Điều chỉnh mực nước tự động bằng cảm biến siêu âm.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Thị Si I

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH CỬ NHÂN VẬT LÝ

Đề tài:

ĐIỀU CHỈNH MỰC NƯỚC TỰ ĐỘNG BẰNG CẢM BIẾN SIÊU ÂM

Người hướng dẫn:

Phạm Xuân Trung

Người thực hiện:

Phan Thị Si

Đà Nẵng, tháng 5/2013

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Thị Si II

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô

trong khoa Vật lý trường Đại Học Sư Phạm đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện cho

em trong quá trình thực hiện đề tài.

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến GV. Phạm Xuân Trung _ khoa Điện Tử

Viễn Thông - Đại Học Bách Khoa đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn,

quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình thực

hiện luận văn. Nhờ đó em đã tiếp thu được ý kiến đóng góp và nhận xét quý báu

của thầy.

Trên hết em xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo

mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt mọi công việc trong quá trình

thực hiện luận văn. Bên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cảm ơn của mình tới bạn bè và

các anh thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông - Đại Học Bách Khoa đã giúp đỡ trong suốt

thời gian thực hiện luận văn.

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận văn không thể tránh

khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè.

Sinh viên thực hiện

Phan Thị Si

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Thị Si III

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................... I

DANH MỤC BẢNG ..........................................................................................................VI

DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................... VII

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................IX

LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................................1

ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................................................1

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.....................................................................................1

MỤC ĐÍCH-YÊU CẦU....................................................................................................2

GIỚI THIỆU NỘI DUNG THỰC HIỆN:.........................................................................2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN.............................................................4

1.1 KHÁI QUÁT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN:..........................................................................4

1.1.1 Giới thiệu chung: ..................................................................................................4

1.1.2 Phân loại vi điều khiển .........................................................................................4

1.1.3 Cấu trúc tổng quan của vi điều khiển ...................................................................5

1.2 KHÁI QUÁT VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC....................................................................6

1.2.1 Định nghĩa.............................................................................................................6

1.2.2 Kiến trúc PIC ........................................................................................................7

1.2.3 RISC và CISC.......................................................................................................8

1.2.4 PIPELINING ........................................................................................................9

1.2.5 Các dòng PIC và cách lựa chọn vi điều khiển cho PIC:.......................................9

1.2.6 Ngôn ngữ lập trình cho PIC...............................................................................10

1.3 GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN PIC 16F877A . ................................................11

1.3.1 Các dạng sơ đồ chân của vi điều khiển PIC16F877A ........................................11

1.3.2 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A...............................................................12

1.3.3 . Đặc điểm của vi điều khiển PIC16F877A........................................................13

1.3.4 Tổ chức bộ nhớ PIC............................................................................................14

1.3.5 Chức năng Capture của PIC: .............................................................................18

1.3.6 Các cổng xuất nhập của PIC16F877A................................................................19

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU VỀ SÓNG SIÊU ÂM............................................................24

2.1 LÝ THUYẾT VỀ SÓNG SIÊU ÂM.........................................................................24

2.1.1 Định nghĩa..........................................................................................................24

2.1.2 Các đại lượng đặc trưng của sóng siêu âm ........................................................24

2.1.3 Đặc điểm của sóng siêu âm: ...............................................................................25

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Thị Si IV

2.1.4 Phân loại sóng siêu âm .......................................................................................25

2.1.5 Môi trường truyền sóng siêu âm........................................................................26

2.1.6 Sự bức xạ - phản xạ - khúc xạ và hấp thụ sóng âm. ...........................................28

2.2 KHÁI QUÁT VỀ CẢM BIẾN SIÊU ÂM ................................................................34

2.2.1 Một số loại cảm biến siêu âm .............................................................................34

2.2.2 Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight)....................................35

2.2.3 Tầm quét của cảm biến siêu âm..........................................................................35

2.2.4 Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF. ...................................................36

