MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN..... 1

PHẦN MỞ ĐẦU.. 4

CHƯƠNG 1. 5

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ BẰNG BIỂU ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH, VÀ TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN LIÊN QUAN.. 5

1.1      GIỚI THIỆU CHƯƠNG.. 5

1.2      Đề tài giám sát nhiệt độ ,điều khiển công suất. 5

1.2.1      Giới thiệu. 5

1.2.2      Các loại điều khiển công suất. 6

1.3      Sơ đồ khối của hệ thống và chức năng của các khối6

1.3.1 Sơ đồ khối6

1.3.2  Chức năng các khối7

1.4      Tìm hiểu những linh kiện có thể dùng thiết kế cho hệ thống. 7

1.4.1      Vi điều khiển PIC16F877A.. 7

1.4.2      Cảm biến nhiêt. 9

1.4.3      LCD16x2. 11

1.4.4      TRIAC.. 13

1.4.5      MAX232. 15

1.4.6      Chuẩn giao tiếp RS232. 15

1.5      Kết luận chương. 18

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN   19

2.1 Giới thiệu chương. 19

2.2 Sơ đồ mạch tổng quát và nguyên lí hoạt động. 19

2.2.1 Sơ đồ mạch. 19

2.2.2  Nguyên lí hoạt động. 20

2.3  Phân tích từng khối20

2.3.1  Khối cảm biến DS18B20. 20

2.3.2  Khối hiển thị LCD.. 24

2.3.3 Khối công suất. 25

2.3.4  Khối Max232. 26

2.4 Tính toán chọn linh kiện. 27

2.4.1 Khối công suất. 27

2.4.2 Khối nguồn. 29

CHƯƠNG 3:. 32

THI CÔNG MẠCH , LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH.. 32

3.1 Thi công mạch. 32

3.2 Lưu đồ thuật toán. 34

3.2.1 Lưu đồ thuật toán đọc nhiệt độ từ DS18B20. 34

3.2.2 Lưu đồ hiển thị LCD.. 38

3.2.3 Hàm chính. 40

3.3 giao  diện thiết kế bằng c# trên nền máy tính :. 41

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 43

PHỤ LỤC.. 44

PHẦN MỞ ĐẦU

            Công nghệ ngày càng phát triển và được ứng nhiều trong cuộc sống .Công nghệ nhiệt là một phần quan trọng trong đó . Đề tài Thiết kế và thi công hệ thống giám sát nhiệt độ bằng biểu đồ trên máy tính được đề ra nhằm đưa ra một hướng giải quết ứng dụng vào việc ổn định nhiệt cho các phòng thiết bị hoặc chuồng nuôi công nghiệp.Đề tài sử dụng một cảm biến nhiệt để cảm biến nhiệt độ sau đó được xử lí và cập nhật lien lục giá trị nhiệt lên máy tính để vẽ biểu đồ nhiệt , sử dụng linh kiện công suất để điều khiển công suất xoay chiều 220V ac

Đồ án được cấu thành với 3 chương .

            Chương 1 : Tổng quan về đề tài giám sát nhiệt độ qua máy tính ,và tìm hiểu các thiết bị linh kiện lien quan

            Chương 2 : Thiết kế mạch ,nguyên lí hoạt động và tính toán chọn linh kiện

            Chương 3 : Thi công mạch , lưu đồ thuật toán và chương trình

Phương pháp nghiên cứu xuyên suốt đồ án là thiết kế mạch , xây dựng lưu đồ thuật toán để mô phỏng thành công trên phần mềm máy tính sau đó thực hiện thi công phần cứng  kết hợp với phần mềm thiết kế sẵn để hoàn thành đồ án .

