Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo thân nhiệt

Hiện nay Công nghiệp hoá Hiện đại hoá đang đóng một vai trò rất quan trọng trong việc nâng cao năng suất lao động. Những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật được áp dụng rộng rãi vào nền kinh tế đưa đến những đổi thay chưa từng có trong lịch sử loài người. Nhận thức được tầm quan trọng của khoa học công nghệ có ảnh hưởng quyết định đến chiến lược phát triển đất nước, Nhà nước ta đã ra sức đào tạo nghiên cứu khoa học kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm phát triển nhanh nền khoa học kỹ thuật nước nhà. Là sinh viên của chuyên ngành điện công nghiệp và dân dụng, sau thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại học Điện Lực, được sự giảng dạy tận tình của các thầy cô cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, em đã được giao đề tài tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo máy đo thân nhiệt”. Khi được giao đồ án tốt nghiệp, xác định đây là công việc quan trọng nhằm đánh giá lại toàn bộ kiến thức mà mình đã tiếp thu được trong quá trình học tập tại trường, em đã có nhiều cố gắng. Đề tài này là một đề tài thiết rất cần thiết ở Việt Nam và trên toàn thế giới. Đồ án gồm 3 phần Chương 1. Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ Chương 2. Lựa chọn phần tử của thiết bị đo không tiếp xúc Chương 3. Thiết kế thiết bị đo thân nhiệt không tiếp xúc

Hà Nội, ngày… tháng…….năm 2023 ĐỀ CƯƠNG ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC Họ tên sinh viên: Mã sinh viên Lớp Khóa: 2018 - 2023 Ngành: Tự động hóa Chuyên ngành: Tự động hóa điều khiển thiết bị công nghiệp Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế thiết bị đo thân nhiệt Lý chọn đề tài Thiết bị đo thân nhiệt tự động giúp ích q trình chăm sóc sức khỏe gia đình, cho trẻ nhỏ, tiện lợi việc khám chữa bệnh sở y tế, bệnh viện Nội dung, nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu phương pháp đo thân nhiệt - Tìm hiểu thiết bị hệ thống để xây dựng mơ hình - Thiết kế mơ hình Tài liệu tham khảo dự kiến - Sách Giáo trình Đo lường điện Ngày giao đề tài: Ngày……… tháng………năm 2022 Ngày nộp quyển: Ngày 15 tháng 02 năm 2023 Phụ Trách Khoa Giảng viên hướng dẫn MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc 1.1.1 Đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở 1.1.2 Nhiệt điện trở kim loại .2 1.1.3 Nhiệt điện trở bán dẫn .3 1.1.4 Đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu .4 1.1.5 IC cảm biến nhiệt độ 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc 1.2.1 Hỏa quang kế phát xạ 1.2.2 Hỏa quang kế cường độ sáng .5 1.2.3 Hỏa quang kế màu sắc .6 1.2.4 Cảm biến hồng ngoại CHƯƠNG LỰA CHỌN PHẦN TỬ CỦA THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỘ KHÔNG TIẾP XÚC 2.1 Tổng quan chip Arduino Nano 2.1.1 Ardunino nano .9 2.1.2 Thông số kĩ thuật Arduino Nano .16 2.1.3 Lập trình cho Arduino Nano 17 2.2 Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại MLX90614 18 2.2.1 Mô tả chung .18 2.2.2 Cấu hình sơ đồ chân 21 2.2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ .22 2.2.4 Ứng dụng 22 2.2.5 Thông số kỹ thuật điện 23 2.2.6 Độ xác .28 2.2.7 Trường nhìn .29 2.3 Màn hình LCD .30 2.3.1 Giới thiệu chung 30 2.3.2 Thông số kĩ thuật .31 2.3.3 Sơ đồ chân LCD 31 2.3.4 Địa vùng nhớ 32 2.4 Cảm biến khoảng cách HC-SRF05 33 2.5 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại .33 2.6 Module I2C .34 2.7 Động bước 35 2.8 Cơng tắc hành trình .36 2.9 Bộ nguồn 37 2.10 Cơ cấu vít me 37 CHƯƠNG THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO THÂN NHIỆT KHÔNG TIẾP XÚC 39 3.1 Sơ đồ khối thiết bị 39 3.2 Sơ đồ thuật toán .39 3.3 Sơ đồ nối dây 41 3.4 Sơ đồ mạch in 42 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Bảng nhận xét chung loại cảm biến Bảng Chức chân 11 Bảng 2 Bảng chân ICSP 13 