NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẢM BIẾN NHỆT. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI VÀO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM

LỜI MỞ ĐẦUNgày nay, khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão, con ngư ời bước vào một thời đại mới thời đại mà mỗi giờ, mỗi phút, thậm chí là mỗi giây trôi qua lại xuất hiện những phát minh, tiến bộ khoa học – kỹ thuật. Công nghệ mới xuất hiện liên tục, từ đó, những thành tựu của khoa học kỹ thuật được áp dụng vào đời sống thực tiễn con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ...là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Đi cùng với sự phát triển đó thì vấn đề an ninh đang vấn đề bức thiết được con người quan tâm hàng đầu. Từ khi tư hữu xuất hiện, việc bảo vệ tài sản của mình luôn là điều mà ai cũng thực hiện như bản năng. Từ xưa đến nay khóa là hình thức được sử dụng thông dụng và quen thuộc nhất. Tuy nhiên những tên trộm hoàn toàn có thể bẻ khóa một cách dễ dàng, kể cả khóa điện tử thông minh. Do đó cần có những thiết bị báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết được có kẻ trộm đột nhập, vừa làm cho kẻ trộm hoảng loạn quay đầu bỏ chạy ngay. Với những ngôi nhà thông minh hay chung cư, căn hộ,... thiết bị chống trộm lại càng quan trọng và cần thiết hơn. Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng tôi đã thiết kế và thi công một hệ thống mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát hồng ngoại: “MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI E18D80NK” MỤC LỤCLời mở đầu1Phần 1: Nguyên cứu lý thuyết về cảm biến nhiệt2Chương 1: Giới thiệu cảm biến21.1 Khái niệm cảm biến21.2 Đặc trưng cơ bản21.3 Phân loại cảm biến 71.4 Nhiễu đo12Chương 2: Cảm biến nhiệt độ152.1 Giới thiệu152.2 Thang đo nhiệt độ152.3 Thermistor172.4 RTD202.5 Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu)212.6 Cảm biến hồng ngoại282.7 Cảm biến nhiệt độ bán dẫn29Phần 2: Xây dựng mô hình vật lí302.1 Ý tưởng nghiên cứu302.2 Lựa chọn thiết bị302.3 Mô hình ghép nối422.4 Nguyên lí làm việc của hệ thống432.5 Mô hình cơ khí + code432.6 Đánh giá50Tài liệu tham khảo52

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khoa Điện – Điện Tử Viễn Thơng Báo cáo CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Đề tài: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẢM BIẾN NHỆT XÂY DỰNG MƠ HÌNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI VÀO HỆ THỐNG CHỐNG TRỘM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC Sinh viên thực hiện: Dương Ngọc Hiếu 19510400 Lê Thành Lâm 19510400 Hoàng Thế Phong 1951040025 Đinh Duy Phương 19510400 Ngô Phước Tài 19510400 MỤC LỤC Lời mở đầu Phần 1: Nguyên cứu lý thuyết cảm biến nhiệt Chương 1: Giới thiệu cảm biến 1.1 Khái niệm cảm biến .2 1.2 Đặc trưng 1.3 Phân loại cảm biến 1.4 Nhiễu đo .12 Chương 2: Cảm biến nhiệt độ 15 2.1 Giới thiệu .15 2.2 Thang đo nhiệt độ 15 2.3 Thermistor 17 2.4 RTD 20 2.5 Thermocouples (Cặp nhiệt ngẫu) 21 2.6 Cảm biến hồng ngoại 28 2.7 Cảm biến nhiệt độ bán dẫn 29 Phần 2: Xây dựng mơ hình vật lí 30 2.1 Ý tưởng nghiên cứu .30 2.2 Lựa chọn thiết bị 30 2.3 Mô hình ghép nối 42 2.4 Nguyên lí làm việc hệ thống 43 2.5 Mơ hình khí + code 43 2.6 Đánh giá .50 Tài liệu tham khảo 52 