            Kết thúc đồ án tôi đã giải quyết các vấn đề mục tiêu đề ra tuy nhiên đồ án vẫn còn rất đơn giản cần được nghiên cứu và phát triển thêm.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ BẰNG BIỂU ĐỒ TRÊN MÁY TÍNH, VÀ TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN LIÊN QUAN

1.1  GIỚI THIỆU CHƯƠNG

       Chương giới thiệu về 3 vấn đề :  đề tài giám sát nhiệt độ bằng máy tính , điều khiển các thiết bị công suất

               Đưa ra sơ đồ khối hệ thống của đề tài ,phân tích nhiệm vụ của từng khối để đề xuất ra một số thiết kế mạch cho hệ thống

            Cuối cùng sẽ tìm hiểu một số linh kiện về cấu tạo , đặc tính và cách sử dụng để có thể tính toán ,thiết kế cho đề tài ở chương sau

1.2  Đề tài giám sát nhiệt độ ,điều khiển công suất

1.2.1       Giới thiệu

Xã hội ngày càng phát triển và hiện đại , vấn đề ổn định giám sát nhiệt độ là rất quan trọng trong nông nghiệp lẫn công nghiệp . Nhiệt độ , nó ảnh hưởng lớn đến sức sống cây trồng vật nuôi ,ảnh hưởng đến khả năng làm việc của các thiết bị ,đặc biệt nó làm thay đổi đặc tính làm việc của từng linh kiện điện tử

Đề tài Giám sát nhiệt độ qua máy tính có điều khiển công suất đưa ra nhằm ứng dụng vào ổn định nhiệt độ ,đưa con người dễ dàng kiểm soát được vấn đề nhiệt độ hơn .

Đề tài có thể ứng dụng vào nhiều ngành nghề ví dụ như : ứng dụng trong vườn rau nhà kính , trong lò ấp trứng ,trong chăn nuôi công nghiệp , trong các phòng thiết bị ,hay trong các tòa nhà nhằm tránh tối đa khả năng cháy nổ

Về đề tài : hệ thống giám sát ,điều khiển công suất bao gồm các khối điều khiển trung tâm , khối cảm biến , hiển thị ,điều khiển công suất và khối giao tiếp máy tính

Khối điều khiển trung tâm tùy vào từng ứng dụng lớn nhỏ ta có thể dùng máy tính ,vi xử lý , vi điều khiển , trong đề tài tôi sử dụng vi điều khiển PIC16f877A để làm khối xử lí trung tâm .Hệ thống sử dụng cảm biến nhiệt ,hiển thị nhiệt độ bằng LCD ,sử dụng max232 để giao tiếp giữa vi điều khiển và máy tính với

chuẩn giao tiếp rs232 .Máy tính sử dụng dữ liệu tử vi điều khiển để vẽ biểu đồ nhiệt trên giao diện thiết kế . Khối điều khiển công suất sử dụng các linh kiện công suất để điều khiển công suất lớn .ví dụ như ngắt mở nguồn điện xoay chiều 220V.

1.2.2       Các loại điều khiển công suất

Với đề tài ta có thể sử dụng để điều khiển on/off thiết bị khi nhiệt độ quá mức cho phép  ví dụ như cắt nguốn điện , bật vòi phun nước …

Ở mức độ điều khiển cao hơn ta có thể ứng dụng vào điều khiển xung để ổn định mức nhiệt độ

1.3  Sơ đồ khối của hệ thống và chức năng của các khối

1.3.1 Sơ đồ khối

Hình 1.1 Sơ đồ khối

1.3.2  Chức năng các khối

1.3.2.1 Khối trung tâm

            Là khối xử lí tín hiệu nhận được từ khối cảm biến từ đó xử li đem ra hiển thị ,gửi lên máy tính và điều khiển, khối trung tâm sử dụng vi xử lý hoặc vi điều khiển

1.3.2.2 Khối cảm biến

            Khối có chức năng cảm biến nhiệt độ có đầu ra ở dạng điện áp analog hoặc digital và được đọc bởi khối trung tâm

1.3.2.3 Khối hiển thị

            Hiển thị thong số nhiệt độ từ khối trung tâm gửi lên để người dùng dễ dàng kiểm soát

1.3.2.4 Khối công suất

            Khối trung tâm xử lí tín hiệu từ cảm biến nhiệt khi có biến ngoài mức cho phép hệ thống sẽ điều khiển khối công suất để thực hiện điều khiển công suất một số thiết bị hay nguồn điện

