Mạch đo nhiệt độ

Báo cáo bài tập lớn nhập môn điện tử viễn thông - ĐH Bách Khoa Hà Nội Thực hiện thi công thiết kế mạch đo nhiệt độ hiển thị ra led 7 đoạn. Mạch đo nhiệt độ Mạch đo nhiệt độ Mạch đo nhiệt độ Nhập môn điện tử viễn thông

Lời nói đầu Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ thuật điện tử nói riêng, việc ứng dụng các IC tích hợp đã làm giảm đi rất nhiều sự phức tạp của các mạch điện tử, mang lại tính tin cậy cao và phần nào giảm bớt được giá thành sản phẩm so với mạch có cấu tạo ghép nối nhiều IC đơn chức năng và cách linh kiện rời rạc.Thông qua việc làm bài tập lớn “Nhập môn điện tử điện tử viễn thông” đã giúp cho sinh viên chúng em đưa kiến thức đã được học vào trong thực tiễn. Từ đó, chúng em có cơ hội được tìm hiểu sâu hơn kiến thức đã được học về các linh kiện; phát triển thêm kỹ năng thiết kế và lắp ráp các mạch điện tử đơn giản. Mạch đo nhiệt độ được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta.Ví dụ như đo nhiệt độ phòng làm việc, phòng bảo quản lạnh, lưu trữ hay những khu vực cần nhiệt độ chính xác và mạch đo nhiệt độ giúp chúng ra điều chỉnh nhiệt độ cho thích hợp. Chính vì lý do đó mà chúng em lựa chọn thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng IC ICL7107. Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo: Nguyễn Đức Minh nhóm em đã hoàn thành bài tập lớn. Do thời gian có hạn ,mặc dù có nhiều cố gắng song bản báo cáo “Mạch đo nhiệt độ hiển thị số” của chúng em chắc chắn còn nhiều vấn đề thiếu sót cần cần phải bổ sung, hoàn thiện. Kính mong các thầy cô giáo thông cảm và có ý kiến đóng góp để chúng em rút kinh nghiệm. Chúng em xin chân thành cảm ơn! 1 MỤC LỤC Lời nói đầu………………………………………………………………….………………1 Mục Lục…………………………………………………………………………………….2 Phần 1:Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật cảu sản phẩm……….……… 3 1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm…………………………………… 3 1.2 Các sản phẩm đã có trên thị trường ……………………………………………… 3 1.2.1 Sản phẩm 1: ET CTH−608………………………………………………… 3 1.2.2 Sản phẩm 2: HC520………………………………………………………… 4 1.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm………………………………………………… 4 1.3.1 Chức năng của sản phẩm…………………………………………………… 4 1.3.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm……………………………………………….4 1.3.3 Các yêu cầu phi chức năng………………………………………………… 4 Phần 2: Lập kế hoạch…………………………………………………………………… 5 Phần 3: Lựa chọn phương án kỹ thuật ………………………………………………… 6 3.1 Sơ đồ khối của mạch………………………………………………………………….6 3.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch…………………………………………………….6 3.3 Nguyên lí và chức năng của từng khối ……………………………………………….6 Phần 4: Thiết kế mạch………………………………… ……………………………… 14 Phần 5: Triển khai……………………………………………………………………… 29 Phần 6: Thực nghiệm…………………………… ………………………………………31 Phần 7:Tài liệu tham khảo…………………………………………………………….