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển vũ bão, ngư ời bước vào thời đại thời đại mà giờ, phút, chí giây trơi qua lại xuất phát minh, tiến khoa học – kỹ thuật Công nghệ xuất liên tục, từ đó, thành tựu khoa họckỹ thuật áp dụng vào đời sống thực tiễn người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Đi với phát triển vấn đề an ninh vấn đề thiết người quan tâm hàng đầu Từ tư hữu xuất hiện, việc bảo vệ tài sản ln điều mà thực Từ xưa đến khóa hình thức sử dụng thông dụng quen thuộc Tuy nhiên tên trộm hồn tồn bẻ khóa cách dễ dàng, kể khóa điện tử thơng minh Do cần có thiết bị báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết có kẻ trộm đột nhập, vừa làm cho kẻ trộm hoảng loạn quay đầu bỏ chạy Với nhà thông minh hay chung cư, hộ, thiết bị chống trộm lại quan trọng cần thiết Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng tơi thiết kế thi công hệ thống mạch ứng dụng nhỏ thu phát hồng ngoại: “MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI E18-D80NK” Với đề tài lần lựa chọn đề tài “Thiết kế mạch chống trộm sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK Đề tài gồm phần chính: PHẦN 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẢM BIẾN NHIỆT CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CẢM BIẾN 1.1 Khái niệm cảm biến  Cảm biến: thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có tính chất điện cần đo thành đại lượng đo xử lý  Các đại lượng cần đo thường khơng có tính chất điện ( nhiệt độ, vận tốc, áp suất,…) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng mang tính chất điện (điện tích, điện áp, dịng điện, trở kháng,…) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị cần đo 1.1.1 Cấu trúc dụng cụ đo không điện  Cảm biến (sensor): thu nhận biến đổi thay đổi đại lượng không điện thành thay đổi đại lượng điện đầura  Mạch đo: gia cơng tín hiệu từ khâu chuyển đổi cho phù hợp với cấu thị Bao gồm: khuếch đại, dịch mức, lọc, phối hợp trở kháng  Cơ cấu thị: hiển thị kết đo (Số, kim, điện tử) 1.2 Đặc trưng 1.2.1 Phương trình chuyển đổi  Đại lượng điện(Y) ngõ chuyển đổi ln biểu diễn theo ngõ vào khơng điện (X) qua hàm f Y = f(X)  Tác dụng nhiễu: Y = f(X, X1, X2,…, Xn)  Trong X1, X2,… đại lượng nhiễu, điều kiện lý tưởng đại lượng  Phương pháp chuẩn cảm biến (Calibration)  Chuẩn cảm biến phép đo nhằm mục đích xác lập phương trình chuyển đổi cảm biến dạng phương trình dạng đồ thị  Thực phép đo với tín hiệu ngõ vào xi xác định để tìm ngõ yi → xây dựng đường đặc tính  Chuẩn đơn giản: đại lượng đo có đlvl tác động lên cảm biến ko nhạy với tác động đại lưởng ảnh hưởng Đo giá trị ngõ ứng với giá trị ngõ vào không đổi Tiến hành theo pp: chuẩn trực tiếp chuẩn gián tiếp  Chuẩn nhiều lần: áp dụng cảm biến có tính trễ, xây dựng đường đặc tính ngõ vào tăng lên xây dựng đường đặc tính ngõ vào giảm xuống 1.2.2 Độ nhạy  Độ nhạy: tỷ số biến thiên đầu theo biến thiên đầu vào  Độ nhạy chủ đạo:  Độ nhạy chủ đạo Sx lớn tức khả đo đại lượng biến thiên đầu vào nhỏ đồng nghĩa với chuyển đổi tốt  Độ nhạy phụ :  Độ nhạy phụ Sxi nhỏ tức ảnh hưởng đại lượng phụ (nhiễu) cảng nhỏ đồng nghĩa với chuyển đổi tốt  Độ chọn lựa: tỷ lệ độ nhạy chủ đạo độ nhạy phụ  Cảm biến có Ki lớn tốt  Ví dụ: cho cảm biến có độ nhạy bảng sau:  Nên chọn cảm biến nào? Tại sao?  