Thực tập công nhân

GVHD: LHN
LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển không 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 cuả chúng ta ngày càng hiện đại và tiện nghi
hơn.
Chúng em chân thành cảm ơn Thầy LHN đã tận tình hướng dẫn nhóm trong quá
trình làm thực tập, đã tạo điều kiện cho chúng em được thực hiện đề tài tốt nhất.
Đề tài “Giám sát và điều khiển nhiệt độ” rất đa dạng và phong phú, có nhiều loại
hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp. Do kiến thức và kinh nghiệm trong
lĩnh vực này còn non nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót.Vì vậy rất mong nhận
được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn
sinh viên để giúp nhóm có thể làm tốt hơn những đề tài sau này.

Đà Nẵng, tháng 4 năm 2013

Nhóm: 13

Trang: 1


Thực tập công nhân


Mạch nguồn 5V và 12V

mạch.
Viết chương trình điều

cho module 1 có quá áp.

khiển tải 1 chiều và xoay
chiều on/off điều khiển

3. Lý Hoàng

CHƯƠNG 1.

Mạch nguồn 5V module 2

nhiệt độ
Viết chương trình đọc

có bảo vệ quá áp dùng

nhiệt độ từ ADC0809 và

LM324.

cảm biến nhiệt độ LM335

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH GIÁM SÁT VÀ
ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ


Khối ADC

Module 2
Vi điều khiển
trung tâm 89C51
Module 1

Khối cảm biến

Khối điều khiển
công suất

Tải

Khối giao tiếp máy
tính USB – RS485

3.

Chức năng và linh kiện sử dụng trong các khối.
3.1 Khối cảm biến nhiệt độ và ADC:
• Nhiệm vụ:
- Dùng để đo nhiệt độ
- Số hóa tín hiệu ra của cảm biến nhiệt độ để đưa vào vi điều khiển.

Nhóm: 13

Trang: 3



- Giải mã bàn phím lấy nhiệt độ cài đặt
- Phân tích dữ liệu nhiệt độ, so sánh và điều khiển tải công suất đưa nhiệt độ về mức
•
•

Nhóm: 13

cài đặt của người dùng.
Chọn linh kiện sử dụng:
- Vi điều khiển AT89C51, thạch anh 12MHz, switch lớn.
- Điện trở thanh, các Jump, điện trở thường và một số tụ điện.
Sơ đồ nguyên lý

Trang: 4


Thực tập công nhân

•

GVHD: LHN

Nguyên lý làm việc:
- Nhận dữ liệu điều khiển từ bàn phím 4x4 qua Port 2.
- Giao tiếp với PC qua cổng USB dùng PL2303 và MAX485 bằng các chân Rx
và Tx.
- Giao tiếp với khối hiển thị để hiện thị giá trị nhiệt độ đo và cài đặt qua
MAX485
- Điều khiển công suất các tải để điều khiển nhiệt độ về nhiệt độ cài đặt/
- Đọc nhiệt độ từ khối ADC0809

•

GVHD: LHN

Nguyên lý làm việc :
- Mạch đồng bộ tạo ra xung để điều khiển tín hiệu kích và áp xoay chiều đặt lên
-

triac.
Khi nhiệt độ chênh lệch so với nhiệt độ cài đặt, điều khiển các tải xoay chiều
dùng TRIAC và Relay 12V, tải 1 chiều dc dùng FET để chỉnh nhiệt độ về nhiệt

độ cài đặt của người dùng.
3.4 Khối hiển thị cảnh báo và bàn phím:
3.4.1Khối hiển thị, cảnh báo:
•

•
•

Nhóm: 13

Nhiệm vụ:
- Hiển thị nhiệt độ của 2 cảm biến đầu vào ở trong hệ thống.
- Hiển thị giá trị đặt từ bàn phím, dữ liệu nhiệt độ truyền từ PC.
- Cảnh báo khi nhiệt độ đo vượt quá nhiệt độ cho phép.
Chọn linh kiện sử dụng
- LCD 16x2
- BJT 2SC1815, Led báo hiệu, một số điện trở thường, còi.
Sơ đồ nguyên lý :


Nguyên lý hoạt động
- Hoạt động theo nguyên tắc định vị ma trận 4x4.
- Khi có nút được nhấn, dữ liệu tương ứng sẽ được gửi về vi điều khiển và được
chương trình xử lí xác thực chức năng của nút bấm
- Để thực hiện ma trận bàn phím ta dùng phương pháp quét phím. Quét cột và
đọc dữ liệu tại hàng hoặc ngược lại. Theo hình vẽ thì các cột cách nhau 1 đơn
vị, các hàng cách nhau 4 đơn vi.

