Đo tần số lưới điện 50hz không dùng vi xử lý

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN ĐỒ ÁN I ĐỀ TÀI: ĐO TẦN SỐ LƯỚI ĐIỆN 50Hz ( KHÔNG DÙNG VI XỬ LÝ ) Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương Họ tên sinh viên Nguyễn Bá Thành Phạm Mạnh Quyết Mã số sinh viên 20153383 20153079 Hà Nội, tháng năm 2018 Lớp ĐK-TĐH 01 K60 ĐK-TĐH 01 K60 Mục Lục Lời nói đầu Phần : Tổng quan phương pháp 1.1 : Nguyên lý đo, sơ đồ khối mạch 1.2 : Mạch nguyên lý 1.3 : Các linh kiện dùng mạch Phần : Tính tốn thiết kế 2.1 : Mạch nguồn 2.2 : Mạch tạo dao động chuẩn 2.3 : Mạch tạo xung chốt 2.4 : Mạch đầu vào, điều chế xung 50Hz 2.5 : Mạch đếm 2.6 : Phần hiển thị Phần : Mô 3.1 : Mô mạch nguyên lý phần mềm Proteus 3.2 : Vẽ mạch in phần mềm vẽ mạch Altium Designer Kết luận Tài liệu tham khảo Lời nói đầu Đo lường hoạt động thực công cụ đo lường để tìm giá trị đại lượng chưa biết hiển thị đơn vị đơn vị đo lường Ngành đo lường trung tâm hệ thống điều chỉnh, điều khiển sản xuất, liên quan mật thiết đến hoạt động ngành kinh tế, kỹ thuật Ngày nay, để đạt mục tiêu trở thành cường quốc điện tử vào năm 2030 hoạt động đo lường, thiết bị đo lường giữ vai trò quan trọng hoạt động sản xuất, nghiên cứu, phát triển sản phẩm, xử lý cố, kiểm tra chất lượng từ tạo nên sản phẩm, dịch vụ chất lượng cạnh tranh thị trường quốc tế Đồ án lần này, phân công Viện, chúng em PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương hướng dẫn làm đồ án Đề tài nhóm : “ Đo tần số lưới điện 50Hz ( Không dùng vi xử lý ) Mạch đo tần số mạch điện tử thông dụng, ứng dụng nhiều Đặc biệt khoa học kỹ thuật nói chung hay kỹ thuật điện tử nói riêng ngày phát triển việc sử dụng IC tích hợp giảm nhiều phức tạp mạch điện tử, giảm bớt giá thành mà mang lại độ tin cậy chất lương cao sử dụng IC đơn chức linh kiện điện tử rời rạc Trong trinh thực đồ án, với kiến thức học kiến thức tự tìm hiểu, cộng với hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương , chúng em cố gắng hồn thành cách tốt Tuy nhiên, khơng có hồn hảo nên đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận bổ sung để đồ án chúng em tốt Phần : Tổng quan phương pháp 1.1 : Nguyên lý đo, sơ đồ khối mạch : • Tần số ( f – frequency ) xác đinh chu kỳ lặp lại thay đổi tín hiệu đơn vị thời gian hay giây Tần số đại lượng quan trọng trình dao động có chu kỳ • Các phương pháp đo tần số : Việc lựa chọn phương pháp đo xác đinh theo khoảng đo , theo độ xác, theo dạng đường cong, theo cơng suất nguồn tín hiệu cần đo tần số số yếu tố khác Cuối có hai phương pháp : Phương pháp biến đổi thẳng Phương pháp so sánh Ở đồ án này, chúng em sử dụng phương pháp biến đổi thằng • Nguyên lý đo : Ta đếm số xung N tín hiệu cần đo có tần số fx khoảng thời gian cố định phải xác gọi Tđo Dựa vào Tđo N ta xác định tần số cần đo fx Giản đồ xung • Sơ đồ khối : • Quá trình hoạt động mạch : - Tín hiệu có tần số cần đo đưa vào đầu vào mạch đầu vào Mạch đầu vào gồm máy biến báp áp để cách ly điện tạo xung có chức biến đổi tín hiệu hình sin thành dãy xung có biến độ khơng đổi để thuận tiện cho việc đếm xung cho mạch