Tài liệu Đồ án môn đo lường đo nồng độ bụi đại học mở

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 dòò ng caả m biếế nGP2Y1014AU0F …. Nhưng hòô m nay mìònh sếẽ sưả dụụ ng caả m biếế n GP2Y1010AU0F đếể nòồ ng đòôụ bụụ i… 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. caả m ơn caá c baụ n đaẽ chụá yá đòụ c ! 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 Nhóm 13 6 Mạch đo nồng độ bụi 2.1. 2017 Thiết kế phần cứng: 2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống : 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 Nhóm 13 7 Mạch đo nồng độ bụi 2017 Chức năng : - Khối tạo xung : 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. Nhóm 13 8 Mạch đo nồng độ bụi 2017 - Dòng hoạt động: 20mA (tối đa). - Nhiệt độ hoạt động: -10 ℃ ~ 65 ℃. - Nhiệt độ bảo quản: -20 ℃ ~ 80 ℃. - 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. Ngụyếô n lyá hòaụ t đòôụ ng : - 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. Nhóm 13 9 Mạch đo nồng độ bụi 2017 - 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. 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. Nhóm 13 10 Mạch đo nồng độ bụi 2017 2.1.3. Khối biến đổi : Vi điều khiển PIC16F883 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 Nhóm 13 11 Mạch đo nồng độ bụi 2017 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 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 thêê 5V (4.7V - 5.3V) Tên Đất VCC Điều chỉnh tương phảnê 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 kýê 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 2.2. 2017 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 vay x --> <-- 1023 adc 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,:  Maụ ch đò nòồ ng đòôụ bụụ i kếế t hơụp vơái vi xưả lyá PIC16F833 vaò caả m biếế n bụụ i GP2Y0101AU0F còá thếể biếế t đươục tương đòế i lươụng bụụ i bưản tròng khòô ng khìá . - Maụ ch hòaụ t đòôụ ng tòế t  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 Nhóm 13 19 Mạch đo nồng độ bụi - 2017 Chỉ đo được trên 1 vùng hạn chế  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 Kếết : Maụ ch đò nòồ ng đòôụ bụụ i kếế t hơụp vơái vi xưả lyá PIC16F833 còá thếể biếế t đươục tương đòế i lươụng bụụ i bưản tròng khòô ng khìá . Maụ ch nhòả gòụ n raế t dếễ laò m dếễ sưả dụụ ng. Qụa đaô y ta còá thếể thaế y đươục caá c bươác laò m mòôụ t maụ ch vi điếồ ụ khi khiếể n đếể đò đươục mòôụ t đaụ i lươụng naò ò đòá caồ n traả i qụa caá c bươác như saụ : - Xaá c điụnh đếồ taò i caồ n thưục hiếôụ n - Chòụ n caả m biếế n đò thìách hơụp vơái đếồ taò i - Chòụ n linh kiếôụ n đếể xưả lyá caá c baò i tòaá n caồ n giaả i qụyếế t - Mòô phòả ng phương phaá p đò trếô n phaồ n mếồ m mòô phòả ng (thươòng dụò ng laò Pròtếụs 8.4) - Viếế t chương trìònh vi điếồ ụ khiếể n baằ ng maẽ còdế - Naụ p còdế chò vi điếồ ụ khiếể n - Laắ p maụ ch hòaò n chìảnh vaò đò thưả nghiếôụ m. Nhóm 13 xin cảm ơn đã đọc! Nhóm 13 20