Đồ án Nghiên cứu phát triển mô hình điều khiển nhà kính phục vụ cho nông nghiệp chính xác (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu phát triển mô hình điều khiển nhà kính phục vụ cho nông nghiệp chính xác (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC GVHD: ThS. VÕ MINH THẠNH SVTH: NGUYỄN MẬU LUÂN MSSV: 09901006 SVTH: VÒNG A KHÈN MSSV: 09101176 S K L 0 0 4 1 6 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: KỸ THUẬTĐIỆN - ĐIỆN TỬ Đề tài: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC GVHD: Ths. Võ Minh Thạnh SVTH: Nguyễn Mậu Luân MSSV: 09901006 SVTH: Vòng A Khèn MSSV:09101176 Thành phố Hồ Chí Minh – 1/2016
3. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN  TP. HCM, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn
4. NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO  TP. HCM, ngày tháng năm 2016 Đại diện hội đồng
5. MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật,công nghệ hiện đại đã đem lại cho con ngƣời những thành tựu to lớn.Với sự phát triển rộng rãi của các thiết bị điện,ngày nay hầu hết mọi ngƣời đã sử dụng các thiết bị công nghệ hiện đại.Và với mức sống ngày càng cao thì nhu cầu của ngƣời dân về công nghệ càng cấp thiết hơn bao giờ hết. Từ khi vi điều khiển ra đời, nó đã tạo nên một bƣớc ngoặc mới khẳng đinh đƣợc ƣu thế trong các lĩnh vực phục vụ cho sự phát triển trong công nghiệp lẫn nông nghiệp. Việc ứng dụng vi điều khiển trong các hệ thống điều khiển tự động hiện nay đã chứng minh đƣợc điều đó.Ngày càng có nhiều sản phẩm kỹ thuật ứng dụng công nghệ vi điều khiển đáp ứng đƣợc nhu cầu lợi ích cho con ngƣời. Vì thế, vi điều khiển đã trở thành sự lựa chọn hoàn hảo cho các hệ thống điều khiển tự động phục vụ trong công nhiệp lẫn nông nghiệp hiện đại. Hòa vào xu hƣớng đó vi điều khiển đã khẳng định đƣợc vị thế vững chắc của mình trong nhiều ứng dụng trong tự động hóa.Vì thế nhóm chúng em đã tìm hiểu cùng với các kiến thức đã học về vi điều khiển nhóm đã thiết kế ứng dụng vi điều khiển vào đề tài “NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC” của mình. Nội dung chính của hệ thống là xây dụng mô hìnhứng dụng vi điều khiển phục vụ các mục tiêu trong nông nghiệp nhằm năng cao năng suất,tăng khả năng thu nhập cho ngƣời dân. Để có thể hoàn thành tốt đồ án này,nhóm đã cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trƣờng cùng với sự tìm tòi, nghiên cứu và hƣớng dẫn tận tình của giáo viên hƣớng dẫn cùng Thầy/Cô khoa Điện – Điện Tử. Mặc dù, nhóm thực hiện đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong các quý Thầy/Cô và các bạn thông cảm.Nhóm thực hiện đề tài mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ quý Thầy/Cô và các bạn. Xin chân thành cảm ơn!
6. LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện đồ án, nhóm thực hiện đã nhận đƣợc sự giúp đỡ rất tận tình từ quý Thầy/Cô trong và ngoài khoa Điện-Điện Tử, cùng ngƣời thân,gia đình và bạn bè. Nhờ sự giúp đỡ đó, nhóm đã hoàn thành tốt đƣợc đồ án tốt nghiệp của mình. Để đạt đƣợc thành công này,nhóm xin chân thành cảm ơn thầy Võ Minh Thạnh,ngƣời đã luôn theo dõi, chỉ bảo tận tình cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài, thầy đã đóng góp ý kiến và hƣớng dẫn đồng thời chỉ ra những thiếu sót giúp chúng em hoàn thành tốt đồ án này. Bên cạnh đó,nhóm cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô giáo trong khoa Điện-Điện Tử đã tận tình giúp đỡ,đóng góp ý kiến cũng nhƣ truyền đạt những kinh nghiệm để giúp công việc của nhóm đƣợc thuận lợi hơn. Cuối cùng,chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình,bạn bè đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Chúng em xin chân thành cám ơn! TPHCM, ngày tháng năm 2016 Nhóm thực hiện đề tài Vòng A Khèn Nguyễn Mậu Luân
7. TÓM TẮT Khoa học kỹ thuật đang thay đổi từng ngày, từng giờ và chúng ta những con ngƣời của kỹ thuật cũng phải thay đổi tầm nhìn của mình để theo kịp công nghệ hiện đại. Trọng tâm của khoa học kỹ thuật trong nền văn minh công nghiệp này đặt vào 5 lĩnh vực chính đó là công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu, công nghệ năng lƣợng, công nghệ sinh học và công nghệ tự động. Từ khi vi điều khiển ra đời, nó đã tạo ra một bƣớc ngoặc mới cho sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp, sự xuất hiện của vi điều khiển trong các hệ thống điều khiển công nghiệp hiện nay đã chứng minh đƣợc điều đó. Hệ thống điều khiển dung vi điều khiển có khả năng chống nhiễu, khả năng giao tiếp công suất và tính đơn giản trong lập trình. Cùng với sự ra đời của các phần mềm giám sát và thu thập dữ liệu, vi điều khiển đã trở thành sự lụa chọn hoàn hảo cho các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp. Nhằm ứng dụng các kiến thức đã đƣợc trang bị trong quá trình học tập vào thực tế, nhóm thực hiện đã lựa chọn đề tài “ nghiên cứu phát triển mô hình nhà kính phục vụ cho nông nghiệp chính xác”. Nội dung chính của hệ thống là xử lý tín hiệu từ cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm để điều khiển hoạt động của hệ thống nhà kính. Hệ thống này có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống nuôi trồng, sản xuất nông nghiệp. Ngoài ra còn có thể làm nền tảng để ứng dụng các thuật toán điều khiển vào các hệ thống khác nhƣ hệ thống ổn định lò nhiệt. Mặc dù nhóm thực hiện đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đúng thời hạn nhƣng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong các quý thầy/cô và các bạn thong cảm. Nhóm thực hiện đề tài mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ quý thầy/cô và các bạn.
