BÁO CÁOBÁO
BÀI TẬP
LỚNBÀI
CÁO

TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN
----------

Đề Tài:

Thiết kế mạch điều khiển điều hoà
nhiệt độ

Giảng Viên : Hoàng Anh Dũng
Hướng Dẫn
: Mai Văn Tiến
Sinh Viên
Đỗ Mạnh Tuấn
Lê Văn Trọng
Khoa

: CN ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN
0


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

NHẬN XÉT
Nhận xét của giảng viên hướng dẫn :
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
Giảng Viên Hướng Dẫn

HOÀNG ANH DŨNG
1


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

MỤC LỤC


I. Phần mở đầu.................................................................................................... 4
1. Lời nói đầu..................................................................................................... 4
2. Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của mạch................................................5
3. Nguyên lý hoạt động của mạch.....................................................................5
II. Giới thiệu các linh kiện điện tử dùng trong mạch........................................6
3.1 Vi điều khiển PIC18F4550......................................................................... 6
3.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B20......................................................................7
3.2.1 Sơ đồ chân DS18B20............................................................................9
3.3 IC ổn áp 7805.............................................................................................. 9
3.3.1 Thông số kỹ thuật IC ổn áp 7805.......................................................11
3.4 OPTO PC817............................................................................................ 12
 Thông số kỹ thuật:................................................................................... 13
 Ứng dụng:................................................................................................. 13
3.5 Điện Trở.................................................................................................... 13
 Nguyên lý hoạt động................................................................................. 14
 Ứng dụng của điện trở.............................................................................. 14
3.6 Biến trở..................................................................................................... 15
 Cấu tạo của biến trở:................................................................................ 15
 Nguyên lý hoạt động:................................................................................ 15
 Các loại biến trở:...................................................................................... 16
3.7 Tụ điện...................................................................................................... 16
 Tụ Điện Là Gì ?....................................................................................... 16
 Cấu tạo của tụ điện:.................................................................................17
3.8 Linh kiện Rơle.......................................................................................... 18
2


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN


GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

3.9 Diode......................................................................................................... 20
 Ứng dụng:................................................................................................. 21
3.10 Transistors................................................................................................ 21
 Cấu tạo:..................................................................................................... 21
 Nguyên lý làm việc :................................................................................. 22
III. Viết chương trình....................................................................................... 23
a. Code............................................................................................................. 23
 Định nghĩa và khai báo các biến..............................................................23
 Thư viện “Do dieu khien nhiet do PIC18F4550 DS18B20.h”................23
 Hàm main và while................................................................................... 24
 Các hàm con............................................................................................. 25
IV. Mô Phỏng.................................................................................................... 39
V. Sơ đồ mạch..................................................................................................... 40
1) Sơ đồ khối của mạch................................................................................... 40
2) Sơ đồ nguyên lý............................................................................................ 42
3) Mạch in........................................................................................................ 43
VI. Mạch thực tế................................................................................................ 44
VII. Kết quả thực hiện........................................................................................ 44
 Nhận xét:..................................................................................................... 45
 Những vấn đề giải quyết được trong đề tài:.............................................45
 Những vấn đề nghiên cứu:......................................................................... 45
 Những vấn đề hoàn thành..........................................................................45
 Hướng phát triển của đề tài:.......................................................................45
VIII. Kết Luận.................................................................................................... 46
 Lời kết.......................................................................................................... 46
 Hướng phát triển của đề tài........................................................................46

3



BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

I. Phần mở đầu.
1. Lời nói đầu
Với sự phát triển khơng ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là
ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong
lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập
trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại có
nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển lắp
ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ
làm việc tin cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi
trong các thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng
ngày của con người như máy giặt, đồng hồ báo giờ …. đã giúp
cho đời sống của chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi hơn.
Chúng em trân thành cảm ơn Thầy Hoàng Anh Dũng đã tận tình
hướng dẫn nhóm trong q trình làm đề tài, đã tạo điều kiện cho
chúng em được thực hiện đề tài tốt nhất.
Đề tài “Mạch điều khiển điều hoà nhiệt độ” rất đa dạng và phong
phú, có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức
tạp. Do tài liệu tham khảo cịn hạn chế , trình độ có hạn và kinh
nghiệm trong thực tế còn non kém nên đề tài chắc chắn cịn nhiều
thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như các bạn
sinh viên để giúp nhóm có thể làm tốt hơn những đề tài về sau
4



BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

này.

2. Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của mạch.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều sản phẩm sử dụng mạch
nguyên lý cảm biến nhiệt độ để phục vụ cho mục đích điều khiển
và bảo vệ nhiều thiết bị khác nhau, sau đây là một số sản phẩm điển
hình : Điều khiển động cơ quạt bằng nhiệt độ, đo nhiệt độ và điều
khiển tủ làm mát, điều khiển hệ thống báo cháy bằng nhiệt độ …và
rất nhiều mục đích khác phục vụ cho đời sống con người. Ví dụ về
nhu cầu bảo quản trái cây hoặc thực phẩm trong kho đông lạnh,
thật khó để chúng ta có thể trực 24/24h tại đó và điều khiển nhiệt
độ bảo quản thực phẩm, chúng em đã nghĩ đến điều đó và ý tưởng
thiết kế mạch “Điều khiển điều hoà nhiệt độ” ra đời. Mạch đo nhiệt
độ và điều khiển bật/tắt điều hoà tự động theo nhiệt độ người dùng
đã đặt, giúp việc bảo quản thực phẩm được chính xác hồn tồn và
tiết kiệm thời gian, công sức của con người.
3. Nguyên lý hoạt động của mạch.
Mạch sử dụng cảm biến nhiệt độ DS18B20 để đo nhiệt độ trực tiếp
và gửi về vi điều khiển PIC18F4550, vi điều khiển điều khiển cuộn
hút để đóng mở rơle theo giá trị nhiệt độ người dùng đặt đồng thời
gửi giá trị nhiệt độ đo được từ cảm biến lên màn hình LCD. Đầu ra
sẽ được điều khiển ON/OFF phụ thuộc và giá trị nhiệt độ người
dùng đặt.


5


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển điều hoà nhiệt độ

II.

Giới thiệu các linh kiện điện tử dùng trong mạch.
3.1

Vi điều khiển PIC18F4550.

PIC18F4550 là một chip vi điều khiển được sản xuất bởi hãng
Microchip thuộc họ PIC. Nó là một vi điều khiển 8 bit dựa trên
kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 32KB ÍP flash có thể xố
hàng nghìn lần.
PIC18F4550 có 33 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào ra
hoặc I/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình. Sử
dụng các giao thức truyền thơng nối tiếp USART, SPI, I2C. Còn
6


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG


có bộ biến đổi số tương tự 10 bit ADC/DAC 12 kênh và 2 kênh
PWM.

Hình 3.1: Hình ảnh minh hoạ và sơ đồ chân của
PIC18F4550
3.2

Cảm biến nhiệt độ DS18B20
DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ kỹ thuật số tuân theo
giao thức 1 dây và có thể đo nhiệt độ từ -55 °C đến
125 °C với độ chính xác ±5%.
Dữ liệu nhận được từ 1 dây nằm trong khoảng từ 9 bit đến
12 bit.
Vì IC cảm biến nhiệt độ DS18B20 tuân theo giao thức 1
dây nên có thể điều khiển cảm biến này thơng qua một
chân duy nhất của vi điều khiển.
Giao thức 1 dây là giao thức cấp cao và mỗi DS12B20
được có một mã nối tiếp 64 bit giúp điều khiển nhiều cảm
biến thông qua một chân duy nhất của vi điều khiển.

7


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

Nói một cách đơn giản, nó gán các địa chỉ khác nhau cho
tất cả các cảm biến được gán vào bằng các gọi địa chỉ có
thể nhận được giá trị của các cảm biến đó.


Hình 3.2: Hình ảnh thực tế và sơ đồ chân của DS18B20.

8


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

3.2.1

Sơ đồ chân DS18B20.

Số chân Tên Chân
Mô Tả
1
GND
Nối đất của mạch.
2
DATA Chân này cho đầu ra giá trị
nhiệt độ có thể đọc bằng giao
thức 1 dây.
3
VCC
Cấp nguồn cho cảm biến (3.3V
hoặc 5V).