…31 Phần 1:Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm. 2 1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm Ngày nay khi nền công nghiệp phát triển mạnh, sản phẩm tạo ra ngày càng phong phú thì nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong kho lưu hàng càng nhiều.Việc kiểm soát nhiệt dộ, độ ẩm khi bảo quản, lưu trữ các sản phẩm công - nông nghiệp trong các kho chứa hàng là rất quan trọng.Thông thường với các loại hàng hóa được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng lưu trữ phải luôn duy trì ở 1 mức nhất định. Cùng với đó, trong các phòng thí nghiệm, trong bệnh viện, trong các nhà kính trồng cây cảnh, trong các khu sản xuất rau sạch… kỹ thuật viên cũng cần giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng… để điều chỉnh môi trường thích hợp với cây trồng. Đặc biệt, trong các kho hàng cất giữ hàng hóa, gạo thóc, các điểm bảo quản máy móc, vũ khí, đạn dược v.v… thì vấn đề đo nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương của môi trường không khí là rất cần thiết. Trong các yếu tố môi trường kể trên, nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến việc bảo quản sản phẩm và sức khỏe của con người. Biết được giá trị của nhiệt độ chúng ta có thể có biện pháp phòng tránh và có biện pháp xử lý. Chính vì những lý do đó mà nhóm chúng em lựa chọn đề tài thiết kế “mạch đo nhiệt độ sử dụng ICL7107”. ICL7107 là một IC rất thông dụng và có rất nhiều ứng dụng trong kỹ số. 1.2 Các sản phẩm đã có trên thị trường: 1.2.1 Sản phẩm 1:ET CTH-608 • Thông số của sản phẩm: - Nhiệt độ cao nhất: 60°C. - Giá trị thang đo nhỏ nhất: -10°C. - Hiển thị nhiệt độ và độ ẩm đồng thời. - Bộ nhớ lưu lại chỉ số nhiệt độ max, min. - Chọn đơn vị đo độ C-F. - Sai số 1%. • Giá thành: 500.000 VNĐ. • Xuất sứ: Trung Quốc www.vatgia.com 1.2.2 Sản phẩm 2: HC520 - • Thông số của sản phẩm: - Nhiệt độ đo cao nhất : 70°C. - Hiển thị nhiệt độ và độ ẩm đồng thời. - Có thể tháo rời bộ cảm biến bên ngoài. 3 - Chọn đơn vị đo C-F. - Sai số 2%. - • Giá thành: 280.000 VNĐ. - • Xuất xứ: Korea. - www.vatgia.com.vn - 1.3 Các chỉ tiêu kĩ thuật của sản phẩm 1.3.1 Chức năng của sản phẩm - Hiển nhiệt độ của những sản phẩm chúng ta muốn đo như: nhiệt độ trong phòng bảo quản, nhiệt độ của nước, môi trường Qua đó có thể, chúng ta có thể điều chỉnh sao cho phù hợp. 1.3.2 Chỉ tiêu kĩ thuật của sản phẩm - • Khoảng hoạt động chính xác nhất: 0°C÷100°C. - • Độ chính xác: 0,25°C ở nhiệt độ phòng và 0,75°C ở ngoài khoảng -55°C ÷150°C - • Đơn vị đo: °C 1.3.3 Chỉ tiêu phi kĩ thuật - • Mạch in dễ nhìn, làm việc chính xác - • Mạch dễ sử dụng - • Giá thành không quá 300 ngàn - - 4 - - Phần 2.Lập kế hoạch - - - Mục - Công việc - Mô tả - Người thực hiện - Bắt đầu - Kế hoạch kết thúc - Ngày kết thúc - 1 - Thiết kế & - Viết báo cáo - Sử dụng proteus để thiết kế mạch, hoàn thành báo cáo - Hòa, Dung - 17/11 - 27/11 - - - 28/11 - 2 - Tạo slide thuyết trình - Sử dụng powpoine để hoàn thành bài thuyết trình - Hoàn - 21/11 - 24/11 - 3 - Tìm hiểu thị trường và Test mạch - Đặt mạch in, lắp ráp mạch và kiểm tra mạch - Khang, Thu - 19/11 - 27/11 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 Khối nguồn Khối cảm biến nhiệt độ Khối xử lý và giải mã n hiệu Khối hiển thị - Phần 3. Lựa chọn phương án kỹ thuật 3.1 Sơ đồ khối của mạch: - Mạch đo nhiệt độ gồm 4 khối chính - 3.