Ứng dụng cảm biến nhiệt độ LM35 và VXL 8051

Cảm biến nhiệt độ LM35 và VXL 8051, có ảnh chi tiết đấu nối trên proteus trong tài liệu. lựa chọn các thiết bị cách đấu nối sơ đồ nguyên lý làm việc. Đò án nhỏ của bộ môn Kĩ thuật vi xử lý DH Công Nghiệp Hà Nội.

Lời giới thiệu Hiện cảm biến nhiệt độ ứng dụng sống công nghiệp nhiều đem lại nhiều lợi ích cho người, sản xuất, … Từ việc biết nhiệt độ phịng hay động giúp cho người có thơng số điều chỉnh phù hợp nhiệt độ mức phù hợp tránh trường hợp gây hại máy móc, sức khỏe người Trong q trình học môn Vi xử lý đo lường điều khiển thuộc khoa Điện đại học Công Nghiệp Hà Nội, tiếp cận vơi kiến thức lĩnh vực đo lường điện tử Từ kiến thức học đề tài nghiên cứu ứng dụng cảm biến nhiệt độ vào việc đo nhiệt độ động thực Thiết bị chế tạo giai đoạn nghiên cứu nên nhiều vấn đề cần hồn thiện, rấy mong giúp đỡ, góp ý từ thầy bạn lớp Công nghiệp, tháng 11 năm 2021 Sinh viên thực Đồng Quốc Tú Mục lục Lời giới thiệu Phần I: đặt vấn đề thiết kế: 1.1.Một số cảm biến nhiệt độ thị trường Phần II: Ý tưởng thiết kế 2.1.Ý tưởng thiết kế Phần III: Lựa chọn thiết bị .5 3.1.Thiết bị sử dụng đồ án dùng thiết bị sau Phần IV: Sơ đồ khối .5 4.1 Các khối chức năng: .6 4.1.1 Khối cảm biến .6 4.1.2 Khối chuẩn hóa .7 4.1.3 Khối ADC 0804 .7 4.1.4 Khối vi xử lý trung tâm Phần V: phân tích thiết kế thiết bị .9 5.1 ADC0804 5.2 IC khuếch đại thuật toán 741 .9 5.3 lập trình đọc liệu nhiệt độ sử dụng ADC0804 LCD Phần VI: lưu đồ thuật toán 10 Phần VII: Kết luận phương hướng phát triển 11 Phần I: đặt vấn đề thiết kế: Cảm biến nhiệt độ "Temperature Sensor" thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận, …các đại lượng vật lý khơng điện thành tín hiệu điện Ví dụ nhiệt độ tín hiệu khơng điện, qua cảm biến trở thành dạng tín hiệu khác (điện áp, điện trở…) Sau phận xử lí trung tâm thu nhận dạng tín hiệu điện trở hay điện áp để xử lí 1.1 Một số cảm biến nhiệt độ thị trường Phổ biến nhiệt điện trở kim loại cảm biến nhiệt độ PT100 PT100 cấu tạo từ kim loại Platinum quấn tùy theo hình dáng đầu dò nhiệt Can nhiệt Pt100- loại cảm biến Pt, làm từ Platinum Ưu điểm: - Hoạt động ổn định - Độ xác cao - Khả chống bụi, ăn mòn tốt Nhược điểm: - Giá thành cao, thời gian đáp ứng chậm - Độ nhạy thấp nhiệt độ thấp - Nhảy cảm rung sốc Cảm biến LM35 Khoảng nhiệt độ đo được: -55°C đến 150°C Giá thành rẻ từ 30k nên không bền, … Phần II: Ý tưởng thiết kế 2.1.