Chọn cảm biến 1.2.3 Ngưỡng độ nhạy giới hạn đo  Ngưỡng độ nhạy: độ biến thiên lớn ngõ vào mà ngõ chưa thay đổi Y = f(X + ∆0) ∆0 nhỏ tốt  Giới hạn đo: phạm vi biến thiên ngõ vào mà phương trình chuyển đổi nghiệm  Khi lựa chọn cảm biến phải chọn cảm biến có giới hạn đo lớn khoảng muốn đo 1.2.4 Độ tuyến tính  Một cảm biến gọi tuyến tính dải đo xác định dải đo độ nhạy không phụ thuộc vào giá trị đo  Nếu cảm biến khơng tuyến tính, người ta sử dụng mạch đo để hiệu chỉnh thành tuyến tính gọi tuyến tính hóa Đường thẳng tốt (Best Straight Line) Khi chuẩn cảm biến, người ta đo cặp giá trị ứng với ngõ ngõ vào {xi, yi}  Lý tưởng giá trị nằm đường đặc trưng đường thẳng  Thực nghiệm điểm không nằm đuờng thẳng mà nằm trên1 đường gọi đượng cong chuẩn  Đường thẳng xây dựng từ kết thực nghiệm cho sai số nhỏ nhất: đường thẳng tốt 1.2.5 Sai số  Sai số: sai lệch giá trị thực giá trị đo gồm sai số tuyệt đối sai số tương đối  Có lọai sai số chủ yếu chuyển đổi đại lượng đo lường không điện:  Sai số phi tuyến: sai số xuất kết đo đặc tính chuyển đổi phi tuyến Khắc phục: tuyến tính hóa đặc tính chuyển đổi  Sai số phụ: sai số xuất ảnh hưởng đại lượng phụ  Khắc phục: sử dụng cảm biến môi trường theo yêu cầu nhà sản xuất, Lọc nhiễu, Bù nhiễu, Phối hợp tổng trở v.v…  Sai số ngưỡng : sai số ngưỡng độ nhạy Sai số phụ thuộc vào cơng nghệ chế tạo nên khơng có cách khắc phục 1.3 Phân loại cảm biến Cảm biến phân loại theo tiêu chuẩn sau:  Yêu cầu nguồn cung cấp: - Tích cực thụ động  Trạng thái tín hiệu ra: - Tương tự số  Trạng thái đo lường - Trạng thái lệch cân 1.3.1 Cảm biến tích cực  Cảm biến tích cực: địi hỏi cung cấp lượng bên ngịai hay tín hiệu kích thích để tác động - Các cảm biến hoạt động máy phát, đáp ứng điện áp, điện tích hay dòng điện  Nguyên lý chuyển đổi: dựa hiệu ứng vật lý biến đổi dạng lượng (nhiệt, xạ) thành lượng điện Cảm biến tích cực gồm hiệu ứng sau:  Hiệu ứng nhiệt điện:  Hiệu ứng áp điện:  Hiệu ứng cảm ứng điện từ  Hiệu ứng quang – điện – từ  Hiệu ứng quang điện  Hiệu ứng hoả điện  Hiệu ứng Hall a) Hiệu hứng nhiệt điện Hai dây dẫn (M1) (M2) có chất hóa học khác hàn lại với thành mạch điện kín, nhiệt độ hai mối hàn T T2 khác nhau, mạch xuất hiệm suất điện động e(T 1, T2) mà độ lớn phụ thuộc chênh lệch nhiệt độ T1 T2 Hiệu ứng nhiệt điện ứng dụng để đo nhiệt độ T biết trước nhiệt độ T2, thường chọn T2=0ₒC b) Hiệu ứng hỏa điện Một số tinh thể gọi tinh thể hỏa điện có tính phân điện tự phát với độ phân cực phụ thuộc vào nhiệt độ, làm xuất mặt đối diện chúng điện tích trái dấu Độ lớn điện áp hai mặt phụ thuộc vào độ phân cực tinh thể hỏa điện ... nhỏ thu phát hồng ngoại: “MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI E18-D80NK” Với đề tài lần chúng tơi lựa chọn đề tài “Thiết kế mạch chống trộm sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK... phần chính: PHẦN 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ CẢM BIẾN NHIỆT CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CẢM BIẾN 1.1 Khái niệm cảm biến  Cảm biến: thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý đại lượng khơng có... dựa hiệu ứng vật lý biến đổi dạng lượng (nhiệt, xạ) thành lượng điện Cảm biến tích cực gồm hiệu ứng sau:  Hiệu ứng nhiệt điện:  Hiệu ứng áp điện:  Hiệu ứng cảm ứng điện từ  Hiệu ứng quang