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch - IC: ICL7107, LM7805, LM 35 - Biến trở, điện trở, tụ điện - LED 7 thanh - 3.3 Nguyên lý và chức năng của từng khối - A. Khối Nguồn - Nguồn điện được sử dụng ở đây là nguồn một chiều lấy từ bộ nguồn một chiều ví dụ như adapter và được biến đổi phù hợp với yêu cầu của mạch.Nguồn cung cấp điện áp ±5V DC ổn định cho mạch. Mạch nguồn của mạch sử dụng 2 IC LM7805. - IC LM7805 có nhiệm vụ tạo ra điện áp ổn định là 5V DC. Dòng ra từ LM7805 có giá trị cực đại là 1.5 A hoặc 1A tùy từng nhà sản xuất. LM7805 được đóng vỏ dạng TO220. Hình bên là sơ đồ chân của LM7805, chân 1 ngoài cùng bên trái là chân INPUT, ta đưa điện áp dây dương (+) cần hạ xuống 5V vào đây. Chân thứ 2 là chân mass chung của mạch điện vào và mạch điện ra. Chân 2 này được nối chung với phiến tản nhiệt ở trên đỉnh của IC. Chân 3 ngoài cùng bên phải là chân OUTPUT, điện áp 5V (so với chân 2) được đưa ra tại đây. 6 Hình 1:IC 7805 (1) - - Hình 1: Khối nguồn - - Nhìn vào “Hình 2” ta có thể thấy điểm 0V được coi là -5V và điểm 5V ( đầu ra U4) được coi là mass chung, điểm 10V (đầu ra U3) được coi là 5V. Ta sẽ dùng quy ước điện áp này để trên để thiết kế mạch. Lý do cho việc quy định lại nguồn này sẽ được trình bày ở phần ICL7107. - - B. Khối cảm biến nhiệt độ - Khối cảm biến nhiệt độ được sử dụng bao gồm một IC cảm biến nhiệt độ là LM35 và một cầu phân áp gồm một biến trở và một điện trở. Tín hiệu đưa ra tại hai điểm 1 và 2 trên hình vẽ.Hiệu điện thế (U 1 -U 2 ) là tín hiệu cần xử lý. - - Hình 2: Khối cảm biến nhiệt độ - 7 Hình 4: IC LM35 (2) - IC LM35 dùng để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành điện áp. LM35 dùng điện áp trong khoảng 4 - 30 V. IC LM35 có thể đo được nhiệt độ từ -55 tới 150 o C nhưng theo khuyến cáo của nhà sản xuất thì chỉ nên đo trong khoảng từ -40 tới 110 o C thôi để đảm bảo tính chính xác. - Chúng ta xác định chân của LM35 theo hình vẽ bên. Chân 1 bên trái là chân câp điện Vs, chân 2 là chân tín hiệu ra, chân 3 bên phải là chân nối mass. - - C. Khối xử lý và giải mã tín hiệu. - ∗ Giới thiệu về ICL7107 - ICL7107 là một bộ chuyển đổi AD 3 ½ digit công suất thấp, hiển thị tốt. Bao gồm trong IC này là bộ giải mã LED 7 đoạn, bộ điều khiển hiển thị, bộ tạo chuẩn và bộ tạo xung đồng hồ. Các đặc tính của nó bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ hơn 10 uV, điểm “0” trượt không quá 1uV/ o C, độ dốc dòng ngõ vào tối đa là 10pA. - - - - - - • IC này có các đặc điểm rất quan trọng sau: - Độ chính xác rất cao. - Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu. - Không cần mạch lấy mẫu và mạch giữ. - Tích hợp đồng hồ. - - Không cần các thành phần ngoại vi có độ chính xác cao. - - - • Các giá trị định mức: - Điện áp nguồn: - V+ → GND : 6V - V- → GND : -9V - Điện áp ngõ vào analog: V+ → V- - Điện áp ngõ vào tham chiếu: V+ → V- 8 Hình 4: sơ đồ chân IC ICL7107 (3) - Ngõ vào clock: GND → V+ - • Các điều kiện bên ngoài: - Phạm vi nhiệt độ: 0 o C → 70 o C - - • Tóm tắt thông tin thiết kế: - + Tần số bộ dao động: - f OSC = 0.45/RC - C OCS > 50pF; R OS C > 50kΩ - f OSC (typical) = 48kHz - + Chu kỳ dao động: - t OSC = RC/0.4 - + Tần số đồng hồ tích hợp: - f CLOCK = f OSC /4 - + Chu kỳ tích hợp: - t INT = 