đếm đằng sau có tần số tần số tín hiệu ban đầu Khơng phụ thuộc biên độ tín hiệu vào mà phụ thuộc điện áp nguồn cho opamp, sử dụng đầu bão hòa opmap - Đồng thời, phát tần số chuẩn phát tần số chuẩn fo ổn đinh thạch anh có tần số 32.768kHz, IC 4060 IC 4013 Tức để xác đinh thời gian đo Tđo với độ rộng xung 50% Tđo N có quan hệ mật thiết với thông qua tần số cần đo fx Ta phải ước lượng N cần đếm quay trở lại xác đinh Tđo - Xung mang tần số cần đo xung chuẩn tần số fo đưa vào khóa điện tử hay cổng logic AND Xung chuẩn để điêu khiển cho xung mang tần số cần đo fx vào đếm sau phần hiển thị - Ở đồ án này, biết trước tần số cần đo 50Hz mặt khác khơng có u cầu sai số chúng em muốn đếm đến 50 tức Tđo = 1s ( Hay To = 2s nên fo = 0.5Hz ) Số xung đếm N tần số cần đo fx 1.2 : Mạch nguyên lý : Chú thích : Tín hiệu chuẩn 0.5Hz tạo thạch anh IC 4060 IC 4013 Nguồn toàn mạch cung cấp mạch tạo nguồn 5V 1.3 : Các linh kiện dùng mạch : STT Tên linh kiện Vị trí sử dụng Điện trở R Hạn dòng chia áp cho mạch Tụ điện C Dùng mạch tạo xung chốt, mạch tạo xung chuẩn Cổng logic NOR Dùng mạch tạo xung chốt Biến áp TRAN2p2s LM193 Nguồn cho toàn mạch, mạch đầu vào cách ly điện Dùng mạch đầu vào Cổng logic AND Khóa K IC4518 Giải mã dùng mạch đếm 8 IC 74HC573 IC4511 Mạch hiển thị 10 IC 4060 Mạch chia tần 11 IC 4013 Mạch chia tần ( chia đôi tần số ) 12 LED 13 Crystal 14 Chốt số liệu Hiển thị kết Thạch anh dùng mạch tạo xung chuẩn Phần : Tính tốn thiết kế 2.1 : Mạch nguồn 2.2 : Mạch tạo dao đông chuẩn Thạch anh tinh thể có tính áp điện, tức ta đặt điện áp hai đầu cho dao động học ngược lại ta cho tác dụng lực học xuất điện áp ngõ hai cực dạng xung điện áp Với tính chất đặc biệt này, thạch anh có nhiều ứng dụng lĩnh vực điện tử Ứng dụng quan trọng dùng thạch anh tạo dao động chuẩn Thạch anh có thị trường cho tần số dao động cao từ hàng MHz đến hành GHz với độ xác cao mà giá thành tương đối thấp nên tin cậy để làm dao động chuẩn Sơ đồ tạo dao động chuẩn từ thạch anh 32.768kHz Dao động thạch anh 32768Hz, ta cho qua IC 4060 để chia tần Nhưng IC 4060 tối đa chia xuống 2Hz chân Muốn có tần số chuẩn fo = 0.5Hz dùng cho mạch đếm chốt sau cần chia tần số lần thơng qua IC 4013 Dao động 0.5Hz lấy từ chân Q IC 4013 thứ 2.3 : Mạch tạo xung chốt Ta cần đếm Tđo = 1s hay cần chu kỳ hiển thị giây ( Do độ rông xung 50% nên xung điều khiển cho đếm nửa ) nên ta cần phải dùng đến IC chốt tạo xung chốt cần thiết để dừng đếm đủ 2s ( Hay đủ 50 xung đầu vào ) chốt số liệu LED K chung.Ta dùng cổng NOR số linh kiện điện trở tụ ( dựa theo tính chất phóng nạp tụ ) để tạo xung chốt dạng flash Ta chọn giá trị R = 10k, tụ C1 = 0.1uF, tụ C2 = 0.22uF Ta ký hiệu tín hiệu cổng NOR bên gọi RESET Cịn tín hiệu cổng NOR bên gọi XUNG CHOT 2.4 : Mạch đầu vào, điều chế xung 50Hz Tín hiệu vào đưa vào mạch thông qua biến áp giữ nguyên áp Biến áp để cách ly điện cho toàn mạch Để biến đổi xung vng từ sóng hình sin ta dùng mạch phổ biến, mạch trigger Ta dùng opamp LM193 thông số tụ trở hình vẽ 2.5 : Mạch đếm Sau xung vuông mang tần số cần đo điều khiển xung tần số chuẩn thơng qua