8. MỤC LỤC CHƢƠNG 1 : TỒNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục đích của đề tài 2 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 2 1.3.1 Nhiệm vụ 2 1.3.2 Giới hạn đề tài 2 1.4 Nội dung đề tài 2 CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về PIC16F887 3 2.1.1 Khái quát về PIC 3 2.1.2 Chọn Vi điều khiển 3 2.1.3 Các dòng PIC 3 2.1.4 Ngôn ngữ lập trình cho PIC 4 2.2 Giới thiệu chung về PIC 5 2.2.1 Sơ đồ chân và hình dạng thực tế 6 2.2.2 Một vài chi tiết chính của vi điều khiển PIC16F887 7 2.2.3 Bộ dao động của PIC16F887 9 2.2.4 Các Port I/O 10 2.2.5Hoạt động của các khối giao tiếp EUSART 11 2.2.6 Cấu tạo và hoạt động của bộ vi điều khiển xung PWM 13 2.2.7 Ngắt ngoài trên chân RB0 15 2.2.8 Cấu tạo và hoạt động của bộ Timer 1 16 2.3 Giới thiệu về cảm biến DHT11 16 2.3.1 Giới thiệu 16 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 17 2.4 Cảm biến độ ẩm đất 20 Chƣơng 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Yêu cầu thiết kế 22 3.2 Lựa chọn phần cứng 22 3.2.1 Khối xử lý và khối điều khiển trung tâm 23
9. 3.2.2 Khối cảm biến 24 3.2.3 Khối hiển thị 25 3.2.4 Cơ cấu chấp hành 26 3.3 Thiết kế mạch của hệ thống 28 3.3.1 Sơ đồ mạch khối vi xử lý 29 3.3.2 Sơ đồ mạch khối cảm biến 30 Chƣơng 4 LẬP TRÌNH PHẦN MỀM 4.1 Tổng quan về CCS 31 4.1.1 Giới thiệu về CCS 31 4.1.2 Lý do lựachọn CCS 31 4.2 Lƣu đồ giải thuật 33 Chƣơng 5 KẾT LUẬN, HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận 34 5.2 Hƣớng phát triển 35 DANH SÁCH HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 6 Hình 2.2 Hình dạng thực tế của PIC16F887 7 Hình 2.3 Sơ đồ khối của PIC16F887 8 Hình 2.4 Sơ đồ khối bộ dao động của PIC16F887 9 Hình 2.5 Bộ dao động HS 10 Hình 2.6 Cấu tạo của chân GPIO 11 Hình 2.7 Sơ đồ khối bộ truyền của module EUSART 11 Hình 2.8 Sơ đồ khối bộ phận USART 13 Hình 2.9 Sơ đồ khối PWM 14 Hình 2.10 Giản đồ thời gian của song điều xung tại chân CCPx 14 Hình 2.11 Sơ đồ khối logic của hệ thống ngắt trong PIC16F887 15 Hình 2.12 Sơ đồ khối bộ timer 1 16 Hình 2.13 Cảm biến DHT11 17 Hình 2.14 Sơ đồ kết nối vi xử lý 17 Hình 2.15 Giản đồ gửi tín hiệu start 18
10. Hình 2.16 Cảm biến độ ẩm đất 20 Hinh 2.17 Sơ đồ mạch nguyên lý 21 Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 22 Hình 3.2 PIC16F887 24 Hình 3.3 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ và cam biến độ ẩm đất 24 Hình 3.4. LCD 20x4 25 Hình 3.5.Chức năng của từng chân LCD 25 Hình 3.6 Máy bơm chìm 26 Hình 3.7 Máy tạo sƣơng 27 Hình 3.8 Đèn gia nhiệt 27 Hình 3.9 Sơ đồ toàn mạch 28 Hình 3.10 Khối vi xử lý 29 Hình 3.11 Khối công suất 29 Hình 3.12 Sơ đồ kết nối trên cảm biến 30 Hình 4.1 Giao diện phần mềm 32 Hình 4.2 Lƣu đồ giải thuật 33 Hình 5.1 Mô hình hệ thống 34
11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ - Với sự nóng lên của khí hậu toàn cầu kèm với đó là môi trƣờng ngày càng có những thay đổi lớn, nhiệt độ vàđộ ẩm của không khí và của đất biến đổi với biên độ ngày một lớn hơn. Trong khi đó môi trƣờng ảnh hƣởng trực tiếp tới quá trình sinh trƣởng và phát triển của thực vật .Tất cả các tiến trình sinh lí, hóa học và sinh học trong thực vật đều chịu ảnh hƣởng của nhiệt độ , độ ẩm.Thực vật nói chung đều có thay đổi đáp ứng nhiệt độ rất rộng, một số loài lại sinh trƣởng và phát triển trong một giới hạn nhiệt độ khác nhau. Để thực vật sinh trƣởng và phát triển tốt cần tạo ra điều kiện thuận lợi cho cây trồng. Những loại cây trồng có giá trị cao nhƣng lại có những yêu cầu về nhiệt độ, độ ẩm để có thể sinh trƣởng tốt , cho năng xuất cao hơn. Để làm tốt vấn đề này cần tạo ra một môi trƣờng có nhiệt độ độ ẩm thích hợp để trồng những cây trồng cho giá trị kinh tế cao. - Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,tự động hóa càng đƣợc áp dụng mạnh mẽ trong nhiều ngành sản