1000x(4/f OSC ) - + Dòng tích hợp tối ưu: - I INT = 4uA - + Điện áp toàn giai ngõ vào analog: - V INFS (typical) = 200mV hoặc 2V - + Bộ đếm hiển thị: - COUNT = 1000.V IN /V REF - + Chu kỳ chuyển đổi: - t CYC = t CLOCK x 4000 - t CYC = t OSC x 16000 - khi f OSC = 48kHz thì t CYC = 333ms - - ∗ Cấu tạo 9 - - Hình 5: Vùng xử lý tín hiệu tương tự của ICL 7107 (4) - Hình 5: thể hiện mạch xử lý tương tự của ICL7107. Mỗi chu kỳ đo được chia thành ba pha: (1) Tự chỉnh “0” (A – Z), (2) tích hợp tín hiệu (INT) và (3) giải tích (DE) và 1 số thông số khác. - (1) Pha tự chỉnh “0” - Trong pha này thực hiện 3 việc: - • Ngõ vào cao và thấp bị ngắt kết nối khỏi các chân và ngắn mạch nội với chân COMMON analog. - • Tụ tạo chuẩn được nạp tới điện áp chuẩn. - • Một vòng lặp hồi tiếp nối kín quanh hệ thống để nạp cho tụ tự chỉnh “0” CAZ để bù cho điện áp offset (trôi) trong bộ khuếch đại đệm, bộ tích hợp và bộ so sánh. Vì bộ so sánh nằm trong vòng lặp nên độ chính xác A-Z chỉ bị giới hạn bởi nhiễu của hệ thống. Trong bất cứ trường hợp nào, điện áp offset do ngõ vào nhỏ hơn 10uV. - (2) Pha tích hợp tín hiệu - Trong quá trình tích hợp tín hiệu, vòng lặp tự chỉnh “0” được mở, ngắn mạch nội không còn, ngõ vào cao và thấp được nối với các chân ngoại vi. Bộ chuyển đổi lúc này tích hợp điện áp khác biệt giữa chân IN HI và chân IN LO trong một khoảng thời gian cố định. Điện áp sai biệt này có thể nằm trong phạm vi rộng: lên tới 1V từ cả hai nguồn. Mặt khác nếu tín hiệu vào không hồi trở lại nguồn cung cấp thì IN LO có thể bị nối với chân COMMON 10 [...]... ta đổ đồng cho mạch bằng cách chọn Zone Mode sau đó lựa chọn cả Board mạch, hiện ra thư mục: trong cột Layer/colour chọn Bottom Copper - - Cuối cùng ta sẽ đc mạch in như hình vẽ sau: - - Để quan sát trực quan bằng hình ảnh 3D ta chọn Output =>3D Visualization - - PHẦN 5: TRIỂN KHAI - Nhóm thực hiện triển khai thiết kế và lắp ráp mạch Dưới đây là phần layout PCB mạch đo nhiệt độ: - - Vì mạch đi dây phức... thao tác chuyển từ sơ đồ mạch nguyên lý sang mạch in,trước hết ta chọn save để lưu lại sơ đồ mạch Rồi thực hiện thiết kế mạch in bằng cách: Chọn Netlist Transfer to ARES : Xuất hiện hộp thoại Create New Layout, ta chọn DEFAULT =>OK - Ta chọn default tức là để chế độ mặc định, không cần phần mềm hỗ trợ board mạch sẵn Chúng ta sẽ tự thiết kế board mạch riêng - Sau đó ta vẽ bord mạch, ta lựa chọn biểu tượng... Hình 6 :Mạch đồng hồ số (5) - - Hình 7:Vùng xử lý số của ICL7107 (6) D Khối hiển thị ∗ LED 7 đo n: Led 7 đo n được dùng rất phổ biến khi cần hiển thị số tự nhiên hoặc vài chữ cái nhất định.Led 7 đo n có thể có kích thước nhỏ khác nhau - 12 Led 7 đo n bao gồm nhiều led tích hợp bên trong, các led được nối chung nhau một chân Trong thực tế có hai loại led 7 đo n là led 7 đo n anod chung và led 7 đo n katot... chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên của tụ điện trong mạch điện xoay chiều  Biến trở - Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần Điện trở có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện - PHẦN 4 THIẾT KẾ MẠCH - Bước 1: Khởi động chương trình ISIS bằng cách chọn Start/ All program/ Proteus7 Professional/... dây, nối đất, nối nguồn cho các linh kiện với nhau Sắp xếp một cách hợp lý, dễ quan sát Ta đã thiết kế được mạch nguyên lý như hình: - - Hình 11: Mạch nguyên lý - - Bước 4: Chuyển từ mạch nguyên lý sang mạch in Để chuyển sang mạch in ta phải kiểm tra xem các linh kiện đã có chân trong thư viện của mạch in chưa Ta lựa chọn từng linh kiện rồi ấn phải chuột, rồi chọn Pakaging Tool Nếu linh kiện đã có chân... tạo chọn Change Layer =>Board Edge - Ta sẽ sắp xếp linh kiện tự động bằng cách chọn Tools =>Auto Place =>OK - Khi đó trên mành hình các linh kiện đã đc sắp xếp tự động như hình: - Bây giờ ta sẽ sắp xếp lại cho hợp lý hơn Sau khi đã sắp xếp lại các linh kiện trên board mạch cho phù hợp ta tiến hành đi dây cho mạch Trước khi đi dây cho mạch ta cần phải lựa chọn một số thông số, click vào Design Rule... định đặt mạch in tại: - Công ty TNHH sản xuất & thương mại Đức Việt Hà - Địa chỉ: 868 – Đường Láng-P.Láng Thượng-Q.Đống Đa-TP.Hà Nội - - Sau khi đã nhận được mạch in nhóm đã thực hiện các công việc hàn gắn các linh kiện vào mạch theo đúng sơ đồ nguyên lý Cuối cùng đây là mạch thực tế mà nhóm đã hoàn thành: - - - PHẦN 6: THỰC NGHIỆM      PHẦN 7 : TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình thiết kế mạch điện... và PCB Package - Sau đó cứ next rồi Ok - Như vậy là ta đã tạo xong con led 7 đo n - Tương tự như thế ta tạo được con ICL7107 - Ta cũng add chân vào cho IC - - Sau khi đã lấy đủ linh kiện ta bắt đầu vẽ mạch nguyên lý ∗Chú ý: • Chúng ta cần chú ý add đúng thứ tự chân vào đúng tên của nó • Click đồng thời vào chân trên sơ đồ mạch vào đúng chân nằm trong cột A của bảng - Sau khi add chân xong ta chọn Assign... tích cực lớn với một điện áp ngõ vào tích cực âm toàn giai Tín hiệu ngõ vào âm điều khiển bộ tích phân dương khi phần lớn độ lắc ngõ ra đã được tận dụng bởi điện thế mode chung tích cực dương Dành cho những ứng dụng cao độ lắc của tích hợp ngõ ra có thể được giảm xuống nhỏ hơn độ lắc toàn giai 2V với ít sai số hơn.Bộ tích phân ngõ ra có thể lắc trong khoảng 0.3V với cả hai nguồn mà không mất sự tuyến... công cụ vẽ 2D để phác thảo Bước 2 là gắn chân linh kiện vừa phác thảo vừa vẽ sử dụng chức năng vẽ chân linh kiện - Chọn - rồi chọn ta vẽ - Sau đó ta chọn và vẽ được hình - Tiếp theo ta gắn chân cho led 7 đo n: chọn Divice Pin Mode chọn DEFAULTđể vẽ chân : - - - => => - Sau khi vẽ xong chân linh kiện, ta sẽ đặt tên cho các chân - Nhấn phải chuột vào từng chân, chọn edit properties xuất hiện hộp Edit Pin . các mạch điện tử đơn giản. Mạch đo nhiệt độ được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta.Ví dụ như đo nhiệt độ phòng làm việc, phòng bảo quản lạnh, lưu trữ hay những khu vực cần nhiệt độ chính. khu vực cần nhiệt độ chính xác và mạch đo nhiệt độ giúp chúng ra điều chỉnh nhiệt độ cho thích hợp. Chính vì lý do đó mà chúng em lựa chọn thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng IC ICL7107. Dưới sự hướng. sản phẩm: - Nhiệt độ cao nhất: 60°C. - Giá trị thang đo nhỏ nhất: -10°C. - Hiển thị nhiệt độ và độ ẩm đồng thời. - Bộ nhớ lưu lại chỉ số nhiệt độ max, min. - Chọn đơn vị đo độ C-F. - Sai