khóa K hay cổng logic AND đưa đến mạch đếm để đếm số xung hai giây ( tức Tđo = 1s ) Mạch đếm ta dùng mạch đếm thập phân dùng IC 4518 IC 4518 thuộc họ CMOS gồm hai mạch đếm thập phân đồng bên Mỗi IC gồm hai ngõ vào cho xung clock CLK, ngõ vào tác động sườn xuống, ngõ vào tác động sườn lên Tùy theo yêu cầu sử dụng mà ta sử dụng ngõ tương ứng Sơ đồ chân bảng chân lý : Do đếm đến 50 nên ta cần dùng hai IC 4518 ghép nối tầng để đếm đến 99 Đầu mạch đếm mã BCD Hai chân MR nối với nối với tín hiệ RESET tạo mạch tạo xung chốt Tín hiệu mã BCD đưa vào IC Latch Để kết giữ cố định hiển thị liên tục, ta cần tạo xung chốt lúc kết thúc thời gian đếm lúc mạch đếm hoạt động hai giây ( Tđo = 1s ) Ta sử dụng IC 74HC573 Đây IC chốt tám bit với đầu ba trạng thái Chân LE tích cực cao, chân LE = 1, liệu vào đưa vào IC, đầu thay đổi đầu vào thay đổi hay có thêm xung đếm, LE = 0, kết đầu chốt theo đầu vào thời điểm đó, tín hiệu đầu vào thay đổi đầu khơng đổi Chân OE tích cực thấp, OE = 1, đầu IC 74HC573 trạng thái cao trở, OE = 0, đầu phép xuất sau Cụ thể này, Chân OE nối đất ta cần giữ kết hiển thị Chân LE điều khiển chốt xung XUNG CHOT dạng flash tạo mạch tạo xung chốt 2.6 : Phần hiển thị Phần hiển thị bao gồm IC DECODER để giải mã mã BCD sang LED thanh, điện trở để hạn chế dòng tránh làm hỏng LED hai LED Ta chọn IC 4511, IC 4511 loại IC giải mã với ngõ s dụng cho LED K chung nên hai LED ta phải dùng loại K chung Chân LT, BI hai IC 4511 nối với nguồn tích cưc cao cịn chân LE nối với đất để kết hiển thị LED không thay đổi đầu vào IC Latch thay đổi Phần : Mô 3.1 : Mô mạch nguyên lý phần mềm Proteus Bản mềm đính kèm theo mail 3.2 : Vẽ mạch in phần mềm vẽ mạch Altium Designer KẾT LUẬN Một cách tổng quát, đo lường việc xác đinh độ lớn khơng đại lượng vật lý mà khái niệm so sánh với Khoa đo lường “ khoa học việc đo đạc, bao gồm xác đinh thực nghiệm lý thuyết mức độ không chắn lĩnh vực khoa học công nghệ “ Đo lường cung cấp chuẩn mực độ lớn cho giao dịch đời sống Đo lường bước quan trọng nghiên cứu khoa học ( kể khoa học tự nhiên hay khoa học xã hội ) Trong vật lý công nghệ, đo lường thực việc so sánh đại lượng vật lý cần đo với đại lượng vật lý thể loại điều kiện tiêu chuẩn ( thường không đổi theo thời gian ) gọi đơn vị đo.Việc đo đem lại số thể mối liên hệ độ lớn đại lượng cần đo đơn vị đo Đồng thời, có thể, việc đo lường cho biết sai số số ( Sai số phép đo ) Qua trình làm đồ án, chúng em rút : - Hiểu lý thuyết, nguyên lý đo tần số - Làm quen với số IC thông dụng, hay dùng mạch đo IC dùng để đếm, IC Latch để chốt số liệu, thạch anh hay mạch chia tần IC dùng để hiển thị Hiểu cách ghép nối, cách đọc datasheet, sử dụng cho phù hợp - Cải thiện kỹ làm việc nhóm TÀI LIỆU THAM KHẢO - Lương Ngọc Hải, Lê Hải Sâm, Nguyễn Trinh Đường, Nguyễn Quốc Cường, Trần Văn Tuấn, Điện tử số, NXB Giáo dục Việt Nam - Nguyễn Trinh Đường, Lê Hải Sâm, Lương Ngọc Hải, Nguyễn Quốc Cường, Điện tử tương tự, NXB Giáo dục Việt Nam - Diễn đàn điện tử Việt Nam – dientuvietnam.net - Alldatasheet.com - Wikipedia.org - Slide Kỹ thuật đo lường Th.S Nguyễn Thị Huế Hết