xuất,một trong số đó là ứng dụng trong ngành nông nghiệp. Đời sống ngƣời dân ngày càng phát triển nhu cầu đòi hỏi chất lƣợng các sản phẩm trong nông nghiệp ngày càng cao.Vì thế việc ứng dụng tự động hóa trong sản xuất nông nghiệp sẽ đáp ứng nhu cầu chất lƣợng,tiết kiệm chi phí,nâng cao năng suất,tăng khả năng thu nhập cho ngƣời dân. - Việc ứng dụng vi điều khiểnvào trong sản xuất nông nghiệp sẽ tạo môi trƣờng thuận lợi để trồng trọt , đặc biệt là những cây có giá tri kinh tế. Cho ra các sản phẩm có chất lƣợng tốt hơn đồng thời đảm bảo quá trình sản xuất không bị gián đoạn tăng sản lƣợng. Các quá trình trồng trọt sẽ đƣợc tự động hóa, khắc phục ảnh hƣởng của các yếu tố môi trƣờng. Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC”.Với yêu cầu ứng dụng thực tế trên, đối tƣợng đề tài thực hiện 1 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC chính ở đây là hệ thống có điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp phục vụ sản xuất trồng trọt tƣới tiêu trong nông nghiệp.Các quá trình sẽ đƣợc thực hiện tự động. 1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI - Mục đích của đề tài là ứng dụng vi xử lý để đo đạt điều kiện môi trƣờng là nhiệt độ và độ ẩm, từ đó điều khiển cơ cấu chấp hành để tạo ra một môi trƣờng có nhiệt độ và độ ẩm phù hợp với những loại cây trồng có yêu cầu về nhiệt và độ ẩm. Tạo ra môi trƣờng sống tốt cây trồng sinh trƣởng và phát triển, cho năng xuất và thu nhập cao. 1.3 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 1.3.1 Nhiệm Vụ: - Khảo sát vi điều khiển PIC16f887. - Tìm hiểu về cảm biến đo độ ẩm đất FC28, DHT11. - Thiết kế, thi công hệ thống tƣới tiêu. - Thiết kế mạch theo dõi nhiệt độ, độ ẩm. - Thiết kế, thi công hệ thống phun sƣơng. - Lập trình cho VĐK theo yêu cầu của đề tài. 1.3.2 Giới hạn đề tài Trong đề tài này nhóm chủ yếu tập trung vào những vấn đề sau: - Đo nhiệt độ và độ ẩm không khí, đo độ ấm của đất.Đo độ ẩm 20% -95%,đo nhiệt độ : 0-50℃. - Cài đặt khoảng giới hạn nhiệt độ và độ ẩm thông qua nút nhấn. 1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng này trình bày về cảm biến đo nhiệt độ,độ ẩm (cấu tạo, nguyên lí hoạt động, ứng dụng .), VĐK sử dụng là PIC 16F887 (cấu tạo, nguyên lí hoạt động, chức năng, .), thiết bị máy bơm. Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống Chƣơng này trình bày về cách thiết kế hệ thống, hệ thống đƣợc chia làm 2 phần chính đó là lựa chọn phần cứng và thiết kế. Chƣơng 4: Phần mềm Phần mềm đƣợc dùng để lập trình là CCS . Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển 2 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1GIỚI THIỆU VỀ PIC16F887 2.1.1 KHÁI QUÁT VỀ PIC - PIC bắt nguồn là chữ viết tắt của "Programmable Intelligent Computer" (Máy tính khả trình thông minh) là một sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC1650. Lúc này, PIC1650đƣợc dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16bit CP1600, vì vậy, ngƣời ta cũng gọi PIC với cái tên "Peripheral Interface Controller" (Bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi). 