Bảng Bảng thông số kỹ thuật Arduino Nano 16 Bảng Mô tả chân cắm MLX 90614 22 Bảng 5: Thông số kỹ thuật điện MLX90614 23 Bảng 6: Bảng tóm tắt FOV 30 Bảng 7: Sơ đồ chân LCD 31 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Bo mạch Arduino UNO Hình 2 Bo mạch Arduino MEGA 2560 .10 Hình Bo mạch Arduino Due 10 Hình Hình ảnh thực tế Arduino Nano 10 Hình Các chân đầu vào/ra Arduino nano 11 Hình In Circuit Serial Programming .16 Hình Lựa chọn dòng Arduino 17 Hình Chọn cổng giao tiếp cho Arduino 18 Hình Mơ tả chân cắm .21 Hình 10 Độ xác tiêu chuẩn MLX90614 .28 Hình 11 Độ xác MLX90614DAA (Ta, To) cho ứng dụng y tế 28 Hình 12 Đo Trường Quan sát 29 Hình 13 Màn hình LCD1602 .30 Hình 14 Cảm biến khoảng cách HC-SRF05 33 Hình 15 Cảm biến khoảng cách 34 Hình 16 Module I2C LCD 34 Hình 17 Động step size 4, ngăn (NEMA17HS3401S) 35 Hình 18 Cơng tắc hành trình 1A-125VAC 36 Hình 19 Mạch chuyển nguồn từ AC~220V sang DC-12V 37 Hình 20 Trục vít me 37 Hình Sơ đồ khối 39 Hình Lưu đồ thuật toán 40 Hình 3 Sơ đồ nối dây 41 Hình Mạch nguyên lý .41 Hình Sơ đồ mạch in 42 Hình Sơ đồ mạch thật 42 Hình Mơ hình thiết kế thực tế 43 LỜI MỞ ĐẦU Hiện Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố đóng vai trò quan trọng việc nâng cao suất lao động Những thành tựu cách mạng khoa học kỹ thuật áp dụng rộng rãi vào kinh tế đưa đến đổi thay chưa có lịch sử lồi người Nhận thức tầm quan trọng khoa học cơng nghệ có ảnh hưởng định đến chiến lược phát triển đất nước, Nhà nước ta sức đào tạo nghiên cứu khoa học kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm phát triển nhanh khoa học kỹ thuật nước nhà Là sinh viên chuyên ngành điện công nghiệp dân dụng, sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Điện Lực, giảng dạy tận tình thầy với cố gắng nỗ lực thân, em giao đề tài tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo máy đo thân nhiệt” Khi giao đồ án tốt nghiệp, xác định công việc quan trọng nhằm đánh giá lại tồn kiến thức mà tiếp thu q trình học tập trường, em có nhiều cố gắng Đề tài đề tài thiết cần thiết Việt Nam toàn giới Đồ án gồm phần Chương Tổng quan phương pháp đo nhiệt độ Chương Lựa chọn phần tử thiết bị đo không tiếp xúc Chương Thiết kế thiết bị đo thân nhiệt không tiếp xúc Sau thời gian tìm hiểu tham khảo, với ý thức nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy, đặc biệt thầy Võ Huy Hồn giúp em tận tình trình làm đồ án Qua đồ án cho em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới Thầy Võ Huy Hồn thầy khoa Tự Động Hóa trường Đại học Điện Lực Trong q trình hồn thành đồ án, với trình độ kiến thức chun mơn chưa nhiều, kinh nghiệm thực tế cịn thời gian có hạn nên đồ án em khơng thể tránh thiếu sót Do đó, em kính mong bảo thêm thầy, đóng góp bạn để em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc 1.1.1 Đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở Nguyên lý hoạt động: Điện trở số kim loại thay đổi theo nhiệt độ dựa vào thay đổi điện trở người ta đo nhiệt độ cần đo Nhiệt điện trở dùng dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ để nhiệt sinh dòng nhiệt điện trở nhỏ so với nhiệt nhận từ mơi trường thí nghiệm u cầu vật liệu dùng làm chuyển đổi nhiệt điện trở có hệ số nhiệt độ lớn ổn định, điện trở suất lớn… Trong công nghiệp nhiệt điện trở chia thành nhiệt điện trở kim loại nhiệt điện trở bán dẫn 1.1.2 Nhiệt điện trở kim loại Quan hệ nhiệt điện trở nhiệt độ tuyến tính, tính lặp lại quan hệ cao nên thiết bị cấu tạo đơn giản Nhiệt điện trở kim loại thường có dạng dây kim loại màng mỏng kim loại có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ Trong điện trở kim loại chia làm loại: + Kim loại quý (Pt) + Kim loại thường (Cu, Ni…) Platin chế tạo với độ tinh khiết cao, cho phép tăng độ xác đặc tính điện trở nó, Platin cịn trơ mặt hoá học ổn định tinh thể, cho phép hoạt động tốt dải nhiệt độ rộng