MỞ ĐẦU
ỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển rất mạnh mẽ, nó được ứng dụng
vào rất rất nhiều lĩnh vực từ trong đời sống sinh hoạt hàng ngày(khóa số, tủ lạnh, ti
vi, ...) cho tới các lĩnh vực trong công nghiệp cũng như trong quân sự. Do có nhiều ưu
điểm như nhỏ gọn, khả năng lập trình để điều khiển theo ý muốn, giá thành thấp, có khả
năng xử lí được nhiều công việc… lên vi điều khiển trở thành linh kiện không thể thiếu
được trong các thiết bị phục vụ con người chúng ta.
AVR là một trong rất nhiều dòng vi điều khiển 8bit hiện nay. Nó được ứng dụng
rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển ứng dụng, lĩnh vực điều khiển đo lường, lĩnh vực điều
khiển tự động, lĩnh vực điều khiển quảng cáo .v.v …
Với những kiến thức đã có được về dòng vi điều khiển AVR em đã chọn đề tài
tốt nghiêp: ”Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ sử dụng LM335”.
Mục tiêu của đề tài là kết hợp vi điều khiển AVR kết hợp với IC cảm biến nhiệt
độ thành hệ thống đo nhiệt độ .IC LM335 sẽ cảm biến nhiệt độ bên ngoài môi trường
( chuyển nhiệt độ thành tín hiệu điện áp) đưa đến vi điều khiển AVR xử lý rồi hiển thị
trên LCD 16x2.
Nội dung của đồ án chia làm 3 chương :
-, Chương 1: Tìm hiểu về một số loại cảm biến nhiệt thông dụng và LM335
-, Chương 2: Tìm hiểu về vi điều khiển AVR ,ngôn ngữ C , phần mềm WINavr và
LCD 16x2.
-, Chương 3: Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ xử dụng LM335.
1

Chương 1
Tìm hiểu về một số loại cảm biến thông dụng và LM335

Trước tiên ta cần biết cảm biến là gì: Cảm biến là thiết bị dùng để đo, đếm, cảm
nhận,…các đại lượng vật lý không điện thành các tín hiệu điện. Ví dụ: Nhiệt độ là 1 đại
lượng không liên quan đến điện chúng ta phải chuyển nó về 1 đại lượng khác ( điện trở,
điện áp ) để phù hợp với các cơ cấu điện tử.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt độ : Nhiệt độ từ môi trường sẽ được

không chính xác là chổ này, để giải quyết điều này chúng ta phải bù trừ cho nó ( offset
trên bộ điều khiển ).
Lưu ý khi sử dụng:
- Từ những yếu tố trên khi sử dụng loại cảm biến này chúng ta lưu ý là không nên
nối thêm dây ( vì tín hiệu cho ra là mV nối sẽ suy hao rất nhiều ). Cọng dây của cảm
biến nên để thông thoáng ( đừng cho cọng dây này dính vào môi trường đo ).
- Lưu ý: Vì tín hiệu cho ra là điện áp ( có cực âm và dương ) do vậy cần chú ý kí
hiệu để lắp đặt vào bộ khuếch đại cho đúng.

Hình cặp nhiệt điện
2. NHIỆT ĐIỆN TRỞ ( RTD-resistane temperature detector ) - PT100
Cấu tạo của nhiệt điện trở RTD
- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được
quấn tùy theo hình dáng của đầu đo. Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim
loại này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt
độ nhất định.Phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum.
Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài.
3
Thường có các loại: 100, 200, 500,1000 ohm tại 0 D.C. Điện trở càng cao thì độ nhạy
nhiệt càng cao.RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây.
Lưu ý khi sử dụng:
- Loại RTD 4 dây giảm điện trở dây dẫn đi 1/2, giúp hạn chế sai số.
- Cách sử dụng của RTD khá dễ chịu hơn so với Thermocouple. Chúng ta có thể
nối thêm dây cho loại cảm biến này ( hàn kĩ, chất lượng dây tốt, có chống nhiễu ) .
- Vì là biến thiên điện trở nên không quan tâm đến chiều đấu dây.
Ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn nguyên lý đo nhiệt độ của Pt100 :
Thiết bị đo nhiệt độ Pt100 hay còn gọi là can nhiệt Pt có cấu tạo là một điện trở nhiệt
(điện trở thay đổi khi nhiệt độ thay đổi).Điện trở này là một dây kim loại có bọc các
đoạn sứ bao quanh toàn bộ dây kim loại.Phần bao bọc này lại được đặt trong một ống
bảo vệ(thermowell) thường có dạng hình tròn,chỉ đưa 2 đầu dây kim loại ra để kết nối

