Tài liệu Mạch đo mực nước dùng pic (có code và sơ đồ mạch)

Đề tài: Mạch đo mực nước ĐỒ ÁN 1 MẠCH ĐO MỰC NƯỚC DÙNG PIC 1 Đề tài: Mạch đo mực nước MỤC LỤC CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU................................................................................................7 1.1 Giới thiệu chung................................................................................................................7 1.2 Mục đích thực hiện đề tài..................................................................................................7 1.3 Nhiệm vụ đề tài..................................................................................................................7 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.........................................................................8 2.1. Thiết kế sơ đồ khối................................................................................................................8 2.2. GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN............................................................................................8 2.2.1 VI ĐIỀU KHIỂN PIC......................................................................................................8 2.2.2 Cảm biến siêu âm SRF04..............................................................................................12 2.2.2.1. Thông số kĩ thuật SRF04....................................................................................12 2.2.2.2. Sơ đồ chân...........................................................................................................12 2.2.2.3. Giao tiếp với vi điều khiển..................................................................................12 2.2.2.4. Cách tính khoảng cách từ thời gian đo được......................................................13 2.2.3. LCD 16x02......................................................................................................................13 CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM.............................................................................................15 3.1. Lưu đồ hoạt động................................................................................................................15 3.2 Mô phỏng.............................................................................................................................16 3.3 Thi công mạch.....................................................................................................................16 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN...............................................................................................17 4.1 Kết luận................................................................................................................................17 4.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.......................................................................................17 PHỤ LỤC..................................................................................................................................19 2 Đề tài: Mạch đo mực nước DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch.................................................................................................. 8 Hình 2.2.1: Sơ đồ chân và hình dạng của PIC 16F877A........................................................... 9 Hình 2.2.2-1: SRF04................................................................................................................ 