chân/cổng của PIC16F877A: a. Các chân nối nguồn và thạch anh dao động • Chân 𝐌𝐂𝐑𝐋 ̅̅̅̅̅̅̅̅/Vpp 11 ̅̅̅̅̅̅̅̅ 𝐌𝐂𝐑𝐋: là ngõ vào reset tích cực ở mức thấp. Sơ đồ mạch cho cổng này ở hình 2.
Vpp: khi lập trình cho vi điều khiển PIC thì chân này đóng vai trò là ngõ vào nhận điện áp lập trình. • Chân VDD (11,32) và VSS (12,31): là các chân cấp nguồn cho vi điều khiển PIC. • Chân OSC1/CLKIN (13) và OSC2/CLKOUT (14). Hai chân này nối với thạch anh để tạo ra xung dao động cho PIC.
Hai tụ lọc C1, C2 được thêm vào để xung tạo ra từ thạch anh ổn định hơn. Giá trị điện dung của hai tụ này được chọn là 30 pF (15-68 pF) khi sử dụng thạch anh 4MHz (theo datasheet của PIC). Cổng A: Từ chân (2) đến chân (7). Thanh ghi định hướng dữ liệu: TRISA.
Là cổng xuất nhập hai chiều với 6 chân từ RA0 đến RA5. Các chân cụ thể: • Chân RA0(1)/AN0(1) (2,3) • Chân RA2/AN2/VREF-/CVREF (4) • Chân RA3/AN3/VREF+ (5) • Chân RA4/T0CKI/C1OUT (6) • Chân RA5/AN4/𝐒𝐒 ̅̅̅/C2OUT (7) c. Cổng B: Từ chân (33) đến chân (40) Thanh ghi định hướng dữ liệu: TRISB Là cổng xuất nhập hai chiều với 8 chân từ RB0 đến RB7 Các chân cụ thể: • Chân RB0(1)/INT (33) • Chân RB1, RB2, RB4, RB5 (34, 35, 37, 38) 12 • Chân RB3/PGM (36) • Chân RB6/PGC (39) • Chân RB7/PGD (40) d. Cổng C: Từ chân (15) đến chân (18) và chân (23) đến chân (26).
Thanh ghi định hướng dữ liệu: TRISC. Là cổng xuất nhập hai chiều với 8 chân từ RC0 đến RC7. Các chân cụ thể: • Chân RC0/T1OSO/T1CKI (15) • Chân RC1/T1OSI/CCP2 (16) • Chân RC2/CCP1 (17) • Chân RC3/SCK/SCL (18) • Chân RC4/SDI/SDA (23) • Chân RC5/SDO (24) • Chân RC6/TX/CK (25) • Chân RC7/RX/DT (26) e.