Hình thermistor.
4. IC BÁN DẪN
- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.
- Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản.
- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.
- Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện
tử.
- Tầm đo: -50 <150 D.C.
5
- Cảm biến nhiệt Bán Dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán
dẫn. Có các loại như Diode, Transistor, IC. Nguyên lý của chúng là dựa trên mức độ
phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày nay với sự phát
triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm biến nhiệt với sự
tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định,
mạch điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,….
- Ta dễ dàng bắt gặp các cảm biến loại này dưới dạng diode ( hình dáng tương tự
Pt100), các loại IC như: LM35, LM335, LM45. Nguyên lý của chúng là nhiệt độ thay
đổi sẽ cho ra điện áp thay đổi. Điện áp này được phân áp từ một điện áp chuẩn có trong
mạch.
IC cảm biến nhiệt LM35 Cảm biến nhiệt dạng Diode
Gần đây có cho ra đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ luôn cả chuẩn truyền
thông I2C ( DS18B20 ) mở ra một xu hướng mới trong “ thế giới cảm biến”.
IC cảm biến nhiệt DS18B20
Lưu ý khi sử dụng:
6
- Vì được chế tạo từ các thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn kém bền,
không chịu nhiệt độ cao. Nếu vượt ngưỡng bảo vệ có thể làm hỏng cảm biến.
- Cảm biến bán dẫn mỗi loại chỉ tuyến tính trong một giới hạn nào đó, ngoài dải
này cảm biến sẽ mất tác dụng. Hết sức quan tâm đến tầm đo của loại cảm biến này để

C
Sai số nhiệt
độ
T
c
=25
0
C,
I
R
=1mA
2 5 4 9
0
C
Sai số với
25
0
C
T
Min
≤T
C
≤T
Max,
I
R
=1mA
0.5 1 1 2
0
C

Trở kháng I
R
=1mA 0.6 Ω
Hệ số đầu ra +10 mV/
0
C
Thời gian ổn định
T
c
=125
0
C 0.2
0
C/khr
7
.c. Các cách kết nối LM335 trong mạch
H1 H2
H3
8
H4
-, Trong H1: đây là cách ghép nối cơ bản của LM335 trong mạch, LM335 sẽ được mắc
nối tiếp với nguồn (5V) qua 1 điện trở R. Khi mắc kiểu này ta sẽ thu được điện áp đầu
ra biến thiên 10mV/
0
K.
-, Trong H2: ta có thể mắc nối tiếp 3 IC LM335 với nhau ,nối tiếp với điện trở 6K và
nguồn 15V. Với cách này điện áp đầu ra biến thiên trung bình 30mV/
0
K.
-,Trong H3 : ta có thể mắc nối tiếp LM335 với điện trở và nguồn, ta có thể điều chỉnh

1.1. Tổng quan về dòng vi điều khiển AVR
- Vi điều khiển AVR do hãng Atmel (Hoa Kì) sản xuất được gới thiệu lần đầu
năm 1996. AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny AVR (như AT tiny 13,
AT tiny 22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi, rồi đến dòng AVR (chẳn
hạn AT90S8535, AT90S8515,…) có kích thước bộ nhớ vào loại trung bình và mạnh hơn
là dòng Mega (như ATmega32, ATmega128,…) với bộ nhớ có kích thước vài Kbyte đến
vài trăm Kbye cùng với các bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp trên chip, cũng có dòng
tích hợp cả bộ LCD trên chip (dòng LCD AVR). Tốc độ của dòng ATmega cũng cao hơn
so với các dòng khác.
- Sự khác nhau cơ bản giữa các dòng chính là cấu trúc ngoại vi, còn nhân thì vẫn
như nhau (hình 1.1). Đặt biệt, năm 2008, Atmel lại tiếp tục cho ra đời dòng AVR mới là
XmegaAVR, với những tính năng mạnh mẽ chưa từng có ở các dòng AVR trước đó. Có
thể nói AVR là dòng MCU 8 bit mạnh mẽ nhất hiện nay.
Các đặc điểm chính:
1-Kiến trúc RISC với hầu hết các lệnh có chiều dài cố định, truy nhập bộ nhớ
nạp – lưu trữ và 32 thanh nghi đa năng.
2- Có nhiều bộ phận ngoại vi ngay trên chip, bao gồm: Cổng và/ra số, bộ biến
đổi ADC, bộ nhớ EEFROM, bộ định thời, bộ điều chế độ rộng xung (PWM),giao tiếp
CAN, …
3- Hầu hết các lệnh đều thực hiện trong một chu kỳ xung nhịp.
4- Hoạt động với chu kỳ xung nhịp cao, có thể lên đến 20 MHz tuỳ thuộc từng
loại chíp cụ thể.
10
5- Bộ nhớ chương trình va bộ nhớ dữ liệu được tích hợp ngay trên chip.
6- Khả năng lập trình được trong hệ thống, có thể lập trình được ngay khi đang
được cấp nguồn trên bản mạch không cần phải nhấc chíp ra khỏi bản mạch.
7- Hỗ trợ cho việc lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao – ngôn ngữ C.
Hình 1.1. Cấu trúc dòng AVR
1.2. Vi điều khiển Atmega16
1.2.1. Đặc điểm

