đề rài vi mạch 2

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, nhóm thực xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu, quý Thầy Cô trường đặc biệt quý Thầy Cô khoa Điện Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội, tận tình dẫn, truyền đạt kiến thức tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm thực suốt trình học tập vừa qua Đặt biệt nhóm thực xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Bá Khá tận tình hướng dẫn, quan tâm theo dõi động viên nhóm thực để hồn thành tốt đồ án Ngồi ra, nhóm thực đề tài xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè khóa người thân chung quanh giúp đỡ vật chất tinh thần để nhóm thực đạt thành tích ngày hơm Trong q trình làm đồ án, nhóm cố gắng chọn lọc nội dung trình bày rõ ràng, có hệ thống Tuy nhiên trình làm hạn chế mặt kiến thức thời gian chuẩn bị ngắn nên chắn cịn nhiều thiếu xót nhóm mong giúp đỡ bạn đọc để tài liệu ngày hay hoàn thiện Xin trân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp giúp đỡ q trình soạn thảo bước đầu hồn thiện tài liệu Nhóm thực đề tài Đề tài: Dùng vi mạch tương tự tính tốn, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0-(60+n)0C - Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V I=0-20mA + Dùng cấu đo để thị - Đưa tín hiệu cảnh báo đèn, còi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: Ud=(tmaxtmin)/2 n: Số thứ tự sinh viên danh sách -n=26 Vậy : - Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V I=0-20mA - Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0- 860C MỤC LỤC Lời cảm ơn Mục lục Chương 1: Tổng quan mạch đo 1.1 Tổng quan mạch đo 1.1.1 Giới thiệu 1.1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2 Tổng quan mạch đo 1.2.1 Khái niệm chung 1.2.2 Các phương pháp nhiệt độ Chương 2: Giới thiệu thiết bị 2.1 Cảm biến nhiệt độ *Đo nhiệt độ với cảm biến DS 18b20 Tổng quan Lấy nhiệt độ với DC 18b20 Sơ đồ nối cảm biến DC 18b20 Đọc nhiệt độ *Cảm biến nhiệt độ LM 35 Mô tả chung Cấu tạo chung *Sử dụng MODULE ANALOG Giới thiệu chung MODULE ANALOG Giới thiệu MODULE ANALOG EM235 Cách đấu dây Chương 3: Tính tốn, thiết kế mạch đo 3.1: Lựa chọn cảm biến Thiết kế mạch đo 3.2: Thiết kế mạch cảnh báo cho thiết bị 3.3: Thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa, mạch nguồn cung cấp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO 1.1 Tổng quan mạch đo 1.1.1 Gới thiệu Để thực phép đo đại lượng phụ thuộc vào đặc tính đại lượng cần đo ,điều kiện đo, độ xác yêu cầu phép đo mà ta thực nhiều cách khác sở hệ thống đo lường khác sở hệ thống đo lường khác Sơ đồ hệ thống đo lường tổng quát: Khối chuyển đổi  Mạch đo - Chỉ thị Chỉ thị Sơ đồ khối đo AD Cảm biến Cảm biến Bộ khuếch đại Mạch chuyể n đổi U/I Mạch So Sánh LED Còi, đèn -Khối chuyển đổi: làm nhiệm vụ đổi trực tiếp đại lượng vật lý đặc trưng cho đối tượng cần đo biến đổi đại lượng thành đại lượng vật lý thống (dòng điện hay điện áp ) để thuận lợi cho việc tính tốn -Khối so sánh: làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu vừa đưa với tín hiệu cài đặt.Tuỳ theo tín hiệu ngõ ra, định để cấu chấp hành gia tăng, giảm, hay giữ ngun nhiệt độ chí kết hợp để báo động hiển thị -Mạch đo: có nhiệm vụ tính tốn biến đổi tín hiệu điện nhận từ chuyển đổi cho phù hợp với yêu cầu kết đo thị -Khối thị:làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận từ mạch đo để thể