Tài liệu đồ án vi xử lí trong điều khiển

VNUA­A.ĐỨC­K56TĐH Đồ án vi xử lí trong  điều khiển Page | 1  Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đồ án môn học  này là công trình nghiên cứu thực sự của nhóm, nội  dung trong bài được thực hiện dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, thực tiễn dưới sự  hướng dẫn của Th.S Lại Văn Song. Nội dung của luận án có tham khảo và sử dụng một  số thông tin, tài liệu từ các nguồn  sách,  tạp chí được liệt kê trong danh mục các tài liệu  tham khảo. Các kết quả trong đồ án là hoàn toàn trung thực.                                                                                                                       Hà nội, ngày 15 tháng 5 năm 2013                                                                   Sinh viên thực hiện:                                                                            Nguyễn Anh Đức                                                                            Nguy ễn Văn Giang VNUA­A.ĐỨC­K56TĐH Lời cảm ơn Lời đầu tiên cho phép chúng em gửi lời cảm ơn tới nhà trường, khoa cơ học kĩ thuật  và tự động hóa, các thầy cô đã dạy dỗ và dìu dắt chúng em trong suốt những năm học  vừa qua truyền thụ cho chúng em những kiến thức về chuyên ngành cũng như các lĩnh  vực liên quan để sau này khi ra đời em có thể làm việc, đóng góp cho xã hội. Trong thời gian qua chúng em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đề tài của mình, vì  hạn chế về mặt kiến thức và nội dung nghiên cứu khá rộng nên chắc chắn sẽ có nhiều  thiếu sót. Chúng em xin chân thành cảm ơn Ths Lại Văn Song đã giúp đỡ và tư vấn cho  em rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài. Sự hướng dẫn của thầy là một yếu tố quan  trọng để chúng em có được thành công trong đồ án này Cuối cùng chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè cũng như các thành viên  trong lớp K56­TĐH  đã luôn sát cánh và hỗ trợ em trong quá trình thực hiện đề tài. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Page | 3  Nhận xét của giáo viên hướng dẫn ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ VNUA­A.ĐỨC­K56TĐH Danh mục bảng biểu, hình ảnh Hình 2.1: Sơ đồ khối vi điều khiển 8051 ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­11 Hình2.2 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­12 Hình 2.3 Sơ đồ kết nối chân RST­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­14 Hình 2.4 Sơ đồ kết nối chân XTAL1, XTAL2­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­14 Hình 2.5 Các vùng nhớ trong AT89C51­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­15 Hình 2.6 Mặt cắt ngang trục động cơ điện một chiều­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­16 Hình 2.7 Phân loại động cơ điện một chiều­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­17 Hình 2.8 Nguyên lí hoạt động của mạch cầu H­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­18 Hình 2.9 Sơ đồ chân của IC L298D­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­19 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lí của IC L298D­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­19 Hình 2.11 Cảm biến mưa­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­21 Hình 2.12 Công tắc hành trình­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­22 Hình 3.1 Sơ đồ mạch điều khiển giàn phơi thông minh­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­26 Hình 3.2 Mạch PCB­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­26 Bảng 2.1 Bảng chức năng Port 3­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­13 Page | 5  Mục lục Lời cam đoan­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­2 Lời cảm ơn­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­3 Nhận xét của giáo viên hướng dẫn­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­4 Danh mục bảng biểu, hình ảnh­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­5 Mục lục­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­6 Lời nói đầu­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­7 CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG MINH­­­­­­­8 1.1 Giới thiệu­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­8 1.2 Mục tiêu của đề tài­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­8 1.3 Nội dung đề tài­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­9 1.4 Phương pháp nghiên cứu­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­9 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC THIẾT BỊ KHÁC­­10 2.1 Vi điều khiển AT89C51­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­10 2.2 Động cơ một chiều­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­16 2.3 Mạch cầu H ( H­Bridge Circuit )­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­18 2.4 Cảm biến mưa­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­20 2.5 Công tắc hành trình­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­22 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÀN PHƠI THÔNG MINH­­­­­23 3.1 Lưu đồ giải thuật­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­23 3.2 Chương trình điều khiển­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­24 3.3 Sơ đồ nguyên lí­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­26 3.4 Gia công mạch in ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­26 Kết quả và thảo luận­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­27 Kết luận kiến nghị­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­29 Tài liệu tham khảo­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­30 VNUA­A.