1.3.2.5 Khối giao tiếp máy tính

            Ta sử dụng máy tính để giám sát nhiệt độ , để có thể nhận được dữ liệu từ hệ thống ta sử dụng khối giao tiếp máy tính . Khối giao tiếp có nhiệm vụ kết nối giữa vi điều khiển và máy tính thông qua chuẩn giao tiếp rs232

1.4  Tìm hiểu những linh kiện có thể dùng thiết kế cho hệ thống

1.4.1       Vi điều khiển PIC16F877A

PIC16F877A là dòng PIC phổ biến hiện nay đủ mạnh về tính năng , 40 chân ,bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường .Cấu trúc tổng quát của PIC 16F877A :

-         8K Flash ROM

-         368 Bytes RAM

-         256 Bytes EEPROM

-         5 ports IO (A,B,C,D,E) vào ra với tín hiệu điều khiển đọc lập

-         2 Bộ định thời 8bits (timer 0 và timer 2)

-         Một bộ định thời 16bits  (timer1) có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng (SLEEP MODE) với nguồn xung clock ngoài

-         2 bộ CCP

-         1 Bộ biến đổi AD 10 bits ,8 bits ngõ vào

-         2 Bộ so sánh tương tự (Campartor)

-         1 Bộ định thời giám sát (Watchdog time)

-         1 Cổng song song 8bits với các tín hiệu điều khiển

-         1 Cổng nối tiếp

-         15 Nguồn ngắt

-         Có chế độ tiết kiệm năng lượng

-         Nạp chương trình bằng cổng nối tiếp ICSP

-         Được chế tạo bằng công nghệ CMOS

-         35 Tập lệnh độ dài 14bits

-         Tần số hoạt động tối đa 20MHz

Hình 1.2 Sơ đồ chân PIC16F877A

Hình 1.3 Các chức năng của PIC16F877A

1.4.2       Cảm biến nhiêt

Có nhiều loại cảm biến chuyên dụng như các cảm biến giao tiếp tải bằng điện  áp LM335,LM35 ,để sử dụng những cảm biến này ta phải sự dụng các bộ chuyển đổi ADC  .Cảm DS18B20 có đầu ra digital ,dễ dàng sử dụng giao tiếp 1 dây với vi điều khiển

1.4.2.1Mô tả tính năng của DS18B20

DS18B20 là nhiệt kế số có độ phân giải 9-12bits giao tiếp với vi đều khiển trung tâm thông qua một dây duy nhất .DS18B20 hoạt động với điện áp từ 3V-5.5V có thể được cấp nguồn thông qua chân DQ-chân trao đổi dữ liệu .Nó có đo nhiệt độ

trong khoảng từ -55 °C đến 125 °C với độ chính xác +-0.5 °C .Mỗi DS18B20 có một mã riêng 64bits duy nhất , từ đó cho phép kết nối nhiều IC trên một đường truyền tín hiệu

Hình 1.4 Sơ đồ khối IC DS18B20

1.4.2.2Tổ chức bộ nhớ

Hình 1.5 Tổ chúc bộ nhớ DS18B20

Byte 0 và byte 1 lưu giá trị nhiệt độ chuyển đổi

Byte 2 và byte 3 lưu giá trị ngưỡng nhiệt độ .giá trị này được lưu khi mất điện

Byte 4 là thanh ghi cấu hình cho DS18B20 hoạt động

Byte 5,6,7 không hoạt động

Byte 8 là thanh ghi chỉ đọc lưu giá trị CRC từ byte 0 đến byte 7

1.4.2.3Trao đổi dữ liệu giữa vi điều khiển và DS18B20

Trao đổi dữ liệu thông qua ba bước:

-         Khởi tạo : quá trình khởi tạo bao gồm một xung reset do vi điều khiển gửi đến DS18B20,sau đó là xung presence từ DS18B20 gửi đến vi điều khiển

-         Lệnh điều khiển ROM :Các lệnh này làm việc với 64bits serial code ROM ,lệnh được phát ra sau quá trình khởi tạo .Lệnh cho phép vi điều khiển biết được có bao nhiêu thiết bị trên bus