2.1.2 CHỌN VI ĐIỀU KHIỂN - Hiện nay trên thị trƣờngcó rất nhiều họvi điều khiển 8051, motorola68HC, AVR, ARM ngoài họ 8051 đƣợc hƣớng dẫn căn bản ở môi trƣờng đại học. Lựa chọn họ vi điều khiển PIC để mở rộng kiến thức và phát triển các ứng dụng trên công cụ này vì các nguyên nhân sau: - Họvi điều khiển này có thể tìm mua dể dàng . - Giá thành không quá đắt. - Có đầy đủ tính năng của một vi điều khiển nhƣ điều khiển I/O, bộ định thời, ngắt, chuyển đổi ADC, truyền dữ liệu và điều chế độ rộng xung . - Là sự bổ sung , cũng cố những kiến thức đã đƣợc học và mở rộng kiến thức mới . - Số lƣợng ngƣời sử dụng họ vi điều khiển PIC hiện nay tại Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới ngày càng tăng. Điều này tạo nhiều thuận lợi cho quá trình tìm hiểu và phát triển các ứng dụng nhƣ : số lƣợng tài liệu, dể dàng tìm hiểu học tập chỉ dẫn khi gặp khó khăn - Sự hỗ trợ của nhà sản xuất về trình biên dịch, các công cụ nạp chƣơng trình từ đơn giản tới phức tạp. 2.1.3 Các dòng PIC. Các ký hiệu của vi điều khiển PIC. - PIC12xxxx: độ dài lệnh 12 bit. - PIC16xxxx: độ dài lệnh 14 bit. - PIC18xxxx: độ dài lệnh 16 bit. - C: PIC có bộ nhớ EPROM( chỉ có PIC16C84 là có bộ nhớ EEPROM) 3 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC - F: PIC có bộ nhớ flash. - LF: PIC có bộ nhớ flash hoạt động ở điện áp thấp. - Bên cạnh đó , một số vi điều khiển có ký hiệu xxFxxx là EEPROM, còn có them chữ A ở cuối là flash( ví dụ PIC16F877 là EEPROM, còn PIC16F877A là flash ). - Ngoài ra còn có thêm một số dòng vi điều khiển mới là dsPIC. Ở Việt Nam phổ biến nhất là PIC do hang Microchip sản xuất. Cách lựa chọn vi điều khiển PIC phù hợp: - Trƣớc hết ta cần chú ý tới số chân của vi điều khiển cần thiết cho ứng ụng. Có nhiều vi điều khiển PIC có số lƣợng chân khác nhau, thậm chí có vi điều khiển chỉ có 8 chân, ngoài ra còn có các vi điều khiển PIC 28, 40, 44, chân. - Nên lựa chọn vi điều khiển có bộ nhớ flash dể có thể nạp xóa chƣơng trình nhiều lần hơn. - Tiếp theo cần chú ý tới các khối chức năng đƣợc tích hợp sẵn trong vi điều khiển, các chuẩn giao tiếp bên trong. - Sau đó chú ý tới bộ nhớ chƣơng trình mà vi điều khiển cho phép. - Ngoài ra, mọi thong tin về lựa chọn vi điều khiển PIC có thể tìm thấy trong cuốn sách” Select PIC guide” do nhà sản xuất Microchip cung cấp. 2.1.4 Ngôn ngữ lập trình cho PIC. - Ngôn ngữ lập trình cho PIC rất đa dạng .Ngôn ngữ lập trình cho PIC có MPLAB (đƣợc cung cấp miễn phí bởi nhà sản xuất Microchip ). Các ngôn ngữ lập trình cấp cao hơn có C, VB, Pascal, ngoài ra còn có một số ngôn ngữ lập trình đƣợc phát triển dành cho PIC nhƣ PICBasic, MikroBasic 4 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC 2.2 Giới thiệu chung về PIC - Ngày nay, các bộ vi điều khiển đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hóa và điều khiển từ xa. Giờ đây nhu cầu chuyên dụng hóa, tối ƣu(thời gian, không gian, giá thành, bảo mật, tính chủ động trong công việc ngày càng đòi hỏi khắt khe. Việc đƣa ra công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo mạch điện tử để đáp ứng những yêu cầu trên là hoàn toàn cấp thiết mang tính thực tế cao. Từ đó ra đời PIC16F887 là bộ vi điều khiển 8 bít đáp ứng đƣợc các nhu cầu của bài toán, giá thành và hiệu quả. - Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller là mạch tích hợp trên một chip có thể lập trình đƣợc, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống .Theo các tập lệnh của ngƣời lập trình, bộ vi điêu khiển tiến hành đọc, lƣu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng mở một cơ cấu nào đó . - Trong các thiết bị điện và điện tử, các bộ vi điều khiển điều khiển hoạt động của ti vi, máy giặt, đầu đọc lase, lò vi ba, điện thoại Trong hệ thống sản xuất tự động, bộ vi điều khiển sử dụng trong robot, các hệ thống đo lƣờng giám sát .Các hệ thống càng thông minh thì vai trò của vi điều khiển ngày càng quan trọng. Hiện nay trên thị trƣờng có rất nhiều họ vi điều khiển nhƣ: 6811 của Motorola, 8051 của Intel, Z8 của Zilog, PIC của Microchip Technology . - PIC bắt nguồn từ chữ viết tắt của “Programmable Intelligent Computer” ( Máy tính khả trình thông minh) là sản phẩm của hãng General Instrument đặt cho dòng sản phẩm đầu tiên của họ là PIC 1650. Lúc này Pic dùng để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi cho máy chủ 16 bit CP1600, vì vậy ngƣời ta gọi PIC với tên là “ Peripheral Interface Controller” ( bộ điều khiển giao tiếp ngoại vi) . - Năm 1985 General Instrument bán bộ phận vi điện tử của họ, và chủ sở hữu mới (Microchip Technology) huỷ bỏ hầu hết các dự án – lúc đó đã quá lỗi thời. Tuy nhiên PIC đƣợc bổ sung EEPROM để tạo thành một bộ điều khiển vào ra khả trình. Ngày nay có rất nhiều dòng PIC đƣợc sản xuất với 5 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC hàng loạt các modul ngoại vi đƣợc tích hợp sẵn ( nhƣ :USART, PWM, ADC ) với bộ nhớ chƣơng trình từ 512 word đến 32k word. - PIC sử dụng tập lệnh RISC, với dòng PIC low-end (độ dài mã lệnh 12 Bit ví dụ PIC12Cxxx) và mid-range (độ dài mã lệnh 14 bit , ví dụ PIC16Fxxx), tập lệnh bao gồm khoảng 35 lệnh, và 70 lệnh đối với dòng PIC high-end( có độ dài mã lệnh 16bit PIC18Fxxxx). Tập lệnh bao gồm các lệnh tính toán trên các thanh ghi, và các hằng số, hoặc các vị trí ô nhớ, cũng nhƣ có các lệnh điều kiện, nhảy/ gọi hàm, và các lệnh quay trở về, nó cũng có các chức năng phần cứng khác nhƣ ngắt hoặc sleep( chế độ hoạt động tiết kiệm điện ). Microchip cung cấp môi trƣờng lập trình MPLAB0, nó bao gồm phần mềm mô phỏng và trình dịch ASM. 2.2.1 Sơ đồ chân và hình dạng thực tế Hình 2.1 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC16F887 6 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC Hình 2.2 Hình dạng thực tế của PIC16F887 2.2.2 Một vài chi tiết chính của vi điều khiển PIC16F887 - PIC16F887 là vi điều khiển 8-bit có kiến trúc Harvard của Microchipcó những thông số kỹ thuật nhƣ sau: - Clock hoạt động tối đa 20MHz. - Chu kỳ máy bằng bốn lần chu kỳ xung clock. - Chip có nhiều dạng vỏ khác nhau, loại chip đƣợc sử dụng trong đề tài này là loại 40 chân PDIP. - Điện áp hoạt động rộng từ 2V đến 5.5V. - Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chƣơng trình tách biệt nhau,bus địa chỉ cũng nhƣ bus dữ liệu là riêng biệt. Bộ nhớ chƣơng trình Flash 8K ô nhớ cho phép ghi 100000 lần. Mỗi ô nhớ có 14 bit.Bộ nhớ dữ liệu RAM có 512 Byte gồm các thanh ghi chức năng đặc biệt và các thanh ghi đa mục đích.Ngoài ra PIC16F887 đƣợc tích hợp 256 Byte EEPROM cho phép ghi đến 1000000 lần. - 35 chân I/O của 5 port điều khiển là PortA, PortB, PortC, PortD, PortE. - Bộ chuyển đổi ADC 10-bit với 14 kênh. - 3 bộ timer: bộ timer0 8-bit, bộ timer1 16-bit và bộ timer2 8-bit. - Modue Capture, Compare và PWM. - Module Enhanced USART hỗ trợ RS-485,RS-232. 