3.5 Khối giao tiếp máy tính USB – RS485 :
• Nhiệm vụ
- Có nhiệm vụ trao đổi dữ liệu nhiệt độ giữa máy tính và vi điều khiển thông qua
cổng USB.
• Linh kiện sử dụng
- PL2303, MAX485, thạch anh 12MHz, một số điện trở và tụ điện thông thường.
• Sơ đồ nguyên lý :
•

Nguyên lý hoạt động
PL2303 là cầu nối giữa cổng USB của máy tính và port nối tiếp RS485.
5V
- MAX 485 với chân RE, DE nối nguồn với nhiệm
R 28
C 23
C
330
vụ phát, chuyển tín
0
1



C 25
100nF

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

TXD
D TR _N
R TS_N
VD D _232
R XD
R I_ N
GND
VDD
D SR _N
D C D _N
C TS_N

18
17
16
15

Y4
12M H Z
3 .3 V

5V

22pF
C 20

0

R XD

1
2
3
4

22pF
TXD

5V
3 .3 V
R 26
R 25


PHÁT

1 .5 k

0
R XD

22
22

TXD

0

0

J1
1
2
3

1
2
3
4

R
R
D

- MAX485 với chân RE và DE nối đất với nhiệm vụ thu,
chuyển tín hiệu RS485 sang TTL
Mạng RS485 sử dụng để truyền nhận dữ liệu giữa máy tính và 2 module :

R 30
R

1
2
3
TH U

R 31
R

0

USB – RS485

MÁY
TÍNH

Nhóm: 13

U
S
B

MAX485
PHÁT

- Module 1 nhận dữ liệu nhiệt độ cài đặt từ máy tính thông qua MAX485 thu nối
với MAX485 phát ở module USB – RS485.
- Máy tính và module 2 nhận dữ liệu nhiệt độ đo và cài đặt thông qua 2
MAX485 thu nối với 1 MAX485 phát ở module USB - RS485.
3.6 Mạch nguồn 5V và 12V module 1 :

2S B 688
Q 1
3

2
1

+

1

U 1

1

1

V in

L1

2 .2 /5 W

V out


2

0
3

J8

-

G N D

2

R 1
4

2

D 1

2

1

2S C 1815
Q 3

D IO D E Z E N E R
R 5

5

0
R E L A Y 1 2 V /5 C H A N

R 4

V in

2

2 .2 /5 W

Vout

C 4
7812

2
C 5
1 0 u F /2 5 V

4 7 0 u F /2 5 V

Q 4
2SC 1815

1

1

0

Nhóm: 13

Trang: 10


Thực tập công nhân

GVHD: LHN

3.7 Mạch nguồn 5V module 2 :
LS1

4

1

R 1

2

1

2 .2 /5 W

VOU T

R 5


2

D 3
D IO D E Z E N E R

R 7

R 2
120
D 2
LED

R 6
10k
1

0

CHƯƠNG 2

R ELAY SPD T
+
1

+

3

C O N 2



GIỚI THIỆU LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

1. Giới thiệu vi điều khiển AT89C51
1.1 Sơ đồ khối của một bộ vi điều khiển.
Sơ đồ khối chung của hầu hết các bộ vi điều khiển bao gồm CPU, bộ nhớ ROM hay EPROM
và RAM, mạch giao tiếp, mạch giao tiếp song song, bộ định thời gian, hệ thống ngắt và các BUS
được tích hợp trên cùng một chip.
1.2. Kiến trúc của vi điều khiển 8951
1.2.1 Giới thiệu
IC vi điểu khiển 8951 thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau :
+ 4 kbyte ROM
+ 128 byte RAM
+ 4 port I/0 8 bit
+ Hai bộ định thời 16 bits
+ Giao tiếp nối tiếp
+ 64KB không gian bộ nhớ chương trình ngoài
+ 64 KB không gian bộ nhớ dữ liệu ngoài.
+ 210 bit được địa chỉ hóa.
+Bộ nhân / chia 4µs

Nhóm: 13

Trang: 11


Thực tập công nhân

GVHD: LHN


Điều
khiển bus

EA\ RST PSEN ALE

Port nối
tiếp

Các port I/O

P0 P1

P2

P3

TXD* RXD*

Sơ đồ khối 8951
Phần chính của vi điều khiển 8951 là bộ xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit)
bao gồm:
+ Thanh ghi tích lũy A
+ Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia
+ Đơn vị Logic học (ALU: Arithmetic Logical Unit )
+ Từ trạng thái chương trình (PSW : Prorgam Status Word)