ĐỨC­K56TĐH Lời nói đầu Ngày nay với sự phát triển của khoa hoc kĩ thuật,cũng như nhu cầu đòi hỏi cuả con  người ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong đó có nhu cầu về một cuộc sống tiện nghi,thông minh. Điều này đã thôi thúc những nhà khoa học thiết kế  chế tạo ra những sản phẩm đáp ứng những tiện nghi,thông minh đó. Một trong số đó cần  kể tới là giàn phơi quần áo thông minh. Với các nước phát triển thì nó được sử dụng rất  rộng rãi và phổ biến, còn ở các nước đang phát triển trong đó có Việt Nam thì đang có xu  hướng tìm cho mình sự tiện nghi,thông minh đó. Mặt khác với sự phát triển hiện tại thì  các khu nhà hay các khu chung cư với diện tích không lớn lắm chính vì thế mà việc nhỏ  gọn mà vẫn đáp ứng được những yêu cầu là rất cần thiết nhất là các khu chung cư. Vì  vậy việc có một giàn phơi quần áo thông minh sẽ không chiếm diện tích của ban công  hoặc là những nơi ban công rất nhỏ cũng có thể lắp được giàn phơi thông minh giúp  chúng ta thoát khỏi những rắc rối trong việc phơi quần áo. Trên nhu cầu đó chúng tôi đã bắt tay vào thiết kế mạch điều khiển giàn phơi quần áo  thông minh. Page | 7  CHƯƠNG I :TỔNG QUAN VỀ GIÀN PHƠI QUẦN ÁO THÔNG  MINH 1.1 Giới thiệu Ngày nay, kỹ thuật điện tử đã liên tục có những tiến bộ vượt bậc, đặc biệt là trong  kỹ thuật chế tạo vi mạch điện tử và công nghệ chế tạo cảm biến . Sự ra đời và phát  triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử mà đặc trưng là kỹ thuật vi xử lý và kỹ thuật  công nghệ chế tạo cảm biến đã tạo ra một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển  của khoa học kỹ thuật tạo tiền đề cho việc chế tạo các sảm phẩm máy móc có tính năng  tự động hóa cao hơn và thông minh hơn . Với thời tiết của Việt Nam, nhất là mua hè thường xuyên xuất hiện những cơn mưa  rào bất chợt làm cho việc phơi quần áo gặp rất nhiều khó khăn. Một vài năm gần đây  trên thị trường cũng đã xuất hiện một giải pháp cho phơi quần áo ở gia đình, đó là giàn  phơi thông minh. Giàn phơi thông minh có nhiều ưu điểm như an toàn, tiện lợi tiết kiệm  diện tích tuy nhiên các sản phẩm giàn phơi quần áo thông minh hiện đang có mặt trên thị  trường là hoàn toàn nhập khẩu chủ yếu từ Đài Loan , Trung Quốc … với giá thành rất  đắt. Nhằm khắc vấn nạn nhếch nhách ở các chung cư, đô thị và tạo sự tiện nghi cho cuộc  sống hằng ngày, chúng em đã bắt tay vào nghiên cứu  thực hiện đề tài “thiết kế thống  điều khiển cho giàn phơi quần áo thông minh’’. 1.2 Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu và xây dựng mô hình  điều khiển giàn phơi thông minh dựa trên vi điều  khiển AT89C51. Từ đó phát triển cao hơn, đưa bộ điều khiển áp dụng  vào trong thực tế. Làm quen với việc tính toán thiết kế , chế tạo, nguyên lý hoạt động của giàn phơi và  củng cố phần lý thuyết về mạch điện tử, cảm biến và mạch điều khiển bằng vi điều  khiển 1.3 Nội dung đề tài VNUA­A.ĐỨC­K56TĐH Việc thực hiện  nghiên cứu đề tài ‘‘thiết kế và chế tạo bộ điều khiển cho giàn  phơi quần áo thông minh ’’. trong điều kiện : ­ Thời gian thực hiện đề tài chỉ trong một học kỳ . ­ Kinh nghiệm thực tế chưa nhiều  ­ Vật tư và linh kiện không đồng bộ  Vì vậy chúng em đã thực hiện nghiên cứu đề tài với những đặc điểm chính sau đây: ­ Lập trình bằng vi xử lý AT89C51 ­ Thiết kết chế tạo mạch điều khiển động cơ DC ­ Thiết kết mô hình thí nghiệm giàn phơi  Giàn phơi quần áo thông minh rất đa dạng về nguồn gốc ,chủng loại và tính năng  hoạt động. Đề tài thiết kế giàn phơi thông minh cũng đã được nghiên cứu, trong đó câu  lạc bộ công nghệ của đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã thiết kế được sản  phẩm tương đối hoàn chỉnh. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa: Kế thừa từ các tài liệu, công trình nghiên cứu trước đó về hai  mảng chính của đề tài: Cấu trúc vi điều khiển 8051 và điều khiển động cơ điện một  chiều Phương pháp thực nghiệm kiểm chứng: Sau khi đã xây dựng xong cơ sở lý thuyết  của đề tài sẽ tiến hành thử nghiệm sự hoạt động trên các thiết bị hiện có. Các bước tiến hành nghiên cứu là tìm hiểu cơ sở lý thuyết về vấn đề nghiên cứu,  tiến hành thiết kế chương trình điều khiển và mạch điều khiển, sau đó thử nghiệm trên  mô hình để đưa ra kết luận.  Page | 9  CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC THIẾT  BỊ KHÁC 2.1 Vi điều khiển AT89C51 Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC­51 hoàn toàn tương tự  như nhau. Ở đây giới thiệu IC8951 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ  sản xuất. Chúng có các đặc điểm chung như sau:         + 4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả năng  tới 1000 chu kỳ ghi xoá         + Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz  + 3 mức khóa bộ nhớ lập trình         + 128 Byte RAM nội.         + 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit.         + 2 bộ Timer/counter 16 Bit.         + 6 nguồn ngắt.         + Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng.         + 64 KB vùng nhớ mã ngoài         + 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài.         + Cho phép xử lý bit.         + 210 vị trí nhớ có thể định vị bit.         + 4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia.  + Có các chế độ nghỉ (Low­power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power­down).  + Ngoài ra, một số IC khác của họ MCS­51 có thêm bộ định thời thứ 3 và 256 byte  RAM nội.