2.3 CẢM BIẾN SIÊU ÂM HY-SRF05 VÀ ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT.........................36

2.3.1 Giới thiệu cảm biến siêu âm HY-SRF05 :..........................................................36

2.3.2 Thông số kỹ thuật của cảm biến siêu âm HY-SRF05: .......................................37

2.3.2 Tính khoảng cách................................................................................................37

2.3.4 Thay đổi chùm tia và độ rộng chùm...................................................................38

2.3.5 Hoạt động phát và nhận phản hồi sóng âm của HY-SRF05..............................39

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH MỰC NƯỚC TỰ ĐỘNG..........41

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ....................................................................................41

3.2 CÁC MODUL TRONG HỆ THỐNG.......................................................................41

3.2.1 Khối điều khiển PIC: .........................................................................................41

3.2.2 Khối cảm biến:....................................................................................................42

3.2.3 Khối hiển thị .......................................................................................................42

3.2.4 Khối điều khiển động cơ.....................................................................................42

3.2.5: Khối phím bấm ..................................................................................................42

3.2.6 Khối nguồn: ......................................................................................................43

3.3 LỰA CHỌN LINH KIỆN........................................................................................43

3.3.1 Khối điều khiển...................................................................................................43

3.3.2 Khối cảm biến :...................................................................................................43

3.3.3 Khối hiển thị .......................................................................................................43

3.3.4 Khối điều khiển động cơ:...................................................................................47

3.3.5 Khối phím bấm: .................................................................................................49

3.3.6 Khối nguồn .........................................................................................................49

3.4 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ..............................................................................................51

3.5 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG..................................................................................52

3.6 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN.........................................................................................53

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI...................................58

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Thị Si V

4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC. .........................................................................................58

4.2 KHUYẾT ĐIỂM VÀ HƯỚNG KHẮC PHỤC ........................................................58

4.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..............................................................................59

4.4 KẾT LUẬN..............................................................................................................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................60

PHỤ LỤC ...........................................................................................................................61

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Thị Si VI

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Tóm tắt đặc điểm của vi điều khiển PIC.

Bảng 2.1: Vận tốc sóng trong môi trường truyền.

Bảng 2.2: Bảng số liệu của độ dài vùng gần r theo đường kính biến tử D (cm).

Bảng 2.3: Hệ số hấp thụ của một số chất.

Bảng 2.4: Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF.

Bảng 3.1: Chức năng chân của LCD.

Bảng 3.2: Chức năng chân RS và R/W theo mục đích sử dụng.

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

SVTH: Phan Thị Si VII

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Kiến trúc Von-Neuman và kiến trúc Harvad.

Hình 1.2: Vi điều khiển PIC16F877A/PIC16F874A và các dạng sơ đồ chân.

Hình 1.3 : Sơ đồ khối vi điều khiển PIC16F877A.

Hình 1.4 : Hình ảnh các bank.

Hình 1.5 : Hình ảnh nạp PCLATH tới PC.

Hình 1.6: Sơ đồ chân PIC 16F877A.

Hình 1.7: Sơ đồ khối cổng A.

Hình 1.8: Sơ đồ khối của chân RB3 đến RB0, chân của RB7 đến RB4 cổng B.

Hình 1.9: Sơ đồ khối của chân RC<0:2>, RC<5:7>, chân RC<3:4> của cổng C.

Hình 1.10:Sơ đồ khối của cổng D.

Hình 1.11: Sơ đồ khối của cổng E.

Hình 2.1: Sóng siêu âm.

Hình 2.2: Sóng dọc.

Hình 2.3: Sóng ngang.

Hình 2.4: Sóng mặt.

Hình 2.5 Sự bức xạ sóng âm.

Hình 2.6: Phương truyền sóng và tính định hướng của biến tử.

Hình 2.7: Măt phẳng âm.

Hình 2.8: Sự phản xạ sóng âm.

Hình 2.9: Sự khúc xạ sóng âm.

Hình 2.10: Các loại cảm biến siêu âm.

Hình 2.11: Cảm biến siêu âm HY-SRF05.

Hình 2.12: Biểu đồ thời gian của SRF05.