Nhóm: 13

Trang: 12


30p

19
12M H z

18
9

R S T
1
1
1
1

2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
7
8

U 2
E A /V P
X1

.6
.7

P
P
P
P
P
P
P
P

0
0
0
0
0
0
0
0

.0
.1
.2
.3
.4
.5
.6
.7


A L E /P
TXD
R XD

3
3
3
3
3
3
3
3

9
8
7
6
5
4
3
2

2
2
2
2
2
2
2
2

Nhóm: 13

Trang: 13


Thực tập công nhân

GVHD: LHN

dụng kép này có thể là một đường điều khiển của Bus địa chỉ hay Bus dữ liệu hoặc là mỗi chân
hoạt động một cách độc lập để giao tiếp với các thiết bị đơn bit như công tắc, LED, transistor…
a.Port0: là port có 2 chức năng, ở trên chân từ 32 đến 39 của MC 8951, Trong các thiết kế
cỡ nhỏ không dung bộ nhớ ngoài, Port 0 được sử dụng như là những cổng I/O. Còn trong các
thiết kế lớn có yêu cầu một số lượng đáng kể bộ nhớ ngoài thì Port 0 trở thành các đường
truyền dữ liệu và 8 bits thấp của Bus địa chỉ.
b. Port1: Là một port I/O chuyên dụng, trên chân 1-8 của MC8951. Chúng được sử dụng
với mục đích duy nhất là giao tiếp với thiết bị ngoài khi cần thiết.
c. Port2: Là một cổng có công dụng kép trên chân 21-28 của MC 8951. Ngoài chức năng
I/O, các chân này dung làm 8 bit cao của bus địa chỉ cho những mô hình thiết kế có bộ nhớ
chương trình ROM ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu RAM có dung lượng lớn hơn 256 Bytes.
d. Port3: Là một cổng có công dụng kép trên chân 10-17 của MC 8951. Ngoài chức năng
là cổng I/O những chân này kiêm luôn nhiều chức năng khác nữa liên quan đến nhiều tính năng
đặc biệt của MC 8951, được mô tả trong bảng sau:
Bit
P3.0

Tên
RxD

Chức năng chuyển đổi

Ngõ vào của TIMER 1.

P3.6

ÖWR

Điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ

P3.7

RD

Điều chỉnh đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
Chức năng của các chân trên port3

e. PSEN (Program Store Enable): 8951 có 4 tín hiệu điều khiển, PSEN là tín hiệu ra trên chân
29. Nó là tín hiệu điều kển để cho phép truy xuất bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được
nối đến chân OE ( Output Enable) của một EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh của
chương trình. Tín hiệu PSEN ở mức thấp trong suốt phạm vi quá trình của một lệnh. Các mã
nhị phân của chương trình được đọc từ EPROM qua bus và được chốt vào thanh ghi lệnh của
8951 để giải mã lệnh. Khi thi hành chương trình trong ROM nội PSEN sẽ ở mức cao.

Nhóm: 13

Trang: 14


Thực tập công nhân

GVHD: LHN


B

28
15

Nhóm: 13

C ALE 2-1 2-2

2-3

2-4

2-8 REF 2-6

ADC0809
Trang: 15

1
14
IN3 IN4 IN5 IN6

IN7

STAR
T

EOC 2-5 OE


: xung bắt đầu chuyển đổi
CLK
: xung đồng hồ,có thể dùng LM555 tạo xung
REF (+)
: điện thế tham chiếu (+)
REF (-)
: điện thế tham chiếu (-)
VCC
: nguồn cung cấp
OE (Output Enable)
:cho phép xuất dữ liệu ra
EOC (End of Conversion ): báo kết thúc quá trình chuyển đổi

* Các đặc điểm củaADC 0809:











Độ phân giải 8 bit
Tổng sai số chưa chỉnh định ± ½ LSB; ± 1 LSB
Thời gian chuyển đổi: 100µs ở tần số 640 kHz
Nguồn cung cấp 4.5VDC ÷ 6.0VDC
Điện áp ngõ vào 0 – 5V


0

1

IN1

0

1

0

IN2

0

1

1

IN3

Trang: 16


Thực tập công nhân

GVHD: LHN


IN7

Sau khi kích xung START thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung
START, ngõ ra EOC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính từ cạnh xuống của xung
START).Lúc này bit cơ trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức
0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào in.
+ Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1.
+ Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0.
Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị Vref/4 và cũng
so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác định được bit cuối
cùng. Khi đó chân EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi.Sau đó,set bit OE=1 để
cho phép xuất dữ liệu.Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ
ngưng chuyển đổi.
Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên.
N=

Trong đó

Vin

256.(VIN − Vref ( − ) )
Vref ( + ) − Vref ( − )

: điện áp ngõ vào hệ so sánh.
Vref(+) : điện áp tại chân VREF(+).

