Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

ĐỒ ÁN TÍCH HỢP 2
Nhóm 2
Lớp
Khóa
Ngành đào tạo

:
:
:

Đ-ĐTK6.4
2008-2012
Đo lường-Điều khiển tự động

Tên đề tài: “Thiết kế,chế tạo hệ thống điều khiển bình mức theo luật điều
khiển 2 vị trí ”.
Thời lượng: 02 TC
Thời gian thực hiện: 08 tuần
Số liệu cho trước:
- Thông số của các loại linh kiện điện tử chuyên dụng
- Các tài liệu, giáo trình chuyên môn.
Nội dung cần hoàn thành:
1. Tìm hiểu về ứng dụng của hệ thống bình mức, vi điều khiển AT89C51.

2. Phân tích, xác định yêu cầu của đề tài.
3. Phân tích, lựa chọn kết cấu cho mô hình, thiết kế và chế tạo mạch điều

II.Khối cảm biến…………………………………………………………….19
III.Khối xử lý……………………………………………………….……….20
IV.Khối đặt giá trị…………………………………………………..……….21
V.Khối hiển thị……………………………………………………….……..22
VI.Khối chấp hành………………………………………………………..…23
VII.Sơ đồ mạch nguyên lý…………………………………………………..24
VIII.Nguyên lý hoạt động……………………………………….…………..25
KẾT LUẬN………………………………………………………………….26
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 2


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................

cô giáo trong khoa giao cho đồ án môn học với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế,
chế tạo mạch điều khiển hệ thống bình mức theo luật điều khiển 2 vị trí ”.
Trong thời gian nghiên cứu và làm đồ án dựa vào kiến thức đã được học ở
trường, qua một số sách, tài liệu có liên quan cùng với sự giúp đỡ tận tình
của thầy Phạm Đức Hùng nên đồ án của chúng em đã hoàn thành. Trong quá
trình thực hiện đề tài, mặc dù chúng em đã rất cố gắng nhưng không thể tránh
khỏi sai xót. Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp của thầy cô và các
bạn để giúp đề tài phát triển thêm.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm 2

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 4


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Phần I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
I.Đặt vấn đề
Hệ thống bình mức được ứng dụng rất nhiều trong thực tế cũng như
trong công việc nghiên cứu của ngành điều khiển tự động. Trong công nghiệp
bình mức chất lỏng được ứng dụng rộng rãi trong:
- Hệ thống Bình chứa xăng dầu, hóa chất
- Trong hệ thống trao đổi chất lỏng
- Trong các hệ thống tháp chưng cất, các thiết bị phản ứng
- Hệ thống phản ứng

suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được/lập trình
được. Chip này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung
có độ tích hợp cao.
AT89C51 có các đặc trưng chuẩn sau: 4Kbyte Flash, 128 byte RAM, 32
đường xuất nhập, hai bộ định thời/đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt hai mức ưu
tiên và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch tạo dao động và
tạo xung Clock trên Chip.
Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định
thời/đếm, Port nối tiếp và hệ thống ngắt hoạt động.
2. Sơ đồ khối

3. Sơ đồ chân tín hiệu

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 6


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Chức năng của các chân tín hiệu như sau:
- P0.0 đến P0.7 là các chân của cổng 0
- P1.0 đến P1.7 là các chân của cổng 1
- P2.0 đến P2.7 là các chân của cổng 2
- P3.0 đến P3.7 là các chân của cổng 3
- RxD (Pin 10 - P3.0): Nhận tín hiệu kiểu nối tiếp.
- TxD (Pin 11 - P3.1): Truyền tín hiệu kiểu nối tiếp.