.3


IC ổn áp 7805.
7805 là IC điều chỉnh điện áp dương đầu ra 5V. Nó là IC
của dịng ổn áp dương LM78xx, được sản xuất trong gói
TO-220 và các gói khác. IC này được sử dụng rộng rãi
trong các thiết bị thương mại và giáo dục. IC 7805 ổn định
điện áp ngõ ra 5V với ngõ vào nằm trong dải điện áp từ 7V
- 18V, số lượng chân ít rất thích hợp cho các mạch điện tử
có điện áp nhỏ, tích hợp sẵn trong gói TO-220. Các IC
7805 hiện nay đều có tích hợp bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ
ngắn mạch và giữ vùng hoạt động an tồn các Transistor
cơng suất trong mạch, để bảo vệ cho nó về cơ bản khơng bị
phá huỷ.

9


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

Hình 3.3: Hình ảnh và sơ đồ chân của IC 7805.
3.3.1 Thông số kỹ thuật IC ổn áp 7805.

Số Chân

3

Điện áp ngõ ra

5V


Điện áp ngõ vào

7V – 18V

Dòng ngõ ra

1A

Nhiệt độ hoạt động

0°C – 125 °C

Công suất

5W

3.4

OPTO PC817
10


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

PC817 là một opto được sử dụng rất phổ biến, nó chứa một LED
hồng ngoại và một transistor quang trong một gói. Opto hay còn
được gọi là cách ly quang là những linh kiện dạng IC có từ 4 chân

đến nhiều chân, chủ yếu được sử dụng để cách ly hai mạch với
nhau.
Hoạt động của nó rất đơn giản, khi một điện áp được đặt vào LED
hồng ngoại được nối trên chân 1 và 2, LED sẽ được kích hoạt và
ánh sáng được nhận bởi transistor quang bên trong làm cho nó ở
trạng thái bão hịa từ đó nối chân 3 và 4 với nhau. PC817 là một
opto được sử dụng rộng rãi và hoạt động trong mạch điện tử chỉ
với nhiệm vụ cách ly. Nếu bạn cần nhiều tác vụ cách ly hơn cùng
lúc thì bạn cũng có thể sử dụng các opto khác có chứa vài LED
hồng ngoại và transistor quang trong một gói duy nhất.

Hình 3.4.1: Hình minh hoạ và sơ đồ chân PC817.

11


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

 Thơng số kỹ thuật:
Loại gói: Dip 4 chân và SMT
Loại transistor: NPN
Dịng cực góp tối đa (IC): 50mA
Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V
Điện áp bão hòa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2
Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V
Công suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW
Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +120 độ C để lưu
trữ và -30 đến +100 để hoạt động

 Ứng dụng:
Cách ly giữa hai mạch
Đầu ra của vi điều khiển để điều khiển các thiết bị
Mạch cảm biến
Bộ cấp điện và bộ sạc
Thiết bị văn phòng và đồ gia dụng
Mạch kỹ thuật số
3.5 Điện Trở.
Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động. Có tác dụng hạn chế dịng
điện, khống chế dịng điện.

Hình 3.5.1: Điện trở
12


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

R = U/I (Ω))
Trong đó :
 U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V).
 I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện đơn vị (A).
 R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).).

 Nguyên lý hoạt động.
Theo định luật Ohm: Khi điện áp (V) đi qua điện trở sẽ tỉ lệ thuận
với cường độ dòng điện (I). Tỷ lệ này là một hằng số điện trở (R).
Công thức của định luật Ohm như sau: V=I*R
Điện trở thực tế hiện nay cũng có một số điện cảm và điện dung có

ảnh hưởng trực tiếp đến mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong
mạch xoay chiều.

 Ứng dụng của điện trở.
Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp. Ví dụ có 1 bóng đèn 9V,
nhưng ta chỉ có nguồn 12V. Chúng ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với
điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở.
Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được 1 điện áp theo ý muốn từ 1
điện áp cho trước.
Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động.
Tham gia vào các mạch tạo dao động R C.
Điều chỉnh cường độ dòng điện qua các thiết bị điện.
Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng cần thiết.
13


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp.
3.6

Biến trở.

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý
muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh
hoạt động của mạch điện.
Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài
của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt

độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,...
 Cấu tạo của biến trở:
Nhìn từ bên ngồi, chúng ta dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo
gồm 3 bộ phận chính:
- Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn
- Con chạy/chân chạy. Cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm
thay đổi giá trị trở kháng.
- Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực). Trong số ba cực này, có hai
cực được cố định ở đầu của điện trở. Các cực này được làm bằng
kim loại. Cực còn lại là một cực di chuyển và thường được gọi là
cần gạt. Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ quyết định giá
trị của biến trở.

 Nguyên lý hoạt động:
nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là các dây dẫn được
tách rời dài ngắn khác nhau. Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều
khiển hay các núm vặn. Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các
mạch kín sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở trong mạch
thay đổi.

14


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

Hình
3.6.1: Sơ đồ chân của biến trở.


 Các loại biến trở:
Biến trở than
Biến trở tay quay
Biến trở con chạy
Biến trở dây cuốn
3.7

Tụ điện.

 Tụ Điện Là Gì ?
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động, được cấu tạo bởi 2 bản cực
đặt song song làm bằng giấy thiếc, kẽm hoặc nhôm và ngăn cách
bởi lớp điện môi, dùng để lưu trữ năng lượng điện và phóng điện
trong một điện trường.
Điện dung được dùng cho tụ điện là chất không dẫn điện như thủy
tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất cách điện như Farafin, gốm, màng
nhựa, khơng khí hoặc mica. Nhờ tính khơng dẫn điện của điện
15


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

mơi mà khả năng tích điện của tụ tăng lên.
Tụ điện kí hiệu là C, đây là viết tắt của Capacitior trong tên tiếng
anh.

Hình 3.4.1: Hình ảnh minh hoạ các loại tụ điện.


 Cấu tạo của tụ điện:
 Cấu tạo của tụ điện gồm ít nhất hai bản cực kim loại thường
ở dạng tấm kim loại và hai bề mặt này được đặt song song
với nhau với một lớp điện môi để ngăn cách.
 Điện môi sử dụng cho tụ điện sẽ là các chất không dẫn điện
như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hố chất, gốm, mica, màng
nhựa, ….khơng khí. Lý do sử dụng các chất điện môi này là
để tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

16


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

3.8

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

Linh kiện Rơle.

Rơ le (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện
chạy qua cuộn dây của rơ-le tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm
thay đổi công tắc chuyển mạch. Dịng điện qua cuộn dây có thể được
bật hoặc tắt, vì thế rơ-le có hai vị trí chuyển mạch qua lại.
Rơ le được sử dụng phổ biến ở các bo mạch điều khiển tự động,
chuyên dụng để đóng cắt những cái dòng điện lớn mà những hệ
thống mạch điều khiển khơng thể trực tiếp can thiệp thì người ta sẽ
sử dụng rơ le để đóng cắt dịng điện cao. rơ le có rất nhiều hình dáng
và kích thước và chân cắm khác nhau.


Hình 3.5.1: Hình ảnh thực tế của Rơ le
17


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HỒNG ANH DŨNG

Rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ Le ở trạng thái ON hay OFF
phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng. Trên rơ le có
3 kí hiệu là NO, NC và COM.

Hình 3.5.2: Sơ đồ chân thực tế của rơ le.
 COM (common): là chân chung là nơi kết nối đường cấp nguồn
chờ, nó ln được kết nối với 1 trong 2 chân còn lại. Còn việc nó
kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt động
của rơ le.
NC và NO là hai chân chuyển đổi:
 NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng. Nghĩa là
khi rơ le ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.
18


BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

GVHD: HOÀNG ANH DŨNG

 NO (Normally Open): Khi rơ le ở trạng thái ON (có dịng chạy
qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này. Kết nối
COM và NC khi bạn muốn có dòng điện cần điều khiển khi rơ le

ở trạng thái OFF. Và khi rơ le ON thì dịng này bị ngắt. Ngược lại
thì nối COM và NO.
3.9

Diode.

Điốt (Diode) là một linh kiện điện tử bán dẫn chỉ cho phép dòng điện
đi qua nó theo một chiều duy nhất mà khơng chạy ngược lại. Điốt
bán dẫn thường đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn
loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là
anode và cathode.
nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P – N ta được một
Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử
dư thừa trong bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào
các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion
này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn.

Hình 3.6.1: Lớp tiếp giáp P và N của Diode.
19