kết đo Hệ thống đo lường số áp dụng để thực đề tài có ưu điểm: tín hiệu tương tự qua biến đổi thành tín hiệu số có xung rõ ràng trạng thái 0,1 giới hạn nhiều mức tín hiệu gây sai số Mặt khác ,hệ thống tương thích với liệu máy tính,qua giao tiếp với máy tính ứng dụng rộng rãi kỹ thuật Có thể mà hình LCD, LED 7hoawcj LED đơn -Khối khuếch đại dùng làm ứng dụng thông thường, đầu điều khiển mạch hồi tiếp âm cho xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào tổng trở đầu 1.1.2: Nguyên lý hoạt đông Đối tượng cần đo đại lượng vật lý,dựa vào đặc tính đối tượngcần đo mà ta chọn loại cảm biến phù hợp để biến đổi thông số đại lượngvật lý cần đo thành đại lượng điện ,đưa vào mạch chế biến tín hiệu(gồm:bộcảm biến,hệ thống khuếch đại,xử lý tín hiệu) Bộ chuyển đổi tín hiệu sang số ADC(Analog Digital Converter) làmnhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số kết nối với vi xử lý Bộ vi xử lý có nhiệm vụ thực phép tính xuất nhữnglệnh sở trình tự lệnh chấp hành thực trước Bộ dồn kênh tương tự (multiplexers) chuyển ADC dùngchung tất kênh Dữ liệu nhập vào vi xử lý có tín hiệu chọn đúngkênh cần xử lý đê đưa vào chuyển đổi ADC đọc giá trị đặc trưngcủa qua tính tốn để có kết đại lượng cần đo 1.2 Tổng quan đo nhiệt độ 1.2.1 Khái niệm chung Trong nghiên cứu khoa học, sản xuất đời sống sinhhoạt ngày, luôn cần xác định nhiệt độ mơi trường hay mộtvật Vì việc đo nhiệt độ trở thành việc làm vô cầnthiết Đo nhiệt độ phương thức đo lường không điện Nhiệt độ cần đo thấp (một vài độ Kelvin), cao (vàingàn, vài chục ngàn độ Kelvin) Độ xác nhiệt độ có cần tới mộtvài phần ngàn độ, có vài chục độ chấp nhận Việcđo nhiệt độ tiến hành nhờ dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt cặp nhiệtđiện, nhiệt điện trở, diode transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh … Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo sai số cho phép mà người ta lựachọn loại cảm biến phương pháp đo cho phù hợp 1.2.2 Các phương pháp đo nhiệt độ Tùy theo nhiệt độ đo dùng phương pháp khác Thông thường nhiệt độ đo chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình,nhiệt độ cao Ở nhiệt độ trung bình thấp phương pháp phương pháp tiếp xúc nghĩa cảm biến đặt trực tiếp môi trường cần đo.Đối với nhiệt độ cao đo phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ngồi mơi trường đo a, Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ cơng nghiệp thường nhiệt kế tiếpxúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với mơi trường đo Đốivới mơi trường khí nước, chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt Khi đo nhiệtđộ chất hạt (cát, đất…), cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối b, Đo nhiệt cao độ phương pháp tiếp xúc Ở môi trường nhiệt độ cao từ 1600oC trở lên, cặp nhiệt ngẫu không chịu lâu dài, để đo nhiệt độ mơi trường người ta dựa trênhiện tượng q trình q độ đốt nóng cặp nhiệt: ϴ= ƒ(ṭ)= ∆T(1Trong : ϴ: lượng tăng nhiệt độ đầu nóng thời gian t ∆T - hiệu nhiệt độ môi trường đo cặp nhiệt ∂: số thời gian cặp nhiệt ngẫu Dựa quan hệ xác định nhiệt độ đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu làm việc cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ Nhúng nhiệt ngẫu vào môi trường cần đo khoảng (0,4 – 0,6)s, ta phần đầu đặc tính q trình q độ nhiệt ngẫu theo tính nhiệt độ mơi trường Nếu nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu thời gian nhúng vào môi trường cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng nửa nhiệt độ mơi trường nhiệt độ tính có sai số khơng q hai lần sai số nhiệt kế nhiệt nhẫu đo trực tiếp Phương pháp dùng để đo nhiệt độ thép nấu chảy c, Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối, tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cảm biến đo nhiệt độ Trước tiên, cảm biến gì:Cảm biến thiết bị dùng để đo, đếm, cảm nhận,…các đại lượng vật lý không điện thành tín hiệu điện Ví dụ: Nhiệt độ đại lượng không liên quan đến điện phải chuyển đại lượng khác ( điện trở, điện áp ) để phù hợp với cấu điện tử Các cảm biến thường dùng HVAC: Cảm biến nhiệt, áp suất, độ ẩm, mức nước, lưu lượng gió, lưu lượng khí, đo nồng độ hóa chất nước, CO2, khói, … * Phân loại cảm biến - Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ) - Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector ) - Thermistor - Bán dẫn ( Diode, IC ,….) - Ngoài cịn có loại đo nhiệt khơng tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ) Dùng hồng ngoại hay lazer Lưu ý sử dụng: Vì chế tạo từ thành phần bán dẫn nên cảm biến nhiệt Bán Dẫn bền, không chịu nhiệt độ cao Nếu vượt ngưỡng bảo vệ làm hỏng cảm biến Cảm biến bán dẫn loại tuyến tính giới hạn đó, ngồi dải cảm biến tác dụng Hết sức quan tâm đến tầm đo loại cảm biến để đạt xác Loại cảm biến chịu đựng môi trường khắc nghiệt: Ẩm cao, hóa chất có tính ăn mịn, rung sốc va chạm mạnh *Đo nhiệt độ với cảm biến DS18B20 Tổng Quan:DS18B20 IC cảm biến nhiệt độ, bao gồm chân, đóng gói dạng TO-92 chân nhỏ gọn Gần có cho đời IC cảm biến nhiệt cao cấp, chúng hổ trợ chuẩn truyền thông I2C ( DS18B20 ) mở xu hướng “ giới cảm biến” IC Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Đặc điểm DS18B20 sau: + Lấy nhiệt độ theo giao thức dây (1wire) + Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải config 9,10,11,12 bit, tùy theo sử dụng Trong trường hợp khơng config tự động chế độ 12 bit Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa 750ms cho mã hóa 12 bit +Có thể đo nhiệt độ khoảng -55 -> +125°C Với khoảng nhiệt độ -10°C to +85°C độ xác ±0.5°C, ±0.25°C , ±0.125°C, ±0.0625°C theo số bít config + Có chức cảnh báo nhiệt nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép Người dùng lập trình chức cho DS18B20 Bộ nhớ nhiệt độ cảnh báo không bị mất nguồn có mã định danh 64 bit chứa nhớ ROM chip (on chip), giá trị nhị phân khắc tia laze + Cảm biến nhiệt độ DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, bạn kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà dùng dây dẫn để giao tiếp với IC Với DS18B20 bạn hồn tồn tạo cho mạch cảm biến nhiệt độ theo ý muốn + Điện áp sử dụng : – 5.5 V + Dòng tiêu thụ chế 4mA-20mA ... Tổng quan mạch đo 1.1 Tổng quan mạch đo 1.1.1 Giới thiệu 1.1 .2 Nguyên lý hoạt động 1 .2 Tổng quan mạch đo 1 .2. 1 Khái niệm chung 1 .2. 2 Các phương pháp nhiệt độ Chương 2: Giới thiệu thiết bị 2. 1 Cảm... ANALOG EM235 Cách đấu dây Chương 3: Tính tốn, thiết kế mạch đo 3.1: Lựa chọn cảm biến Thiết kế mạch đo 3 .2: Thiết kế mạch cảnh báo cho thiết bị 3.3: Thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa, mạch nguồn... Tầm đo Độ xác Đầu LM34A -55°F ÷ 300°C 2? ?F 10mV/F LM34 -55°F ÷ 300°C 3°F 10mV/F LM34CA -40°F ÷ 23 0°C 2? ?F 10mV/F LM34C -40°F ÷ 23 0°C 3°F 10mV/F LM34D - 32? ?F ÷ 21 2°C 4°F 10mV/F Họ LM35 LM35A -55°C÷