-         Lệnh điều khiển DS18B20 : Vi điều khiển gửi các lệnh điều khiển hoạt động của DS18B20 ,cho phép vi điều khiển ghi đọc dữ liệu từ bộ nhớ  Scratchpad của DS18B20

1.4.3       LCD16x2

Hình 1.6 Các chân LCD16x2

-         Chân Vss :nối mass

-         Chân Vcc : nối dương nguồn 5V

-         Vee :dùng để điều chỉnh độ tương phản

-         RS (Register Select) :dùng để xác định dữ liệu gửi là lệnh điều khiển hay dữ liệu hiển thị

-         R/W (Read/Write) : Dùng để định hướng dữ liệu được truyền giữa LCD và vi điều khiển .Khi nó ở mức thấp dữ liệu được ghi đến LCD ,khi nó ở mức cao dữ liệu được đọc ra từ LCD

-         E (Enable) :  chân chốt dữ liệu

-         D0-D7 : 8 chân dữ liệu 8 bits dùng để truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển và LCD

Có 2 chế độ truyền nhận dữ liệu giữa vi điều khiển và LCD :8bits MODE và 4bits MODE .khi truyền nhận dữ liệu theo mode 4bits  ,ta truyền 4 bít cao trước và 4 bits thấp sau

 

Hình 1.7 Bảng mã lệnh LCD16x2

1.4.4       TRIAC

Triac có khả năng dẫn điện 2 chiều và chịu được công suất cao thường được ứng dụng trong các mạch điều khiển công suất xoay chiều

Hình 1.8 Đặc tính hoạt động của triac

Hình 1.9 Miền kích dẫn

            Miền I nhạy kích dẫn nhất và miền IV kém nhạy kích dẫn nhất

            So với công tắc cơ triac có một số ưu điểm sau :

-         Không bị hiện tượng dội công tắc hay phóng điện do tiếp điểm cơ

-         Khả năng đóng ngắt nhanh so với công tắc cơ như relay

-         Có thể kích dẫn bằng nhiều nguồn khác nhau :AC,DC ,xung

Để cách li điện giữa phần tử điều khiển và phần tử công suất ta sử dụng opto quang như hình 1.10

Hình 1.10

1.4.5       MAX232

Max232 là IC chuyên dùng cho giao tiếp giữa RS232 và thiết bị ngoại vi . Max232 là sản phẩm của hang maxim .Đây là IC chạy ổn định được sử dụng phổ biến trong các giao tiếp sử dụng chuẩn giao tiếp RS232 ,tích hợp hai kênh truyền cho chuẩn RS232 ,dòng tín hiệu được thiết kế cho chuẩn RS232 . Đầu ra và cổng nhận tín hiệu đều được bảo vệ khỏi sự phóng tĩnh điện . Ngoài ra Max232 con được thiết kế  với nguồn cấp 5V cung cấp nguồn công suất nhỏ

1.4.6       Chuẩn giao tiếp RS232

1.4.6.1Tổng quan

Ghép nối qua cổng nói tiếp RS232 là một trong những kĩ thuật được sử dụng rông rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính .Nó là một chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ ,kết nối nhiều nhất là hai thiết bị ,chiều dài kết nối nhiều nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4 m , tốc độ 20kbit/s  

đôi khi tốc đô là 115kbit/s  với một số thiết bị đặc biệt . Chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit được gửi đi dọc theo đường truyền

Có hai phiên bản RS232 được lưu hành trong thời gian khá dài là RS232B và RS232C .Đến nay phiên bản RS232B cũ ít được đùng ,phiên bản RS232C còn được dùng rộng rãi và thường được gọi tên ngắn gọn là chuẩn RS232

1.4.6.2 Ưu điểm của RS232

-         Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao

-         Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện

-         Các mạch điện đơn giản

1.4.6.3 Những đặc điểm cần chú ý trong chuẩn RS232

-         Trong chuẩn giao tiếp RS232 có mức giới hạn trên và dưới là +-12V .Hiện nay đang được cố định trở kháng  tải từ 3000Ω đến 7000Ω