12 Hình 2.2.2-2: Khoảng cách từ SRF04 tới vật........................................................................... 13 Hình 2.2.3: LCD 16x02............................................................................................................ 14 Hình 3.1: Lưu đồ hoạt động..................................................................................................... 15 Hình 3.2: Mạch mô phỏng proteus........................................................................................... 16 Hình 3.3: Mạch in.................................................................................................................... 16 3 Đề tài: Mạch đo mực nước DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.2.1: Chức năng các chân.................................................................................................9 Bảng 2.2.2-1:Sơ đồ chân SRF04...............................................................................................12 Bảng 2.2.3: Sơ đồ chân trong LCD...........................................................................................14 4 Đề tài: Mạch đo mực nước CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung Ngày này ta có cách thiết bị điều khiển bị động dựa vào tác động hoặc thay đổi bên ngoài. Nhưng điều đó chưa đủ, Chúng ta cần có những thiết bị tự chuẩn đoán, dự báo để điều khiển thiết bị một cách thông minh hơn. 1.2 Mục đích thực hiện đề tài Bằng cách sử dụng sử dụng PIC16F877A và các linh kiện, gồm điện trở, tụ điện, LCD 16x02 và cảm biến siêu âm SRF-04. Ta có thể dễ dàng tạo ra thiết bị có thể đo mực nước. 1.3 Nhiệm vụ đề tài Thiết kế mạch đo mực nước. Sử dụng PIC16F877A và SRF-04 để đo khoảng cách và xuất dữ liệu ra LCD. Xây dựng phần cứng hệ thống. 5 Đề tài: Mạch đo mực nước CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1. Thiết kế sơ đồ khối Hình 2.1: Sơ đồ khối của mạch Khối SRF-04: có chức năng đo khoảng cách từ mạch tới vật cản và đưa giá trị về khối vi điều khiển. Khối điều khiển: Có chứa vi điều khiển PIC16F877A. Nhận tín hiệu từ khối cảm biến đưa về, cho hiển thị trên LCD. Khối LCD: hiển thị thông tin từ khối khối điều khiển đưa tới. Khối nguồn: có chức năng biến đổi dòng soay chiều 220v thành dòng 1 chiều cung cấp cho các khối hoạt động. Nguyên lý hoạt động: Khi PÍC6F877A nhận được tín hiệu từ SRF-04 đưa về, khối vi điều khiển xử lý và tính toán ra khoảng cách từ SRF-04 tới vật thể và gửi tín hiệu cho LCD hiển thị. 2.2. Giới thiệu các linh kiện 2.2.1 Vi điều khiển PIC PIC16F877A có 40/44 chân với sự phân chia cấu trúc như sau :  Có 5 port xuất/nhập.  Có 8 kênh chuyển đổi A/D 10-bit.  Có 2 bộ PWM.  Có 3 bộ định thời: Timer0, timer1 và timer2. 6 Đề tài: Mạch đo mực nước  Có giao tiếp truyền nối tiếp: chuẩn RS 232, I2C…  Có giao tiếp LCD. Hình 2.2.1: Sơ đồ chân và hình dạng của PIC 16F877A. Bảng 2.2.1: chức năng các chân 7 Chân Tên Đề1tài: Mạch đo/V mực nước PP 2 RA0/AN0 3 RA1/AN1 4 RA2/AN2/VREF-/CVREF 5 RA3/AN3/VREF+ 6 RA4/TOCKI/C1OUT 7 RA5/AN4/ 8 RE0/ 9 RE1/ /AN6 10 RE2/ /AN7 11 VDD 12 VSS 13 OSC1/CLKI 14 OSC2/CLKO 15 RC0/T1 OCO/T1CKI 16 RC1/T1OSI/CCP2 17 RC2/CCP1 /C2OUT /AN5 Chức năng : Hoạt động Reset ở mức thấp - VPP : ngõ vào áp lập trình - RA0 : xuất/nhập số - AN0 : ngõ vào tương tự - RA1 : xuất/nhập số - AN1 : ngõ vào tương tự - RA2 : xuất/nhập số - AN2 : ngõ vào tương tự - VREF -: ngõ vào điện áp chuẩn (thấp) của bộ A/D - RA3 : xuất/nhập số - AN3 : ngõ vào tương tự - VREF+ : ngõ vào điện áp chuẩn (cao) của bộ A/D - RA4 : xuất/nhập số - TOCKI : ngõ vào xung clock bên ngoài cho timer0 - C1 OUT : Ngõ ra bộ so sánh 1 - RA5 : xuất/nhập số - AN4 : ngõ vào tương tự 4 - SS : ngõ vào chọn lựa SPI phụ - C2 OUT : ngõ ra bộ so sánh 2 - RE0 : xuất nhập số - RD : điều khiển việc đọc ở port nhánh song song - AN5 : ngõ vào tương tự - RE1 : xuất/nhập số - WR : điều khiển việc ghi ở port nhánh song song - AN6 : ngõ vào tương tự - RE2 : xuất/nhập số - CS : Chip lựa chọn sự điều khiển ở port nhánh song song - AN7 : ngõ vào tương tự Chân nguồn của PIC. Chân nối đất Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài. - OSC1 : ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock bên ngoài. Ngõ vào Schmit trigger khi được cấu tạo ở chế độ RC ; một cách khác của CMOS. - CLKI : ngõ vào nguồn xung bên ngoài. Luôn được kết hợp với chức năng OSC1. Ngõ vào dao động thạch anh hoặc xung clock - OSC2 : Ngõ ra dao động thạch anh. Kết nối đến thạch anh hoặc bộ cộng hưởng. - CLKO : ở chế độ RC, ngõ ra của OSC2, bằng tần số của OSC1 và chỉ ra tốc độ của chu kỳ lệnh. - RC0 : xuất/nhập số - T1OCO : ngõ vào bộ dao động Timer 1 - T1CKI : ngõ vào xung clock bên ngoài Timer 1 - RC1 : xuất/nhập số - T1OSI : ngõ vào bộ dao động Timer 1 8 compare 2, ngõ - CCP2 : ngõ vào Capture 2, ngõ ra ra PWM2 - RC2 : xuất/nhập số - CCP1 : ngõ vào Capture 1, ngõ ra compare 1, ngõ ra PWM1 Đề tài: Mạch đo mực nước 2.2.2 Cảm biến siêu âm SRF04 SRF04 là cảm biến siêu âm dung để đo khoảng cách tới vật cản Khoảng cách đo: 3cm-4cm. Ứng dụng: chống trộm, đo mực nước, robot dò đường…… Hình 2.2.2-1: SRF04 2.2.2.1. Thông số kĩ thuật SRF04 + Nguồn cung cấp: 5V DC + Dòng: 30mA (Max 50mA) + Tần số hoạt động: 40KHz + Khoảng cách lớn nhất đo được: 6m + Khoảng cách nhỏ nhất đo được: 3 cm + Góc quét: 45 ° [3] Bảng Sơ đồ 2.2.2.2. Sơ đồ chân Chân Vcc Trigger Echo GND Chức năng Nguồn 5V Chân kích phát song âm đi Chân phát hiện song âm dội lại Nguồn GND 2.2.2-1: chân SRF04 2.2.2.3. Giao tiếp với vi điều khiển  Đo khoảng cách bằng cảm biến siêu âm SRF04 chính là đo thời gian chân Echo ở mức cao  Để đo khoảng cách ta làm các bước sau:  Kích chân Trigger: xuất mức 1 ra chân Trigger và delay tối thiểu 10ms.  Sau đó đợi chân Echo lên mức cao.  Khi chân Echo lên mức cao, kích hoạt Timer  Khi chân Echo xuống mức thấp (hoặc trong chương trình xử lý ngắt), dừng Timer và tính toán giá trị từ Timer, sau đó suy ra khoảng cách 9 Đề tài: Mạch đo mực nước  Reset giá trị đếm cho Timer, chuẩn bị lần đo tiếp theo 2.2.2.4. Cách tính khoảng cách từ thời gian đo được d Hình 2.2.2-2: Khoảng cách từ SRF04 tới vật Gọi S là quãng đường đi của song âm. S= 2 x d Gọi V là vận tốc song âm V=344m/s = 34400cm/s V=0.0344m/us Gọi t là thời gian truyền thì ta có: Như vậy: D = t/58 S=2xd=Vxt D = V x t/2 = 0.0344 x t/2 = (t/58) 2.2.3. LCD 16x02 Trong đồ án, khối hiển thị sử dụng LCD 16x02. LCD là viết tắt của từ Liquid Crystal Display được khá nhiều thiết bị điện tử sử dụng. Là loại hiển thị cấu tạo bởi các tế bào ( các điểm ảnh) chứa tinh thể lỏng có khả năng thay đổi tính phân cực của ánh sáng do đó thay đổi cường độ ánh sáng truyền qua khi kết hợp với các kính lọc phân cực. Ưu điểm là phẳng, cho hình ảnh sáng, chân thật và tiết kiệm năng lượng. Hình 2.2.3: LCD 16x02 10 Đề tài: Mạch đo mực nước Chức năng Số thứ tự chân Tên Ground Nguồn cho LCD Tương phản 1 Vss(GND) Trạng Thái Logic - 2 Vdd(Vcc) - 5V 3 Vee 4 RS 5 RW 6 E 7 8 9 10 11 12 13 14 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 0 1 0 1 0 1 Từ 1 xuống 0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0-Vdd D0-D7: Lệnh D0-D7:Dữ liệu Ghi (Từ IC vào LCD) Đọc (Từ LCD vào IC) Vô hiệu hóa LCD LCD hoạt động Bắt đầu ghi/đọc Bit 0 LSB Bit 1 Bit 2 Bit 3 Bit 4 Bit 5 Bit 6 Bit 7 MSB Điều khiển LCD Dữ liệu/lệnh Bảng 2.2.3: Sơ đồ chân trong LCD 11 Mô Tả 0V Đề tài: Mạch đo mực nước CHƯƠNG 3: PHẦN MỀM 3.1. Lưu đồ hoạt động Hình 3.1: Lưu đồ hoạt động 12 Đề tài: Mạch đo mực nước 3.2 Mô phỏng Hình 3.2: Mạch mô phỏng proteus 3.3 Thi công mạch Hình 3.3: Mạch in 13 Đề tài: Mạch đo mực nước CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Sau hơn một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, tham khảo nhiều tài liệu và được sự hướng dẫn của thầy cô, em đã thực hiện xong đề tài : ‘‘Mạch đo mực nước. Việc hoàn thành đề tài với những nội dung và mục tiêu đề ra ban đầu đã đem lại cho em thực hiện một lượng kiến thức bổ ích, thiết thực và có khả năng ứng dụng trong thực tế. Sau thời gian thực hiện đồ án, em đã hoàn thành được những công việc sau :   Xây dựng, thiết kế thi công mạch Tìm hiểu vầ thiết kế mạch 4.