Ý tưởng thiết kế Từ kiến thức học môn Vi xử lý ĐH Công Nghiệp với yêu cầu đo nhiệt độ hiển thị lên LCD Từ yêu cầu em xin trình bày đồ án có tên: “Thiết bị đo nhiệt độ LM35” Thiết bị có chức sau: - Đo nhiệt độ phòng chuẩn xác; Hiện thị lên LCD; Có nút ấn để đặt ngưỡng cảnh báo; Có tín hiệu cảnh báo nhiệt độ cao; Bật quạt làm mát nhiệt độ cao Phần III: Lựa chọn thiết bị 3.1 Thiết bị sử dụng đồ án dùng thiết bị sau - Cảm biến nhiệt độ LM35 Vi xử lý 8051 Bộ chuyển đổi ADC 0804 Bộ khuếch đại khơng đảo Bóng led bulb sáng vàng CB01F0073 Quạt tản nhiệt 9x9x2.5cm 24VDC - HH004735 Màn Hình LCD 1602 Các thiết bị lựa chọnn phù hợp với mục đích giá thành thị trường, đáp ứng đủ nhu cầu đề tài LCD 1605 Phần IV: Sơ đồ khối 4.1 Các khối chức năng: 4.1.1 Khối cảm biến Đầu tiên thiết bị đo cần có khối thu thập tín hiệu nhiệt độ Cảm biến LM35: - Hiệu chuẩn trực oC Điện áp hoạt động: 4-30VDC Dòng điện tiêu thụ: khoảng 60uA Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/°C Khoảng nhiệt độ đo được: -55°C đến 150°C Kiểu chân: TO92 Kích thước: 4.3 × 4.3mm Cách mắc: nối chân +Vs với nguồn chân GND nối với đất chân OUTPUT nối với chân Vin+ ADC0804 4.1.2 Khối chuẩn hóa Vì điện áp LM35 nhỏ khoảng từ -0.05V -1.5 V nên ta cần có khối chuẩn hóa tín hiệu để tăng điện dáp lên vài vôn để đưa vào chuyển đổi 0804 IC khuyếc đại thuật tốn 741 Tín hiệu đầu cảm biến nhiệt độ LM35 nhỏ từ khoảng -0.05V đến 1,5V Để đưa tín hiệu vi sai đầu dải điện áp đầu vào ADC, thiết kế phải có hệ số khuếch đại vào khoảng 10 lần Vì R2/R1 sấp xỉ 2.32 4.1.3 Khối ADC 0804 Ngay từ tên khối ADC0804 chuyển tín từ tín hiệu Analog sang tín hiệu số có độ phân giải 8bit Chip có điện áp ni 5V 4.1.4 Khối vi xử lý trung tâm Thiết kế định hướng thiết bị thơng minh, việc sử dụng vi xử lý trung tâm nhằm đảm nhiệm nhiệm vụ mềm dẻo lựa chọn phù hợp Vi xử lý 8051 vi xử lý học tập nghiên cứu nên lựa chọn Phương thức hoạt động sau: Tín hiệu nhiệt từ môi trường thu qua cảm biến LM35 Đầu cảu LM35 từ -0.05-1.5V qua khuếch đại hông đảo lên cỡ vài Vôn Sau chuyển sang tín hiệu số thơng qua ADC0804 Tín hiệu vào vi xử lý trung tâm 8051 Tín hiệu xử lúy hiển thị LCD, lưu trữ máy tính Khi nhiệt độ cho phép LED báo động sáng quạt bật làm mát Phần V: phân tích thiết kế thiết bị Phần bao gồm nội dung sau: - Tính tốn thơng số tín hiệu - Các thơng số thiết bị 5.1 ADC0804 Cấp nguồn cho module ADC sử dụng +5V Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK CLK IN không bé 110µs 5.2 IC khuếch đại thuật tốn 741 Tín hiệu đầu cảm biến nhiệt độ LM35 nhỏ từ khoảng -0.05V đến 1,5V Để đưa tín hiệu vi sai đầu dải điện áp đầu vào ADC, thiết kế phải có hệ số khuếch đại vào khoảng 3.32 lần Phương án đưa ra: Sử dụng thu thập tín hiệu điện tim dùng OPAMP lọc RC Hình 5-2: Sơ đồ khối thu thập dùng OPAMP lọc RC Tín hiệu nhiệt độ tiếp nhân nhờ cảm biến nhiệt độ LM35 tín hiệu điện áp Sau khuếch đại lên khoảng 3.32 lần nhờ IC khuếch đại 741 Tín hiệu nhiệt độ đưa vào ADC0804 có