-         Mức logic 1 có điện áp từ -3V đến -12V ,mức logic 0 có điện áp từ 3V đến 12V

-         Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbit/s

-         Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF

-         Trở kháng tải phải lớn hơn 3000Ω nhưng phải nhỏ hơn 7000Ω

-         Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua công giao tiếp RS232 phải nhỏ hơn 15m

-         Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn : 50, 75, 110, 300, 600, 750, 1200, 2400, 4800,9600,19200… 56600,115200bps

1.4.6.4  Các mức điện áp đường truyền

RS232 sử dụng phương thức truyền thông  không đối xứng ,tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất

Mức điện áp tiêu chuẩn RS232 :

-         Mức logic 0 : 3V đến 12V

-         Mức logic 1 : -3V đến -12v

Các mức điện áp từ -3v đến 3v

1.4.6.5 Cổng RS232

Hình 1.11 Cổng DB9

Chức năng các chân :

-         Chân 1: data carrier detect  (DCD) : Phát tín hiệu mang dữ liệu

-         Chân 2: Receive data (RxD) : Nhận dữ liệu

-         Chân 3: Transmit data (TxD): truyền dữ liệu

-         Chân 4: Data Termial Ready(DTR): Đầu cuối dữ liệu sẵn sang được kích hoạt bởi bộ phận khi muốn truyền dữ liệu

-         Chân 5: Signal Ground (SG) : Mass của tín hiệu

-         Chân 6: Data Set Ready (DSR): Dữ liệu sẵn sàng được kích hoạt bởi bộ truyền khi khi nó sẵn sang nhận dữ liệu

-         Chân 7: Request To Send (RTS) : Yêu cầu gửi ,bộ truyền đặt đường này lên mức hoạt động khi sẵn sang truyền dữ liệu

-         Chân 8: Clear to Send (CTS): Xóa để gửi, bộ nhận đặt đường này lên mức kích hoạt động để thông báo cho bộ truyền là nó sẵn sang nhận dữ liệu

-         Chân 9: Ring Indicate(RI) : Báo chuông cho biết là bộ nhận đang nhận tín hiệu

1.4.6.6 Quá trình truyền dữ liệu

Truyền dữ liệu qua cổng RS232 được thực hiện không đồng bộ . Do vậy nên tại một thời điểm chỉ có một bit được truyền (1 kí tự) . Bộ truyền gửi một bit Start để thông

 

báo cho bộ nhận biết một kí tự sẽ được gửi đến trong lần truyền bit tiếp theo ,bit này luôn bắt đầu bằng mức 0.Tiếp theo là các bit dữ liệu data được gửi dưới dạng mã ASCII (có thể là 5,6,7 hay 8 bits data) . Sau đó là một bit parity kiểm tra chẵn lẻ .Cuối cùng là bit dừng stop có thể là 1 ,1.5 hay 2 bit dừng

1.5   Kết luận chương

Chương đã cho ra được khái niệm tổng quát về đề tài ,những ứng dụng có thể áp dụng trong cuộc sống hằng ngày hay sản xuất công nghiệp

Chương đưa ra được sơ đồ khối hệ thống ,chức năng các khối và các linh kiện có thể áp dụng thiết kế cho đề tài.

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG VÀ TÍNH TOÁN CHỌN LINH KIỆN

2.1 Giới thiệu chương

Chương đưa ra sơ đồ mạch tổng quát qua đó phân tích nguyên lí hoạt động của khối của linh kiện  trong mạch để cuối cùng đi đến tính toán và chọn linh kiện cho mạch

2.2 Sơ đồ mạch tổng quát và nguyên lí hoạt động

2.2.1 Sơ đồ mạch

Hình 2.1 Sơ đồ mạch tổng quát

2.2.2  Nguyên lí hoạt động

Cảm biến DS18B20 cảm biến giá trị nhiệt độ và lưu vào trong thanh ghi của mình. Vi điều khiển thao tác lệnh lên cảm biến và thực hiện đọc giá trị nhiệt độ cảm biến được .Sau khi lấy được giá trị cảm biến Vi điều khiển xử lí xuất dữ liệu ra LCD để hiển thị .Đồng thời gửi dữ liệu cho máy tính thông qua khối giao tiếp theo chuẩn RS232 . Khi nhiệt độ quá mức cho phép vi điều khiển tác động điều khiển đến khối công suất để thực hiện đóng ngắt công suất nguồn điện .

