Thiết kế mạch thu thập số liệu 8 kênh sử dụng họ vi điều khiển mcs 51

Đề tài: Thiết kế mạch thu thập số liệu kênh sử dụng họ vi điều khiển MCS 51 Đồ án tốt nghiệp Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - *** - Cộng hoà xà hội chủ nghĩa việt nam Độc lập - Tù - H¹nh NhiƯm vơ ThiÕt kÕ tốt nghiệp Họ tên Khoá Khoa Ngành học Đầu đề thiết kế: Các số liệu ban đầu: ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Néi dung thuyÕt minh tính toán: Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội §å ¸n tèt nghiƯp ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… Các vẽ đồ thị ( ghi rõ loại vẽ kích thớc vẽ): ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… C¸n bé híng dÉn: Phần Họ tên cán ……………………………………………………………………………………………………………………… Ngµy giao nhiƯm vơ thiÕt kÕ ……………………………………………………………………… Ngày hoàn thành nhiệm vụ Ngày tháng năm Cán bé h­íng dÉn (Ký, Ghi râ hä tªn) Chđ nhiƯm môn (Ký, Ghi rõ họ tên) Học sinh đà hoàn thành (và nộp toàn thiết kế cho Khoa) Ngày tháng năm Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Với sù tiÕn bé kh«ng ngõng cđa khoa häc kü tht đặc biệt ngành điện tử việc chế tạo vi mạch điện tử, mạch vi xử lý đà tạo bớc ngoặt quan trọng phát triển khoa học Việc phát triển công nghiệp hoá, đại hoá nhiệm vụ quan trọng hàng đầu quốc gia việc xây dựng phát triển đất nớc Việc ứng dụng thiết bị đo hệ thống đo lờng có sử dụng vi điện tử, vi xử lý máy tính ngày có hiệu Có thể tạo hệ thống thông minh từ P, C Điều cho phép kỹ s đo lờng tin học công nghiệp có tay công cụ mạnh để thu thập xử lý thông tin, điều khiển tự động trình sản xuất Một hệ vi xử lý tối đa giới hạn số lợng thành phần, chức thực quy mô ứng dụng Vấn đề đặt thiết kế tổ chức phần cứng phải tối thiểu thành phần nhằm tăng tốc độ, giảm giá thành tăng độ tin cậy Phải xây dựng đợc phần mềm điều khiển thật tối u nhằm tăng khả linh hoạt mềm dẻo xử lý, gia công biến đổi tín hiệu mà hệ phải thực Trong thời gian thực tập vừa qua em đợc giao đề tài "Tính toán thiết kế hệ thu thập số liệu kênh sử dụng họ vi điều khiển truyền số liệu lên máy tính" Đợc hớng dẫn tận tình thầy giáo hớng dẫn, cán nơi thực tập tạo điều kiện thuận lợi môn với nỗ lực thân em đà làm đợc số phần đồ án Em mong đợc dẫn thêm thầy để em hoàn thiện đồ án Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Nội dung đồ án gồm phần sau: Phần I: Nhiệm vụ th Phần II: sở kiến thức Chơng I : phơng pháp đo số đại lợng không điện Chơng II : Họ vi điều khiển MCS 51 Chơng III : Giới thiƯu vỊ mét sè linh kiƯn cÇn dïng PhÇn III : tính toán thiết kế Phần i Nhiệm vụ th Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, việc áp dụng thành tựu khoa học vào đời sống sản xuất ngày nhiều Hiện nhà máy xí nghiệp việc tự động hoá trình sản xuất, tự động hoá thiết bị điều khiển vấn đề quan trọng Trong thiết bị tự động muốn điều khiển trình cách tối u thiết phải có thiết bị đo, nhờ thiết bị đo ngời ta kiểm soát đợc thông số hệ thống mà từ đa tín hiệu điều khiển nhằm làm cho hệ thống hoạt động ổn định Trớc ngành vật liệu cha tìm vật liệu mới, dụng cụ đo thờng đợc làm có độ xác không cao, dải đo hẹp, không làm việc đợc môi trờng đòi hỏi độ bền học cao Khi ngành vật liệu tìm đợc vật liệu mới, công nghệ chế tạo phát triển đà tạo thiết bị đo thông minh, có độ cao, làm việc đợc Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp môi trờng khắc nghiệt nh : đo nhiệt độ lò nung, đo nồng độ chất hoá học, đo áp suất cao Nhờ thiết bị đo thông minh ngời ta kiểm soát thông số hệ thống cách chặt chẽ Khi khoa học kỹ thuật ngày phát triển việc đo không biết giá trị đại lợng cần đo mà giá trị thông tin cần đợc lu trữ đợc xử lý