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đề tài ‘‘mạch đo mực nước” được thực hiện trên mô hình thí nghiệm. Để đưa đề tài này vào áp dụng trong thực tiễn đời sống và sản xuất thì cần phải nâng cấp và mở rộng hệ thống hơn nữa. Ngoài ra, dựa vào ứng dụng và tầm khả năng hoạt động , chúng ta có thể phát triển thành các đề tài khác như hệ thống ổn định lò nhiệt, hệ thống ổn định áp suất…… 14 Đề tài: Mạch đo mực nước Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình vi điều khiển: 123doc.org //document/1250977-giao-trinh-vi-dieu-khienpic-16f877a.htm [2] Vi điều khiển PIC16f877A: tailieu.tv/tai-lieu/vi-dieu-khien-pic16f877a-17967/ [3] http://mualinhkien.vn/san-pham/34/cam-bien-sieu-am-srf04.html [4] Hocavr.com 15 Đề tài: Mạch đo mực nước PHỤ LỤC #define LCD_EN #define LCD_RS PIN_D1 PIN_D0 #define LCD_D4 #define LCD_D5 #define LCD_D6 #define LCD_D7 PIN_D7 PIN_D6 PIN_D5 PIN_D4 // misc display defines#define Clear_Scr 0x01 // prototype statements #separate void LCD_khoitao (void); #separate void LCD_thietlap (unsigned int cX); #separate void LCD_VIETKITU (unsigned int cX); #separate void LCD_GUILENH (unsigned int cX); #separate void LCD_Kichhoatxung (void); #separate void LCD_SetData (unsigned int cX); #use standard_io (B) #use standard_io (A) //khoi tao LCD********************************************** #separate void LCD_khoitao (void) { LCD_SetData (0x00); delay_ms (200); output_low (LCD_RS); LCD_SetData (0x03); L CD_PulseEnable (); LCD_Kichhoatxung (); LCD_Kichhoatxung (); LCD_SetData (0x02); LCD_Kichhoatxung (); LCD_GUILENH (0x2C); LCD_GUILENH (0X0C); LCD_GUILENH (0x06); LCD_GUILENH (0x01); } 16 Đề tài: Mạch đo mực nước #separate void LCD_thietlap (unsigned int cX) { LCD_SetData (swap ( cX ) | 0x08); LCD_Kichhoatxung (); LCD_SetData (swap (cX)); LCD_Kichhoatxung (); } #separate void LCD_VIETKITU (unsigned int cX) { output_high (LCD_RS); LCD_GUILENH (cX); output_low (LCD_RS); } #separate void LCD_GUILENH (unsigned int cX) { LCD_SetData (swap (cX)); /* send high nibble */ LCD_Kichhoatxung (); LCD_SetData (swap (cX)); /* send low nibble */ LCD_Kichhoatxung (); } #separate void LCD_Kichhoatxung (void) { output_high (LCD_EN); delay_us (3); // was 10 output_low (LCD_EN); delay_ms (3); // was 5 } #separate void LCD_SetData (unsigned int cX) { output_bit (LCD_D4, cX & 0x01); output_bit (LCD_D5, cX & 0x02); output_bit (LCD_D6, cX & 0x04); output_bit (LCD_D7, cX & 0x08); } #DEFINE #DEFINE TRIGGER PIN_C4 ECHO PIN_C5 FLOAT KC1, KC2; UNSIGNED INT32 I, GT_TRAN, K,KQ; 17 Đề tài: Mạch đo mực nước #int_timer1 void interrupt_timer1() { GT_TRAN++; } VOID TAO_XUNG_TRIGGER() // tao xung de day tin hieu ra ngoai { DELAY_MS(50); OUTPUT_HIGH(TRIGGER); DELAY_MS(1); OUTPUT_LOW(TRIGGER); // kich muc thap thi tao duoc 1 xung SET_TIMER1(0); //chuong trinh ngat reset ve 0 WHILE(!(INPUT(ECHO))); SETUP_TIMER_1(T1_INTERNAL); WHILE(INPUT(ECHO)); KC1 = GET_TIMER1(); SETUP_TIMER_1(T1_DISABLED); // khong cho doc gia tri timer } VOID SETUP_SRF04() { SETUP_TIMER_1(T1_DISABLED); ENABLE_INTERRUPTS(GLOBAL); ENABLE_INTERRUPTS(INT_TIMER1); K=1; } // cho phép ngat // cho phep ngat timer 1 VOID DOC_SRF04() { KC2=0; // reset gia tri FOR(I=0;I - Xem thêm -