 Port 1: Port 1 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên
trong. Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 1, các chân này được
kéo lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng
như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ là các port nhập, các chân của port 1
đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có
các điện trở kéo lên bên trong.
 Port 2: Port 2 là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên
trong. Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 2, các chân này được
sử dụng như là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của
port 2 đang được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng
do có các điện trở kéo lên bên trong. Port 2 tạo ra byte cao của bus địa chỉ
trong thời gian tìm nạp lệnh từ bộ nhớ chương trình ngoài, và trong thời
gian truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài sử dụng các địa chỉ 16 bit.
 Port 3: Là port xuất nhập 8 bit hai chiều có các điện trở kéo lên bên trong.
Khi các logic 1 được ghi lên các chân của port 3, các chân này được kéo
lên mức cao bởi các điện trở kéo lên bên trong và có thể được sử dụng như
là các ngõ vào. Khi làm nhiệm vụ port nhập, các chân của port 3 đang
được kéo xuống mức thấp do tác động bên ngoài sẽ cấp dòng do có các
điện trở kéo lên bên trong. Port 3 còn được sử dụng làm các chức năng
khác của AT89C51
 RST: Ngõ vào Reset. Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi
bộ dao động đang hoạt động sẽ Reset AT89C51.
Chân reset có tác dụng reset cho chíp, mức tích cực của chân này là mức 1,
để reset ta phải đưa mức 1 (5v) đến chân này với thời gian tối thiểu 2 chu kỳ
máy ( tương đương 2µs – tương đương với thạch anh 12Mhz ).
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 8



 XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo của mạch dao động và ngõ vào
đến mạch tạo xung Clock bên trong chip.
 XTAL2: Ngõ ra từ mạch khuếch đại đảo của mạch dao động.
Thạch anh dao động có tần số 12 MHz.
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 9


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Kết nối của mạch dao dộng

4. Các thanh ghi
Thanh ghi
Nội dung
Bộ đếm chương trình (Program couter- PC)
0000h
Accumulator (A)
00h
B register (B)
00h
PSW (Thanh ghi trạng thái chương trình)
00h
SP (Stack pointer – Thanh ghi ngăn xếp)
07h
DPTR (Con trỏ dữ liệu)

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 11


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

II.IC Giải mã 74LS47

IC74LS47 dùng để giải mã BCD sang mã LED 7 thanh. Sau khi 74LS90
mã hóa ra BCD sau đó 74LS47 sẽ mã hóa các mã BCD này chuyển sang LED
7 thanh hiện thị các giá trị đếm .
bảng chân lý

.
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 12


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

III.Led thu phát hồng ngoại
Đây là loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại là ánh sáng không nhìn

- Theo cuộn hút: cuộn hút 1chiều & cuộn hút xoay chiều.
- Theo dòng điện qua tiếp điểm: rơ-le mộ chiều, rơ-le xoay chiều.
- Theo số lượng cặp tiếp điểm:2 cặp tiếp điểm,3 cặp tiếp điểm, ...
- Theo cấu trúc chân: chân tròn, chân dẹt.
- Theo đế cắm rơ-le: đế tròn, đế vuông.
3.Nguyên lý hoạt động
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ hút tấm động về
phía lõi. Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện và tỷ
lệ nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ:F=(ki2/g2) Khi dòng điện trong
cuộn dây nhỏ hơn dòng tác động thì lực hút điện từ lớn hơn lực kéo lò xo
F>Flx, tấm động bị hút về phía làm cho khe hở mạch từ nhỏ nhất, tức là hút về
phía phần tĩnh. Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực hút càng tăng, tấm động được hút
dứt khoát về phía phần tĩnh và tiếp điểm động được đóng vào tiếp điểm tĩnh

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 14


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

V.Led 7 thanh

● Led 7 thanh có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình bên
dưới và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới,
bên phải của led 7 thanh. 8 led đơn trên led 7 thanh có Anode(cực +) hoặc
Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra

kỳ. Chỉ có vấn đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ
trường. Nghĩa là lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90 o so với
phương ban đầu của nó, khi đó Rô to sẽ quay theo quán tính.
VII.Luật điều chỉnh
Các hệ thống điều chỉnh trong công nghiệp đều làm việc theo phương
thức điều khiển theo sai lệch. Tín hiệu điều khiển có thể được hình thành dựa
trên lý thuyết điều khiển kinh điển hoặc lý thuyết điều khiển hiện đại. Theo lý
thuyết hiện đại, tác động điều chỉnh được hình thànhduwaj trên lý thuyết logic
mờ hoặc mạng nơron, còn theo lý thuyết kinh điển, tín hiệu điều chỉnh được
hình thành do các quy luật nhất định gọi là quy luật điều chỉnh. Trong kỹ thuật
hiện nay, lý thuyết kinh điển vẫn đang chiếm ưu thế vì vậy ở đây chúng tôi chỉ
đề cập đến luật điều khiển kinh điển. Có 3 loại quy luật điều khiển là: quy luật
điều khiển vị trí, quy luật điều khiển liên tục và quy luật điều khiển xung. Ở
đây chúng tôi chọn quy luật điều khiển vị trí làm luật điều khiển cho hệ thống.
 Luật điều khiển vị trí
Quy luật điều khiển vị trí bao gồm điều khiển hai vị trí và điều khiển ba vị trí.
Trong quy luật điều khiển hai vị trí, tác động điều khiển được xác định theo
biểu thức:
U = Bsigne
Nghĩa là khi e > 0 thì signe = 1 và U=B=Umax còn khi: e < 0 thì signe = -1 và
U= -B= Umin
Quá trình điều khiển mang tính tự dao động với biên đọ được xác định theo
công thức:
∆=
Chất lượng của quá trình điều chỉnh còn được đánh giá thông qua giá trị
sai lệch tĩnh và được xác định theo công thức : δ = x -

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 16


Phần III. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
I.Sơ đồ khối
GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 17


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

Hiển
Thị

Cảm
Biến

Xử Lý

Chấp
Hành

Đặt
Giá Trị

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 18

III.Khối xử lý

Bộ xử lý ở đây chính là chíp vi xử lý AT89C51. Bộ xử lý này có sử dụng bộ
dao động thạch anh 12Mhz. Bộ xử lý nhận tín hiệu từ khối cảm biến và khối
đặt giá trị, thông qua thuật toán điều khiển, nó đưa ra tín hiệu điều khiển cho
khối chấp hành và đồng thời cũng đưa tín hiệu tới khối hiển thị cho biết mức
chất lỏng trong bình.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 20


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

IV.Khối đặt giá trị

Khối đặt giá trị bao gồm 10 nút nhấn tương ứng với 10 mức chất lỏng mà ta
điều khiển. Bình thường khi chưa ấn nút, các đường tín hiệu ra được nối với
mass nên điện thế trên các chân vi điều khiển = 0V. Khi ta muốn đặt giá trị
mức chất lỏng, ta nhấn nút tương ứng với mức ta cần đặt thì ngay lập tức,
đường tín hiệu ra được nối với VCC, điện thế tại chân vi điều khiển = VCC = 5V.
Từ đó, vi điều khiển sẽ nhận giá trị và đưa vào chương trình điều khiển.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 21

vi xử lý không đủ để tác động cho bơm và van điện từ nên ta sử dụng rơle để
khắc phục điều đó. Ví dụ: mức chất lỏng trong bình chưa đạt giá trị mong
muốn, cần phải bơm thêm chất lỏng thì vi xử lý đưa tín hiệu ra chân P3.2 làm
rơle tác động, đóng mạch điện cho bơm hoạt động. Khi đã đạt giá trị mong
muốn, vi xử lý đưa tín hiệu ngắt, rơle nhả tiếp điểm ngắt mạch điện, bơm
ngừng hoạt động. Nếu mức chất lỏng trong bình lớn hơn giá trị mong muốn thì
vi xử lý đưa ra tín hiệu tại chân P3.5 làm rơle tác động bật van xả, khi tới giá
trị đặt thì nó đưa tín hiệu ngắt, đóng van xả, mức chất lỏng được giữ cố định tại
giá trị đặt.

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 23


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử

Đồ án tích hợp 2

VII.Sơ đồ mạch nguyên lý:

GVHD:Phạm Đức Hùng

Trang 24


Đại Học SPKT Hưng Yên
Khoa Điện – Điện Tử