Máy tính nhận dữ liệu từ vi điều khiển để vẽ biều đồ nhiệt hiển thị trên nền giao diện máy tính để người dùng dễ quan sát

2.3  Phân tích từng khối

2.3.1  Khối cảm biến DS18B20

Hình 2.2 Sơ đồ mạch cảm biến DS18B20

Cảm biến DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ , giá trị nhiệt được convert và lưu trong 2 byte thanh ghi .đầu ra DQ số và giao tiếp cới vi điều khiển bằng 1 dây .

Điện trở 4.7k làm nhiệm vụ kéo áp thường sử dụng trong các gaio tiếp theo kiểu điện áp logic

   - Phương thức giao tiếp giữa vi điều khiển và cảm biến

Việc đo nhiệt độ của Ds18B20 được thực hiện theo từng lần lấy mẫu .Mỗi lần lấy mẫu được ngăn cách bởi một tín hiệu reset và presence pulse . Tín hiệu reset để ngăn cách và khởi động lại một quá trình cảm biến đo nhiệt độ mới . tín hiệu presence pulse để báo hiệu cho vi điều khiển biết cảm biến ds18b20 có mặt trên bus

Các bước của một lần lấy mẫu :

-         Khởi tạo xung reset và nhận tín hiệu presence từ Ds18B20

-         Gửi các lệnh ROM

-         Gửi các lệnh chức năng bộ nhớ

2.3.1.1 Khởi tạo xung reset và nhận tín hiệu presence từ DS18B20

Hình 2.3 Sơ đồ xung reset

Dùng vi điều khiển kéo chân tín hiệu DQ xuống mức thấp trong khoảng thời gian tối thiểu là 480µs .Giải phóng DQ khỏi mức thấp ,điện trở kéo lên sẽ tự kéo chân lên mức cao . Khi DS18B20 phát hiện xung mức cao ,nó sẽ chờ từ 15-60µs rồi DQ sẽ kéo chân DQ xuống mức thấp trong khoảng thời gian từ 60-240µs .Đó là tín hiệu presence ,bắt được tín hiệu này tức là DS18B20 đã sẵn sằng

            Sau khi bắt được tín hiệu presence ta thực hiện lệnh skip ROM ngay vì chỉ có một cảm biến DS18B20 trên bus  . thực hiện bằng cách nhảy tới chương trình con write viết ngay lệnh skip ROM  mã CCh lên dataline

2.3.1.2 Write time slot

Hình 2.4 Write time slot

Để ghi mức 1 và 0 của mã lệnh lên DS18B20 ta ghi băng 2 rãnh ghi write time slot. Có hai loại write time slot là : write 1 time slot và write 0 time slot .Vi điều khiển sử dụng write 1 time slot để ghi bit 1 và write 0 slot để ghi bit 0 lên DS18B20 .Tất cả write time slot phải có ít nhất là 60µs ,việc ghi giữa 2 write time slot  liên tiếp nhau phải cách nhau 1µs .Cả hai loại write time slot đều được vi điều khiển thực hiện bằng cách kéo write bus xuống thấp .

-         Write 1 time slot : Để tạo ra write 1 time slot vi điều khiển kéo write bus xuống mức thấp trong khoảng 1-15µs ,sau đó vi điều khiển phải giải phóng write bus khỏi mức thấp để điện trở kéo lên .

-         Write  0  time slot : Để tạo ra write 0 time slot vi điều khiển kéo write bus xuống mức thấp vi điều khiển tiếp tục giữ nó ở mức thấp ít nhất là 60µs (tối đa 120µs)  sau đó giải phóng write bus khỏi mức thấp để điện trở kéo lên

2.3.1.3 Read time slot

Hình 2.5 Read time slot

DS18B20 chỉ gửi dữ liệu khi vi điều khiển gửi tín hiệu read time slot .Do đó ngay khi thực hiện lệnh Read Scratchad ,convert … vi điều khiển phải tạo ra read time slot để có thể nhận được dữ liệu từ DS18B20 .Tất cả read time slot có khoảng thời gian ít nhất là 60µs ,khoảng cách giữa 2 lần thực hiện read time slot là 1µs

Để tạo ra read time slot  vi điều khiển kéo write bus xuống mức thấp trong khoảng thời gian ít nhất là 1µs sau đó rời khỏi write bus .Sau khi vi điều khiển tạo ra read time slot ,DS18B20 bắt đầu truyền dữ liệu bit 0 hay bit 1 trên bus . Bit 1 , DS18B20 sẽ để  bus ở mức cao và bit 0 DS18b20 sẽ kéo bus xuống mức thấp và sẽ rời khỏi bus khi kết thúc thời gian của 1 read time slot (60µs) . Dữ liệu từ xuất ra từ DS18B20 chỉ có giá trị trong khoảng 15µs kể từ khi vi điều khiển tạo ra read time slot ,do đó vi điều khiển phải lấy mẫu trong khoảng thời gian này 

2.3.2  Khối hiển thị LCD

Hình 2.6 Sơ đồ mạch LCD

Mạch Lcd làm việc với mode 4bit .dữ liệu được truyền từ vi điều khiển đến LCD và lcd hiển thị lên màn hình .

LCD làm việc với chế độ 4 bit .4 chân dữ liệu D0-D3 được nối mass .4 điện trở R1-R4 làm điện trở kéo .

-         Truyền dữ liệu cần hiển thị từ vi điều khiển lên LCD :

     + truyền lệnh :  vi điều khiển thực hiện điều khiển chân RS xuống mức thấp ,tiếp đó truyền 4 bits cao của lệnh lên 4 dây dữ liệu , điều khiển chân EN từ mức cao xuống thấp để báo cho LCD biết đã hoàn thành gửi 4 bits cao dữ liệu .sau khi gửi 4 bits cao vi điều khiển thực hiện gửi 4 bits thấp dữ liệu ra dây và enable chân EN từ logic cao xuống thấp để hoàn thành gửi lệnh

     + Truyền dữ liệu :  vi điều khiển set chân RS lên mức cao rồi lần lượt gửi 4 bits      cao và 4 bits thấp của dữ liệu giống như gửi lệnh 

2.3.3 Khối công suất  

Hình 2.7 Sơ đồ mạch công suất

Nhiệm vụ của khối là thực hiện đóng ngắt nguồn cấp cho tải thông qua việc điều khiển on off triac U2 .

Đóng mạch : set chân điều khiển (đầu vào nối với R1) xuống mức thấp , khi đó điện áp cực B và C của Q1 thấp hơn tại cực E ,Q1 dẫn bão hoà ,dòng tăng và chạy qua led của opto quang U1 ,led sáng kích dẫn triac của opto U1 , triac của U1 dẫn và kích hoạt cho tric U2 dẫn ở chế độ I­­­^- ,III⁺

Ngắt mạch : set chân điều khiển lên mức cao để ngắt không cho Q1 dẫn

2.3.4  Khối Max232

Hình 2.8 Sơ đồ mạch max232

Max232 có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp cho phù hợp giữa máy tính và vi điều khiển do máy tính và vi điều khiển định nghĩa mức logic 0 và logic 1 khác nhau

Với máy tính sử dụng điện áp từ -12v đến 12v để định nghĩa logic 0,1 .