biên độ lớn vào khoảng 0-1.5V 5.3 lập trình đọc liệu nhiệt độ sử dụng ADC0804 LCD Cùng với thiết kế bị thiết kế trên, đồ án triển khai phần mềm hỗ trợ kèm: - Phần mềm Keil uVision - Phần mềm mô Proteus - Phần mềm thiết kế mạch điện tử ALTIUM DESIGNER18 Một số hàm khối ADC: unsigned char read_adc(void); // hàm đọc ADC Một số hàm khối LCD nhà sản xuất cung cấp: void lcd1602_enable(void); void lcd1602_send_command (unsigned char c); void lcd1602_init (void); void lcd1602_gotoxy (unsigned char x, unsigned char y); void lcd1602_clear(void); void lcd1602_puts (char *s); Phần VI: lưu đồ thuật toán 10 CBC CBT ngưỡng đặt nhiệt độ với CBC = 50 độ C CBT = 10 độ C Khi nhiệt độ cao mức CBC có cảnh báo từ đèn led quạt làm mát kích hoạt Phần VI: Kết thực Mô phần mềm proteus thiết bị đáp ứng u cầu tốn 11 Hình 5.1 Mơ mơ hình proteus Phần VII: Kết luận phương hướng phát triển Hiện có nhiều loại cảm biến nhiệt độ khác nhau, việc lựa chọn chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ xác, khoảng nhiệt, tốc độ phản ứng, mơi trường (hóa học, vật lý, hay điện) giá thành Việc lựa chọn không dễ dàng cảm biến sử dụng chuyên ngành riêng Tuy nhiên cảm biến đồ án lần sản phẩm “Thiết bị đo nhiệt độ LM35” có ưu điểm sau: + giá thành rẻ, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt + Dải đo từ -50-150 độ C + Dễ chế tạo, mạch xử lý đơn giản giúp cho việc sản xuất số lượng lớn trở nên dễ 12 Tuy nhiên có số nhược điểm như: + Không chịu nhiệt cao, bền; Với ưu diểm “Thiết bị đo nhiệt độ LM35” ứng dụng tốt đo nhiệt độ khơng khí, dùng thiết bị đo, bảo vệ mạch điện tử Chính sản phẩm ứng dụng nhiều đời sống hẳng ngày với giá vô phải Hướng phát triển đề tài: - Hoàn thiện nâng cao chất lượng mạch đo thiết bị - Tiến hành lập trình phần mềm giúp điều khiển hình cảm ứng tích hợp smart phone - Hồn thiện thiết kế giao diện thiết bị - Kiểm tra so sánh chất lượng thiết bị với sản phẩm thị trường - Nghiên cứu triển khai sản xuất hàng loạt Với nghiên cứu thực hiện, mong nhận ủng hộ chuyên gia, tổ chức để giúp đỡ đề tài trở thành đề tài thực hữu ích cho tất người 13 ... số cảm biến nhiệt độ thị trường Phổ biến nhiệt điện trở kim loại cảm biến nhiệt độ PT100 PT100 cấu tạo từ kim loại Platinum quấn tùy theo hình dáng đầu dị nhiệt Can nhiệt Pt100- loại cảm biến. .. Hoạt động ổn định - Độ xác cao - Khả chống bụi, ăn mòn tốt Nhược điểm: - Giá thành cao, thời gian đáp ứng chậm - Độ nhạy thấp nhiệt độ thấp - Nhảy cảm rung sốc Cảm biến LM35 Khoảng nhiệt độ đo... RC Tín hiệu nhiệt độ tiếp nhân nhờ cảm biến nhiệt độ LM35 tín hiệu điện áp Sau khuếch đại lên khoảng 3.32 lần nhờ IC khuếch đại 741 Tín hiệu nhiệt độ đưa vào ADC0804 có biên độ lớn vào khoảng