7 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC - Những chi tiết đƣơc cụ thể trong hình : Hình 2.3 Sơ đồ khối của PIC16F887 [data sheet] 8 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC 2.2.3 Bộ dao động của PIC16F887 Sơ đồ khối của bộ dao động đƣợc minh họa trong hình 2.2. Hình 2.4 Sơ đồ khối bộ dao động của PIC16F887[data sheet] Clock hệ thống của PIC16F887 có thể đƣợc chọn từ hai nguồn dao động nội (Internal Oscillator) hoặc dao động ngoại (External Oscillator) ngờ bộ chọn kênh MUX. Bộ MUX đƣợc điều khiển bởi các bit FOSC (bit 2, bit 1, bit 0 của thanh ghi CONFIG1 16-bit định vị tại địa chỉ 2007H và 2008H trong bộ nhớ chƣơng trình) và bit SCS (bit 0 của thanh ghi OSCCON). Nếu SCS = 1, clock hệ thống đƣợc chọn từ INTOSC. Nếu SCS = 0, clock hệ thống đƣợc chọn từ bộ dao động ngoại. Các bit FOSC đƣợc sử dụng để cấu hình bộ dao động ngoại là LP, XT, HS, RC, RCIO hay EC. ⦁ Bộ dao động nội gồm 2 bộ dao động HFINTOSC 8MHz và LFINTOSC 31kHz. Clock 8MHz của bộ HFINTOSC đƣợc chia thành các tần số 8MHz,4MHz, 1MHz, 500MHz, 250MHz, 125kHz nhờ bộ chia tần số potscaler. Các bit IRCF điều khiển bộ chọn kênh cho INTOSC. 9 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC ⦁ Bộ dao động ngoại ( đƣợc tích hợp bên trong PIC) cần đƣợc kết nối với các bộ lọc tại các chân OSC1, OSC2. Trong đề tài sử dụng thạch anh 20MHz và 2 tụ 33pF kết nối nhƣ hình 2.3.Bộ dao động ngoại đƣợc hoạt động ở chế độ HS. Tín hiệu dao động đƣợc đƣa qua bộ đệm Trigger theo sƣờn xuống và tạo thành xung clock HS 20MHz cung cấp cho hệ thống. Hình 2.5 Bộ dao động ở chế độ HS [data sheet] 2.2.4 Các Port I/O - PIC16F887 có tất cả 35 chân I/O mục đích thông thƣờng ( GPIO : General Purpose Input Output) có thể sử dụng. Tùy theo những thiết bị ngoại vi đƣợc chọn mà có thể không đƣợc sử dụng ở chức năng GPIO. Thông thƣờng, khi một thiết bị ngoại vi đƣợc chọn, những chân liên quan của thiết bị ngoại vi có thể không đƣợc sử dụng ở chức năng GPIO. 35 chân GPIO đƣợc chia cho 5 Port: PortA gồm 8 chân, PortB gồm 8 chân,PortC gồm 8 chân,PortD gồm 8 chân vàPortE gồm 3 chân. - Mỗi port đƣợc điều khiển bởi 2 thanh ghi 8-bit, thanh ghi Port và thanh ghi Tris.Thanh ghi Tris đƣợc sử dụng để điều khiển port là nhập hay xuất. Mỗi bit của Tris sẽ điều khiển mỗi chân của port đó, nếu giá trị của bit là 1 thì chân lien quan là nhập, ngƣợc lại nếu giá trị của bit là 0 thì chân lien quan là xuất. Thanh ghi Port đƣợc sử dụng để chứa giá trị của port liên quan. Mỗi bit của thanh ghi Port sẽ chứa giá trị của chân liên quan. 10 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN NHÀ KÍNH PHỤC VỤ CHO NÔNG NGHIỆP CHÍNH XÁC Cấu trúc của chân GPIO đƣợc thể hiện trong hình 2.4 Hình 2.6 Cấu tạo của chân GPIO[data sheet] 2.2.5 Hoạt động của khối giao tiếp EUSART - Khối giao tiếp nối tiếp EUSART ( Enhanced Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) cho phép cấu hình hoạt động ở chế độ giao tiếp đồng bộ và không đồng bộ. Trong đề tài này, chế độ giao tiếp không đồng bộ đƣợc sử dụng.Phần này sẽ tập trung mô tả hoạt động của module EUSART ở chế độ không đồng bộ. ⦁ Hoạt động truyền : Sơ đồ khối bộ truyền đƣợc thể hiện trong hinh 2.7. Hình 2.7Sơ đồ khối bộ truyền của module EUSART[data sheet] - Bộ phận chính của khối truyền là thanh ghi truyền TSR.Thanh ghi này không thể truy cập bằng phần mềm, mà đƣợc truy cập gián tiếp qua thanh 11 Nguyễn Mậu Luân - Vòng A Khèn
22. S K L 0 0 2 1 5 4