Vref(-) : điện áp tại chân VREF(-).
Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256.

Vin

lấy nguồn xung đưa vào chân START và ALE hoặc kết nối chân START với chân ALE.Nối
chân Vrf(+) lên Vcc và Vrf(-) xuống mass
B4: kiểm tra xem ADC0809 có chuyển đổi không bằng cách,ta nối 3 chân A,B,C của
ADC0809 xuống mass để chọn đầu vào IN0,sau đó kích chân ALE lên 1 ,tức là đã cho phép
chốt địa chỉ ngõ vào.Mặt khác,ta nối chân OE lên Vcc và đưa một áp vào chân IN0.Sau đó,ta
rút dây nối của chân START để cho phép bắt đầu chuyển đổi.
Dùng đồng hồ đo tại các chân ra D0÷D7 của ADC0809,sau đó chỉnh áp vào tại chân IN0,nếu
áp ra tại một trong số các chân D0÷D7 có thay đổi chứng tỏ IC chuyển đổi có hoạt động
3. .IC 74LS74:
IC 74LS74 dùng để tạo tần số 500KHz cung cấp xung CLOCK cho ADC0809. Sơ đồ chân
như hình vẽ:

4.
MAX485:

Thông thường các họ vi xử lý có ngõ truyền thông theo mức TTL. Và các thiết bị đầu
cuối khác (DTE) có cổng truyền thông là RS232. Để có thể nối mạng các thiết bị này ta
phải chuyển từ TTL, RS232 sang RS_485. Để thực hiện việc chuyển đổi này có rất nhiều vi

Nhóm: 13

Trang: 18


Thực tập công nhân

GVHD: LHN

mạch trên thị trường, nhưng họ vi mạch của hãng MAXIM là phổ biến nhất hiện nay. Đó là
MAX 481 , MAX 483, MAX 485 , MAX 487 ,MA 488, MAX 489 , MAX 490, MAX 1487.

bởi tốc độ truyền dẫn cao. Tín hiệu bắt tay được hỗ trợ bởi cổng nối tiếp. Với những kỹ
thuật đó, tốc độ baud sẽ cao hơn rất nhiều so với bộ điều khiển USART thừa kế.
Thiết bị này cũng phù hợp với việc quản lý năng lượng tiêu thụ của USB và kỹ thuật
đánh thức từ xa. Chỉ một lượng năng lượng nhỏ được sử dụng trong giai đoạn treo. Bằng
cách tích hợp tất cả các chức năng của package 28 chân SOIC, loại chíp này phù hợp
cho việc gắn thêm cáp. Người sử dụng chỉ cần gắn cáp vào cổng USB và sau đó kết nối
với bất kỳ thiết bị RS232 nào.
 Bảng mô tả các chân của PL2303:

Nhóm: 13

Trang: 20


Thực tập công nhân

Nhóm: 13

GVHD: LHN

Trang: 21


Thực tập công nhân

GVHD: LHN

6.

Nhóm: 13


cố định là chân T2.Ta đặt que đen vào chân A và que đỏ vào một trong hai chân còn
lại, sau đó lấy dây nối gữa chân T2 kích với chân còn lại ( chân không đặt que
đỏ).Nếu kim lên và thả ra kim tự giữ thì chân đó là chân G. Chân còn lại là chân T1.
7. IC cảm biến nhiệt LM335

LM335 là cảm biến nhiệt độ có giới hạn sử dụng từ -40 đến 100oC có độ chính xác cao, tính
năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy.Tín hiệu ngõ ra tuyến tính với tín hiệu ngõ vào.
•
•
•

LM335 có độbiến thiên theo nhiệt độ là:10mV/ oK.
Có sự ổn định cao: ở 25 oC sai số chỉ có 1%.
Chỉ tiêu kỹ thuật:
+Tiêu tán công suất thấp.
+Dòng làm việc từ 450uA – 5mA.
+Dòng ngược 15mA.
+Dòng thuận 10mA.
+Sự biến thiên điện áp theo nhiệt độ có hàm:
Vout = 0,01xT oK=2,73+0,01xT oC

• Cấu trúc của LM335 là bộ cảm biến có 3 chân, tín hiệu ra tương tự. Ở 0 oC thì điện áp ngõ
ra Vout = 0 (V).

8. En-MOSFET:

Nhóm: 13

Trang: 24