Để cho trình thu thập thông tin đo cách tự động ngời ta gắn vào thiết bị đo vi điều khiển nhằm điều khiển trình đo, xử lý truyền liệu lên máy tính đa sang hệ thống khác Theo nh yêu cầu toán đặt xây dng hệ thống đo, thu thập nhiệt độ tua bin máy phát điện Với kênh đo nhiệt độ vị trí khác dải nhiệt độ khác việc sử dụng vi điều khiển để điều khiển hệ điều cần thiết ảnh hëng trùc tiÕp ®Õn tèc ®é xư lý cđa hƯ thống Hiện nay, thị trờng có nhiều họ vi ®iỊu khiĨn nh : MCS - 51, 68HC11, PIC, AVR việc lựa chọn vi điều khiển cho hệ thống cần phải có giá thành rẻ nhng đáp ứng đợc yêu cầu toán tối u ta sử dụng vi điều khiển 8051 đủ để điều khiển hệ thống hoạt ®éng tèt Trong hƯ thèng ®o ngoµi bé vi ®iỊu khiển 8051 ta sử dụng vi mạch điện tử thiết bị khác nh : Mạch chuyển ®ỉi t¬ng tù - sè 12 bit ICL7109 cã ®é xác cao, mạch giải mà địa 74LS138, mạch dồn kênh HEF4051, cổng logic (AND) phần tử (điện trở, điện dung, tinh thể thạch anh), IC thuật toán, thiết bị cảm biến, cổng truyền tin theo chuẩn RS232 Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Từ thiết bị ta xây dựng hệ đo thu thập số liệu với phần tử trung tâm vi điều khiển 8051 để điều khiển hoạt động mạch Trong hệ thống hoạt động hệ vi điều khiển quản lý từ việc lệnh cho thiết bị đo lấy số liệu đến việc truyền xử lý số liệu Số liệu đo đợc từ sensor đợc đa qua chuẩn hoá để chuẩn hóa tín hiệu Tín hiệu tơng tự đợc đa qua chuyển đổi tơng tự - số (ADC) để chuyển đổi thành tín hiệu số đa vào vi điều khiển Vi điều khiển đọc số liệu này, nhân chia số liệu đa hiển thị LED đồng thời gửi số liệu lên máy tính để lu trữ Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Phần II Cơ sở kiến thức Chơng I phơng pháp đo nhiệt độ I Khái quát Trong tất đại lợng vật lý, nhiệt độ đại lợng đợc quan tâm nhiều Đó nhiệt độ có vai trò định nhiều tính chất vật chất Một đặc điểm tác động nhiệt độ làm thay đổi cách liên tục đại lợng chịu thay đổi Bởi nghiên cứu khoa học, công nghiệp đời sống hàng ngày việc đo nhiệt độ điều cần thiết Đối với việc đo nhiệt độ lại có nhiều phơng pháp đo khác Trong có số phơng pháp đo sau: - Phơng pháp quang dựa phân bố phổ xạ nhiệt độ dao động nhiệt (Hiệu ứng Doppler) - Phơng pháp dựa giÃn nở vật rắn, chất lỏng chất khí (Với áp suất không đổi) dựa tốc độ âm - Phơng pháp điện dựa phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ, hiệu ứng Seebeck dựa thay đổi tần số dao động thạch anh Ngời ta thờng chia làm dải nhiệt độ đo: nhiệt độ thấp, trung bình cao Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Dải nhiệt độ thấp từ -2730C 1000 0C Nó thờng đợc đo dụng cụ nh nhiệt điện trở, bán dẫn, phơng pháp cộng hởng từ hạt nhân Dải nhiệt độ trung bình từ 1000 0C 3000 0C Nó thờng đợc đo dụng chụ đợc chế tạo từ vật liệu có độ chịu nhiệt cao, hoả quang kế, xạ phơng pháp cờng độ sáng Dải nhiệt độ cao từ 3000 0C 100.000 0C Đây dải nhiệt độ đòi hỏi thiết bị đo phải có độ chịu nhiệt tốt nhng có độ xác cần tơng đối Thông thờng ta dùng hoả quang kế màu sắc phổ quang kế Để đo nhiệt độ ngời ta chia làm loại phơng pháp đo: Phơng pháp đo tiếp xúc phơng pháp đo không tiếp xúc Phơng pháp đo tiếp xúc thờng dùng với dải nhiệt độ thấp trung bình phơng pháp đo không tiếp xúc dùng với dải nhiệt độ cao Việc đo nhiệt độ đợc tiến hành nhờ số dụng cụ đo nh: + cặp nhiệt điện + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh + Các IC cảm biến nhiệt II Các phơng pháp đo nhiệt độ: a Cặp nhiệt điện: Cấu tạo: cặp nhiệt điện đợc cấu tạo từ hai kim loại khác nối chung đầu lại với Suất điện động E đầu phụ thuộc vào chất vật liệu dây dẫn a, b phụ thuộc vào nhịêt độ t1, t2 Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội