đồ án môn đo lường đo nồng độ bụi đh mỏ
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.4 MB, 27 trang )
machj
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
====o0o====
BÁO CÁO
DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG
ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MẠCH ĐO NỒNG ĐỘ BỤI
Nhóm: 13 – ĐTAK59
GVHD: ThS. Tống Ngọc Anh
Hà Nội, 12/2017
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
====o0o====
Mạch đo nồng độ bụi
2017
BÁO CÁO
BÀI TẬP LỚN DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ĐO
LƯỜNG ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MẠCH ĐO NỒNG ĐỘ BỤI
Nhóm: 13 – ĐTAK59
GVHD: ThS. Tống Ngọc Anh
Hà Nội, 10/2017
NHÓM 13 – DDT59A
Thành viên (#1 là trưởng nhóm):
ST
T
Họ và Tên
MSSV
1
Đinh Quang Điệu
1421060073
Điểm
Nhóm 13
2
Mạch đo nồng độ bụi
2
Nguyễn Văn Đàm
1421060063
3
Nguyễn Thế Phong
1421040471
2017
4
5
Nhận xét (phần GVHD ghi):
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
....................................................................................................................................................
......................................................................
Nhóm 13
3
Mạch đo nồng độ bụi
2017
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................. 4
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................7
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI....................................................8
1.1 Lý do chọn đề tài..................................................................................8
1.2 Yêu cầu chức năng của đề tài...............................................................8
1.3 Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc.........................................8
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG......................................................................9
Chương2........................................................................................................9
2.1. Thiết kế phần cứng...............................................................................9
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống........................................................................9
2.1.2. Khối mạch vào................................................................................9
2.1.3. Khối biến đổi..................................................................................9
2.1.4. Khối hiển thị...................................................................................9
2.2. Thiết kế phần mềm...............................................................................9
2.3. Hình ảnh thật sản phẩm........................................................................9
CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN.......................................................................................10
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................11
PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN....................................................12
PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE..........................................................................13
Nhóm 13
4
Mạch đo nồng độ bụi
2017
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay nhu cầu đo các thông số , số liệu của các thiết bị các đại lượng của môi trường
xung quanh ta ngày càng tăng về số lượng và chất lượng đo . Ví dụ đo nhiệt độ , độ ẩm ,
điện áp … Và cùng với đó cũng có rất nhiều phương pháp đi như đo trực tiếp , đo gián tiếp
qua cảm biến , qua các giá trị có liên quan.
Trong điều kiện không khí ô nhiễm ngày càng gia tăng ở các thành lớn như Hà Nội thì
việc biết được nồng độ bụi trong không khí như bây giờ là điều hết sức cần thiết . Và để đo
được nồng độ bụi cũng có rất nhiều nhiều phương pháp đo một trong số đó là dùng cảm
biến bụi như : cảm biến đo nồng độ bụi GP2Y1010AUOF, hay dòng cảm
biếnGP2Y1014AU0F …. Nhưng hôm nay mình sẽ sử dụng cảm biến GP2Y1010AU0F
để nồng độ bụi… Tuy nhiên do kiến thức chuyên môn còn hạn chế, tài liệu tham khảo có
giới hạn nên còn xảy ra nhiều sai sót. Chúng em rất mong mong thầy và các bạn góp ý bổ
sung để bản đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn và giúp chúng em hiểu biết hơn trong
quá trình học tập tiếp theo. cảm ơn các bạn đã chú ý đọc !
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm 13
5
Mạch đo nồng độ bụi
2017
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lý do chọn đề tài:
Lí do nhóm 13 chúng em chọn đề tài “ Thiết kế mạch đo nồng độ bụi “ là do chúng em
nhận thấy nhu cầu biết được chất lượng bầu không khí đang của người dân ngày càng
tăng . Và việc biết được nồng độ bụi trong không khí đang ở ngưỡng nào để người dân và
cơ quan chức năng biết và có biện pháp xử lí để đảm bảo môi trường sống trong sạch hơn.
Chính vì lí do đó nên nhó e quyết định chọn đề tài lần này
1.2 Yêu cầu chức năng của đề tài:
- Mạch đo chính xác nhất nồng độ bụi có trong không khí tại vị trí đo
-
Mạch đo làm việc ổn định và lien tục
Màn hình hiển thị thông số cần đo rõ ràng
1.3 Kế hoạch thực hiện và phân chia công việc :
Kết Quả như sau:
-
Thành viên Điệu phụ trách phần code
Thành viên Phong phụ trách phần cứng và mô phỏng
Thành viên Đàm phụ trách chung và kiêm phần báo cáo
Ngày 21/12/2017 cả 3 thành viên đi mua linh kiện và làm mạch in.
Ngày 21/12/2017 hoàn thiện mạch in
Ngày 22/12/2017 nạp code và hoàn thiện sản phẩm
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1.
Thiết kế phần cứng:
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống :
Nhóm 13
6
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Khối nguồn
Khối điều
khiển trung
tâm
Khối hiển thị
Tạo xung dao
động
Khố cảm
Biến ADC
Chức năng và nhiệm vụ của các khối :
-
Khối nguồn có chức năng cung cấp nguồn nuôi 5v cho mạch hoạt động
Khối tạo xung dao động có chức năng tạo xung dao động cho vi điều khiển hoạt
-
động
Khối điều khiển trung tâm có chức năng thu nhận tín hiệu từ cảm biến và thục hiện
-
chuyển đổi thông tin và chuyển thông tin cần hiển thị tới màn hình hiển thị
Khối hiển thị là màn hình có chức năng hiển thị thông tin cần thiết từ vi điều khiển
-
để người sử dụng quan sát thông tin cần
Khối cảm biến ADC có nhiệm vụ nhận biết sự thay đổi của đại lượng cần đo và
chuyển đổi thành sự thay đổi tín hiệu điện áp.
Mạch đo có nhiệm vụ là thu thập thông tin là sự thay đổi nồng độ bụi từ môi
trường , xử lí thông tin đó và hiển thị để người quan sát nhận biết thông tin cần
thiết
2.1.2. Khối mạch vào :
Khối mạch vào gồm khối tạo xung và khối cảm biến ADC
Chức năng :
-
Khối tạo xung :
Nhóm 13
7
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Đây là bộ dao động thạch anh có tác dụng tạo xung nhịp với tần số 20MHz cho VĐK hoạt
động. Hai đầu này được nối vào 2 chân OSC1 và OSC2 của VĐK.
-
Khối cảm biến ADC :
Cảm biến bụi GP2Y0101AU0F
a.Thông số kỹ thuật :
- Độ nhạy: 0.5V / (100 mg / m3).
- Nguồn cung cấp: 2.5V ~ 5.5V.
- Dòng hoạt động: 20mA (tối đa).
- Nhiệt độ hoạt động: -10 ℃ ~ 65 ℃.
- Nhiệt độ bảo quản: -20 ℃ ~ 80 ℃.
Nhóm 13
8
Mạch đo nồng độ bụi
2017
- Thời gian sử dụng: 5 năm.
- Kích thước: 63.2mm × 41.3mm × 21.1mm.
- Kích thước lỗ khí: 9.0mm.
b.Sơ đồ kết nối chân
b. Nguyên lý hoạt động :
- Kích hoạt các diot hồng ngoại bằng cách thiết lập các pin LED ở mức
HIGH.
- Chờ 0.28ms, sau đó bắt đầu để lấy mẫu điện áp từ pin Aout của
module. Ghi chú rằng tín hiệu đầu ra sẽ mất 0.28ms để đạt trạng thái
ổn định sau khi diot hồng ngoại được kích hoạt.
- Chu kì lấy mẫu là 0.004ms . Khi hoàn tất, thiết lập các pin LED LOW
để vô hiệu hóa các diot hồng ngoại.
- Tính nồng độ bụi theo mối quan hệ giữa điện áp đầu ra và nồng độ bụi.
Nhóm 13
9
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Bảng quan hệ giữa giá trị điện áp ra và nồng độ bụi
Nhiệm vụ là đo sự thay đổi của nồng độ bụi trong không khí và chuyển sự thay đổi
của đại lượng đo thành sự thay đổi điện áp.
2.1.3. Khối biến đổi :
Vi điều khiển PIC16F883
Nhóm 13
10
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Vi điều khiển kiến trúc 8 bit
Cải thiện phiên bản thay thế 16F873 và 16F873A
Tối đa 24 chân I / O có sẵn
Bộ nhớ chương trình Flash gồm 4096 từ (4k @ 14bits)
256 bytes RAM
Dữ liệu EEPROM 256 bit
Tốc độ CPU 5 MIPS
Dao động ngoài lên đến 20 MHz
Dao động nội bộ chính xác với tần số lựa chọn từ 31 kHz đến 8 MHz
10-bit ADC và 11 kênh
Công nghệ NanoWatt cung cấp các tính năng và chức năng tiêu thụ
thấp và tiết kiệm năng lượng
Điện áp hoạt động 2V đến 5.5V
2 mô-đun chụp / so sánh / PWM
2 bộ đếm thời gian 8 bit và 1 bộ đếm thời gian 16 bit
Nhóm 13
11
Mạch đo nồng độ bụi
2017
EUSART
MSPP hỗ trợ SPI và I²C
Nhiều nguồn gián đoạn
Bộ lập trình cổng B kéo lên
Chức năng MCLR tùy chọn
Lập lại giá trị lập trình lại được
Thiết lập lại nguồn
Bộ hẹn giờ khởi động và bộ dao động khởi động
Hỗ trợ 100.000 chu kỳ ghi / ghi bộ nhớ flash
Hỗ trợ 1.000.000 chu kỳ bộ nhớ EEPROM bị xóa / ghiLưu giữ dữ liệu trên
40 năm
Lập trình mã và bảo vệ dữ liệu
Gói DIP 28 chân
2.1.4. Khối hiển thị
- Khối hiển thị là màn hình LCD
Màn hình LCD 16 × 2 (Liquid Crystal Display) là màn hình hiển thị điện tử được sử
dụng trong nhiều thiết bị điện tử và các dự án. Với 16 × 2, nó có nghĩa là nó có thể
hiển thị 16 ký tự trong mỗi hàng và có 2 hàng. Nó là một thiết bị hiển thị cơ bản
được sử dụng bởi những người đam mê điện tử. Mô đun LCD này hỗ trợ ký tự
ASCII nhưng bạn có thể hiển thị 8 ký tự tùy chỉnh. Trong bài này, chúng ta sẽ học
Làm thế nào để giao diện 16 × 2 LCD với Atmega16.
Nhóm 13
12
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Sơ đồ pinout của mô-đun LCD 16 × 2 được đưa ra dưới đây:
Như bạn thấy, có 16 chân trong mô-đun này. Thật dễ nhớ. Có 8 chân dữ còn
lại (EN, RS, RW) được sử dụng để điều khiển hoạt động. Những chân này là:
1. Register Chọn (RS) : LCD chọn lệnh đăng ký khi pin này thấp. Điều
này có nghĩa là dữ liệu trong các chân dữ liệu sẽ được coi như một
lệnh. Khi pin này cao, LCD chọn đăng ký dữ liệu. Nó có nghĩa là dữ
liệu trong các chân dữ liệu sẽ được coi như một dữ liệu.
2. Đọc / ghi (RW) : Khi pin này cao, dữ liệu đang được đọc bởi thanh
ghi và khi pin này thấp, dữ liệu đang được ghi bởi mô đun.
3. Bật (EN) : Kích hoạt mã pin cho phép luồng dữ liệu vào các chân dữ
liệu. Cần có xung cao đến thấp để kích hoạt luồng dữ liệu. Về cơ
Nhóm 13
13
Mạch đo nồng độ bụi
2017
bản, một xung cao đến thấp trong pin EN kích hoạt LCD để xử lý dữ
liệu.
CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CHÂN ĐƯỢC ĐƯA RA TRONG MỘT
BẢNG DƯỚI ĐÂYPin
Chức năng
1
Mặt đất (0V)
2
Cung câp hiệu điện thê; 5V (4.7V - 5.3V)
Tên
Đất
VCC
Điều chỉnh tương phản; thông qua một
rôostat (0V cho độ tương phản tối đa, 5v
3
đối với độ tương phản tối thiểu)
V
EE
Chọn đăng ký lệnh (để lưu trữ dữ liệu
4
lệnh) khi thấp, và đăng ký hiển thị (để lưu
Đăng
trữ dữ liệu hiển thị) khi cao
Chọn (RS)
ký
Thấp để ghi vào sổ đăng ký; Cao để đọc
5
từ đăng ký
Đọc / ghi (RW)
Gửi dữ liệu đến các chân dữ liệu khi một
6
xung cao đến thấp được đưa ra
Bật (EN)
7
Chân dữ liệu 8-bit
DB0
8
DB1
9
DB2
Nhóm 13
14
Mạch đo nồng độ bụi
2017
10
DB3
11
DB4
12
DB5
13
DB6
14
DB7
15
Đèn nền V
CC
(5V) -Đối với màn hình LCD
Led +
Đèn nền Ground (0V) - Mặt đất để
16
Backlight của LCD
Led-
Chức năng : nhận thông tin từ khối điều khiển trung tâm và hiển thị thông tin đó lên màn
hình dưới dạng kí tự mà người quan sát hiểu được
2.1.5. Khối nguồn
Nhóm 13
15
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Đây là mạch dùng để tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cấp cho khối điều khiển
trung
tâm sử dụng PIC16F887. Đầu vào là điện áp xoay chiều sau khi được biến đổi qua máy biến
thế, đưa vào bộ Diode để cho ra dòng điện một chiều ( lúc này điện áp nằm trong khoảng từ
7-10V). Sau khi đi qua IC ổn áp 7805 sẽ tạo ra nguồn điện áp chuẩn +5V cung cấp cho
mạch.
IC ổn áp 7805: đầu vào > 7V đầu ra 5V, 500 mA. Mạch ổn áp: cần cho vi điều khiển vì nếu
nguồn cho vi điều khiển không ổn định thì sẽ treo VĐK, không chạy đúng hoặc reset liên
tục thậm chí là chết chip.
2.1.6. Sơ đồ nguyên lý:
Mạch mô phỏng bằng phần mềm mô phỏng proteus 8.4
Nhóm 13
16
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Sơ đồ layout
Nhóm 13
17
Mạch đo nồng độ bụi
2017
2.2. Thiết kế phần mềm
- Lưu đồ thuật toán:
- Cách tính toán chuyển đổi từ giá trị điện áp sang nồng độ bụi.
theo ly thuyet ta co
cu 5v --> 1023 adc
vay x
<-- GiaTriADC
=> x = (5000*GiaTriADC)/1023
mat khac theo datasheet thi:
cu 0,5v
--> 0,01 ug/l
vay (5*GiaTriADC)/1023 -->
y
=> y = ((5*GiaTriADC)/1023)/0,05
2.3.
Hình ảnh thật của sản phẩm :
Nhóm 13
18
Mạch đo nồng độ bụi
2017
CHƯƠNG 3: KÊT LUẬN
Các kết quả đạt được,:
Mạch đo nồng độ bụi kết hợp với vi xử lý PIC16F833 và c ảm bi ến bụi
GP2Y0101AU0F có thể biết được tương đối lượng bụi bửn trong không khí .
- Mạch hoạt động tốt
Ưu điểm:
- Mạch đơn giản , nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng
Nhược điểm:
-
Độ nhạy của cảm biến còn hạn chế
Giá thành sản phẩm còn cao
Chỉ đo được trên 1 vùng hạn chế
Nhóm 13
19
Mạch đo nồng độ bụi
2017
Hướng phát triển của sản phẩm:
Sản phẩm sẽ được tích hợp them nhiều chứ năng đo như đo nhiệt độ, độ ẩm, hiển thị
ngày , giờ và lưu được các thông số đo theo ngày, tuần hoặc theo năm
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tham khảo tài liệu lập trình CCS ,Datasheet của cảm biến bụi GP2Y1010AU0F và
Datasheet của vi điều khiển PIC16F883.
Lời Kết : Mạch đo nồng độ bụi kết hợp với vi xử lý PIC16F833 có thể biết được
tương đối lượng bụi bửn trong không khí . Mạch nh ỏ gọn rất dễ làm d ễ s ử
dụng. Qua đây ta có thể thấy được các bước làm một mạch vi điều khi khi ển đ ể
đo được một đại lượng nào đó cần trải qua các bước như sau :
- Xác định đề tài cần thực hiện
- Chọn cảm biến đo thích hợp với đề tài
- Chọn linh kiện để xử lý các bài toán cần giải quy ết
- Mô phỏng phương pháp đo trên phần mềm mô phỏng (thường dùng là
Proteus 8.4)
- Viết chương trình vi điều khiển bằng mã code
- Nạp code cho vi điều khiển
- Lắp mạch hoàn chỉnh và đo thử nghiệm.
Nhóm 13 xin cảm ơn đã đọc!
Nhóm 13
20
Mạch đo nồng độ bụi
2017
PHỤ LỤC A: ĐÓNG GÓP CÁC THÀNH VIÊN
1. Đinh Quang Điệu phụ trách phần code
2. Nguyễn Thế Phong phụ trách phần cứng và mô phỏng
3. Nguyễn Văn Đàm phụ trách chung và viết báo cáo.
PHỤ LỤC B: SOFTWARE CODE
Nội dung Code của sản phẩm:
#include <16f883.h>
#device 16f883*16ADC=10
#use delay(clock=12000000)
#define LCD_EN PIN_B5
#define LCD_RS PIN_B7
#define LCD_RW PIN_B6
#define LCD_D4 PIN_B3
#define LCD_D5 PIN_B2
#define LCD_D6 PIN_B1
#define LCD_D7 PIN_B0
#define sAN0 PIN_A0
#define LED PIN_A4
float x,y;
void LCD_Enable(void)
Nhóm 13
21
Mạch đo nồng độ bụi
2017
{
output_high(LCD_EN);
delay_us(3);
output_low(LCD_EN);
delay_us(50);
}
//Ham Gui 4 Bit Du Lieu Ra LCD
void LCD_Send4Bit( unsigned char Data )
{
output_bit(LCD_D4,Data&0x01);
output_bit(LCD_D5,(Data>>1)&1);
output_bit(LCD_D6,(Data>>2)&1);
output_bit(LCD_D7,(Data>>3)&1);
}
// Ham Gui 1 Lenh Cho LCD
void LCD_SendCommand (unsigned char command )
{
LCD_Send4Bit ( command >>4 );/* Gui 4 bit cao */
LCD_Enable () ;
LCD_Send4Bit ( command );
/* Gui 4 bit thap*/
LCD_Enable () ;
Nhóm 13
22
Mạch đo nồng độ bụi
2017
}
// Ham Khoi Tao LCD
void LCD_Init ( void )
{
output_drive(LCD_D4);
output_drive(LCD_D5);
output_drive(LCD_D6);
output_drive(LCD_D7);
output_drive(LCD_EN);
output_drive(LCD_RS);
output_drive(LCD_RW);
LCD_Send4Bit(0x00);
delay_ms(20);
output_low(LCD_RS);
output_low(LCD_RW);
LCD_Send4Bit(0x03);
LCD_Enable();
delay_ms(5);
LCD_Enable();
delay_us(100);
LCD_Enable();
Nhóm 13
23
Mạch đo nồng độ bụi
2017
LCD_Send4Bit(0x02);
LCD_Enable();
LCD_SendCommand( 0x28 );
// giao thuc 4 bit, hien thi 2 hang, ki tu 5x8
LCD_SendCommand( 0x0c); // cho phep hien thi man hinh
LCD_SendCommand( 0x06 );
// tang ID, khong dich khung hinh
LCD_SendCommand( 0x01 ); // xoa toan bo khung hinh
}
void LCD_Gotoxy(unsigned char x, unsigned char y)
{
unsigned char address;
if(!y)
address = (0x80+x);
else
address = (0xC0+x);
delay_us(1000);
LCD_SendCommand(address);
delay_us(50);
}
// Ham Xoa Man Hinh LCD
void LCD_Clear()
{
Nhóm 13
24
Mạch đo nồng độ bụi
2017
LCD_SendCommand(0x01);
delay_ms(10);
}
// Ham Gui 1 Ki Tu Len LCD
void LCD_PutChar ( unsigned char Data )
{
output_high(LCD_RS);
LCD_SendCommand( Data );
output_low(LCD_RS);
}
//Ham Gui 1 Chuoi Ky Tu Len LCD
void LCD_Puts (char *s)
{
while (*s)
{
LCD_PutChar(*s);
s++;
}
}
void docADC()
{
Nhóm 13
25