32 thanh ghi được kết nối trực tiếp với bộ số học ALU (Arthmetic Logic Unit), cho phép
truy cập 2 thanh ghi độc lập trong một lệnh đơn được thực thi trong một xung nhịp. Cấu
trúc này mang lại nhiều khả năng lập trình có hiệu quả cao đạt trên 10 lần nhanh hơn bộ
vi xử lý CISC (Complex Instruction Set Computer: máy tính có tập lệnh phức tạp) thông
thường.
- Atmega16 cung cấp các thông số đặc trưng sau: bộ nhớ Flash 16kbyte lập trình
được ngay trên hệ thống với khả năng đọc và ghi, EEPPROM 512byte, SRAM 1kbyte,
32 đường vào/ra đa năng, 32 thanh ghi làm việc đa năng, 1 giao diện JTAG, việc lập
trình và đáp ứng bộ dò sai trên chip, 3 bộ Timer/Counter làm việc linh hoạt với chế độ
so sánh, các ngắt ngoài và trong, 1 bộ USART lập trình nối tiếp, 1 giao diện nối tiếp 2
dây byte định hướng, 1 bộ chuyển ADC 8 kênh 10 bit với trạng thái đầu vào vi sai với
độ lợi có thể lập trình, 1 bộ định thời Watchdog có thể lập trình với bộ dao động bên
trong, 1 cổng nối tiếp SPI, và 6 chế độ tiết kiệm năng lượng có thể lựa chọn nhờ phần
14
mềm. Chế độ nghỉ làm cho CPU ngừng hoạt động trong khi cho phép bộ USART, bộ
giao diện 2 dây, bộ chuyển đổi A/D, SRAM, bộ Timer/Counter, cổng SPI, và hệ thống
ngắt vẫn tiếp tục làm việc. Chế độ làm giảm mức tiêu thụ năng lượng lưu nội dung
thanh ghi nhưng lại để bộ dao động hoạt động, cấm tất cả các chức năng khác trên chip
cho đến khi có tín hiệu ngắt ngoài kế tiếp hoặc tín hiệu reset phần cứng. Ở chế độ tiết
kiệm năng lượng, bộ Timer bất đồng bộ vẫn tiếp tục hoạt động và cho phép người sử
dụng vẫn tiếp tục duy trì 1 bộ định thời cơ sở trong khi các thiết bị còn lại trong chế độ
nghỉ. Chế độ giảm nhiễu ADC làm cho CPU ngừng hoạt động và tất cả các môđun
vào/ra ngoại trừ bộ Timer bất đồng bộ và bộ ADC, để nhiễu của việc chuyển mạch đạt
cực tiều trong suốt quá trình chuyển đổi ADC. Trong chế độ dự phòng, thạch anh/bộ dao
động cộng hưởng sẽ hoạt động trong khi các thiết bị còn lại trong chế độ nghỉ. Điều này
cho phép việc khởi động nhanh được kết hợp với việc tiêu thụ năng lượng thấp. Ở chế
độ dự phòng bên ngoài, cả hai bộ dao động chính và Timer bất đồng bộ vẫn tiếp tục hoạt
động.
- Các thiết bị được chế tạo bởi công tuy Atmel sử dụng công nghệ bộ nhớ không
tự mất dữ liệu và có mật độ cao. Bộ nhớ Flash ISP trên chip cho phép bộ nhớ chương

Port B được đặt xuống mức thấp từ bên ngoài sẽ là nguồn dòng nếu các điện trở nối lên
cực dương được kích hoạt.
Các chân Port B sẽ được đặt trạng thái thứ 3 khi tín hiệu reset ở mức tích cực, ngay
khi xung nhịp không hoạt động.
16

Trích đoạn Ngôn ngữ C.

---