2.4 Tính toán chọn linh kiện

2.4.1 Khối công suất

Hình 2.9 Khối công suất

Dòng điện qua tải bóng đèn 40W : I_L = 40W / 220V = 0.1818 Amp

Suy ra công suất : Ptt_U2 = 220. 0.1818 = 40W

Chon Triac U2 có

ðChọn Triac BTA16B có :

Triac BTA16B có I_Gt max =100mA ;

Chọn opto quang U1 có : +  V_T1triac>= 1.5x 220 = 330V

                                             +   It triac >= 2x100mA = 200mA

ðChọn U1 là MOC3020 : +  V = 400V

       +   I =1A

Tính chọn R3 :

Ta có sụt áp GT của triac BTA16B  : V_GT = 1.5 V

Dòng I kích triac U2 : I_GT = 50mA

Sụt áp qua triac của opto quang U1 :

V_t(U1) = 1.8V

Suy ra : áp đặt hai đầu trở R3 : V_R3 = 220-1.5-1.8 = 216.7 V

R3 = 216.7 V/ 50mA = 4334 Ω

Chọn R3 = 4.3 kΩ

 

Tính chọn Q1 :

Ta có khi led của opto quang dẫn và sáng :

V_F =1.5 V với dòng dẫn I_F  = 10mA

Ic_Q1 = I_F = 10mA

Điện áp nguồn cấp cho Q1 Vcc =5V

Ptt = 5V x10mA = 50mW

Chọn BJT Q1 có : +  Vec >= 2 x 5V =10V

                              +  Ic >= 2 x 10mA = 20mA

                              +   Pt >= 2 x 50 mW =100mW

ðChọn BJT Q1 :  A1015 có : + Vec = 50V

 +  Iec = 150mA

 +  Pt = 400mW

Tính chọn R2 :

Sụt áp khi BJT dẫn bão hoà gần bằng 0.2V

Sụt áp trên Led của opto quang : 1.5V

Suy ra : V_R2 = 5 – 0.2 - 1.5 = 3.3 V

R2 = 3.3V / 10 mA = 330 Ω

Chọn R2 =330 Ω

Tính chọn R1 :

Β_min Q1 = 70

ðDòng i_Bnguong = 10mA /70 = 0.14 mA

Chọn dòng I_B Q1 = 2 x i_Bnguong = 2 x 0.14 =0.28 mA

Vr1 = 5V – Vr2 = 5 – 3.3 = 1.7 V

R1 = 1.7V / 0.28mA = 6071 Ω

Chọn R1 = 6,2kΩ

2.4.2 Khối nguồn

Hình 2.10  Khối nguồn

Tính toán khối nguồn có điện áp ra ổn định 5V, dòng cung cấp 1.5A với bộ ổn áp có sẵn : áp thứ cấp 10Vac ,1.5A

Chọn diode có : + Vc >= 2 x 10 =20 V

                            + I >= 2x 1.5 = 3A

ðChọn diode 1N4001

Tính chọn tụ lọc gợn C1 :

Diện áp đặt trên C1 :

Vc1 = 10x  -1.4 =12,74 V

Ta có :

C_L =

Chu kì chỉnh lưu : T_CL=  =  =0.01s

Điện trở tải tương đương : R_t  =  =  = 8.49Ω

Chọn độ gợn sóng sau khối chỉnh lưu : K_GS = 5% = 0.05

ðC1 =   = 0.0078 F

ðChọn C1 10000µF ,25V

Tính chọn Q1:

 Điện áp đặt trên Q1 : V_ECQ1 = 12.74  - 5 = 7.74V

Dòng chạy qua Q1 : ta có dòng qua LM7805 là 0.5A

Suy ra dòng max chạy qua Q1 là 1A

Chọn Q1 có :

ðChọn Q1 là BJT công suất 2SB688

Tính R1 :

Ta có      I₇₈₀₅ = I_R1 + I_BQ1

ð I­_R1 = I₇₈₀₅ – I_BQ1

Mặt khác : I_BQ1 = =  

ðI_R1 = I₇₈₀₅ -  =  

R1 =  =  

      =  = 1,45 Ω

Dòng     I_R1 =  = 0.48A

Công suất tiêu thụ : Ptt = 0.7 x 0.48 = 0.336 W

Chọn điện trở R = 1,5Ω , 1W

Chọn C2 là tụ 104 để lọc nhiễu

Tính chọn R2 :

Dể led sáng tốt chọn dòng qua led 10mA ,

Điện áp rơi trên led khoảng 1,8V

Suy ra điện áp đặt trên R2

    V_R2 = 5 -1.8  =  3,2V

ðR2 =   = 320Ω

Chọn R2 330Ω

..........