Ngoài lại cịn có tính lặp cao, sai số ngẫu nhiên thấp (dưới 0,01%), có độ sai khác 0.01 0C Niken có độ nhạy cao so với Platin Niken có tính hố học cao, dễ bị oxy hoá nhiệt độ tăng dải nhiệt độ làm việc bị hạn chế (dưới 250 0C) Tuy lại có giá thành rẻ đáp ứng mặt kỹ thuật hay sử dụng Đồng sử dụng nhiều thay đổi nhiệt độ đồng có độ tuyến tính cao, giống Niken hoạt tính hố học đồng lớn nên dải nhiệt độ làm việc đông bị hạn chế (dưới 180 0C) Để đạt độ nhạy cao nhiệt điện trở phải lớn muốn phải giảm tiết diện tăng chiều dài dây Để có độ bền học tốt nhiệt điện trở kim loại có trị số điện trở R vào khoảng 100Ω 00C Các nhiệt điện trở có trị số lớn thường dùng đo dải nhiệt độ thấp cho phép thu độ nhạy cao Để sử dụng cho mục đích cơng nghiệp nhiệt điện trở có vỏ bọc tốt, chống va chạm rung mạnh Đối với bạch kim điện trở nhiệt độ giới hạn từ đến 660 0C biểu diễn biểu thức: Rt = Ro(1+At+Bt2 ) (1.1) Trong Ro nhiệt độ 00C Đối với bạch kim tinh khiết thì: A = 3,940.10-3/ 0C B= -5,6.10-7/ 0C Trong khoảng từ -190 đến 00C quan hệ điện trở bạch kim với nhiệt độ có dạng: Rt = 1+At+Bt2+C(t-100)3 (1.2) Trong C = -4,10.10-12/ 0C 1.1.3 Nhiệt điện trở bán dẫn Nhiệt điện trở bán dẫn chế tạo từ hỗn hợp nhiều oxit kim loại khác (ví dụ như: CuO, MnO…) Một số nhiệt điện trở bán dẫn đặc trưng quan hệ: Rt = A.eB/T (1.3) Trong A: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý chất bấn dẫn, kích thước hình dạng vật B: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý chất bán dẫn T: Nhiệt độ Kenvin nhiệt điện trở Nhược điểm nhiệt điện trở bán dẫn có hệ số phi tuyến điện trở với nhiệt độ Điều gây khó khăn cho việc có thang đo tuyến tính việc lầm lẫn nhiệt điện trở sản xuất hàng loạt Nhiệt điện trở dùng mạch đo để đo điện trở thông thường dùng mạch cầu không cân bằng, thị Logomet từ điện cần tự động cân bằng, nhánh nhiệt điện trở sản xuất hàng loạt Nếu dùng cầu dây dụng cụ có sai số thay đổi nhiệt điện trở đường dây nhiệt độ môi trường thay đổi 1.1.4 Đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu Nguyên lý làm việc: Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu mạch từ có hay nhiều dẫn điện gồm dây dẫn A B Sebeck chứng minh mối hàn có nhiệt độ t t khác mạch khép kín có dịng điện chạy qua Chiều dòng điện phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng mối hàn nghĩa t > t dịng điện chạy theo hướng ngược lại Nếu để hở đầu xuất sức điện động nhiệt Khi mối hàn có nhiệt độ (ví dụ t0) sức điện động tổng bằng: EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = (1.4) Khi t0 t khác sức điện động tổng bằng: EAB = eAB(t) – eAB(t0) (1.5) Phương trình phương trình cặp nhiệt ngẫu (sức điện động phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ mạch vòng t t0) Như cách đo sức điện động ta tìm nhiệt độ đối tượng Phương pháp sử dụng nhiều công nghiệp cần đo nơi có nhiệt độ cao 1.1.5 IC cảm biến nhiệt độ Có nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử sản xuất loại IC bán dẫn dùng để đo dải nhiệt độ Trong mạch tổ hợp IC, cảm biến nhiệt thường điện áp chuyển tiếp p-n loại tranzitor loại bipola Một vài loại IC thường sử dụng như: IC LM 335, IC AD 22100… 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc 1.2.1 Hỏa quang kế phát xạ ... tài đề tài thiết cần thiết Việt Nam toàn giới Đồ án gồm phần Chương Tổng quan phương pháp đo nhiệt độ Chương Lựa chọn phần tử thiết bị đo không tiếp xúc Chương Thiết kế thiết bị đo thân nhiệt khơng... PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc 1.1.1 Đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở 1.1.2 Nhiệt điện trở kim loại .2 1.1.3 Nhiệt điện trở bán dẫn .3 1.1.4 Đo nhiệt. .. PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc 1.1.1 Đo nhiệt độ nhiệt kế điện trở Nguyên lý hoạt động: Điện trở số kim loại thay đổi theo nhiệt độ dựa vào thay đổi điện trở người ta đo nhiệt