Qua phân tích tình hình thực tế hiệu quả sử dụng vốn tại công ty Vinaconex 3 em đã phần nào thấy được những thành tựu mà công ty đã đạt được và những hạn chế còn tồn tại cần khắc phục trong thời gian tới để công ty có thể nâng cao hơn nữa hiệu quả kinh doanh của mình nhằm phát triển và mở rộng công ty. Tuy nhiên do trình độ lý luận và thời gian thực tập tại công ty có hạn nên bài viết này chắc chắn còn nhiều hạn chế và không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự đánh giá, góp ý của thầy giáo PGS.TS – Vũ Minh Trai và các cô chú cùng toàn thể các anh chị trong công ty để em có thể hoàn thiện bài viết nà
MỤC LỤC CHƯƠNG CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Thang đo nhiệt độ 1.1.2 Nhiệt độ đo nhiệt độ cần đo 1.1.3 Phương pháo đo nhiệt độ 1.2 Tổng quan số loại cảm biến đo nhiệt độ 1.2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 1.2.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 1.2.3 Cảm biến nhiệt độ TMP36 1.2.4 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 10 1.2.5 Cảm biến nhiệt độ PT100 11 1.3 Ứng dụng 13 1.3.1 Ứng dụng cảm biến nhiện độ dân dụng 13 1.3.2 Ứng dụng cảm biến nhiện độ công nghiệp 15 1.3.3 Ứng dụng cảm biến nhiện độ nông nghiệp 19 CHƯƠNG CẢM BIẾN ĐO VẬN TỐC 20 2.1 Khái niệm chung 20 2.2 Giới thiệu Encoder 21 2.2.1 Giới thiệu tốc độ kế điện tử 21 2.2.2 Giới thiệu tốc độ kế vòng loại xung 25 2.3 Ứng dụng 27 2.3.1 Ứng dụng điều khiển tốc độ động cho robot 27 2.3.2 Ứng dụng điều khiển tốc độ động cho hệ thống băng tải 31 CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN QUANG 32 3.1 Khái niệm chung 32 3.1.1 Tính chất ánh sáng 32 3.1.2 Các đơn vị đo quang 33 3.2 Giới thiệu số loại cảm biến quang 33 3.2.1 Cảm biến hồng ngoại 33 3.2.2 Cảm biến quang kiểu phát xạ khuếch tán 35 3.2.3 Cảm biến quang loại phản xạ gương 37 3.2.4 Cảm biến quang loại thu phát 38 3.3 Ứng dụng 40 3.3.1 Ứng dụng cảm biến quang dây chuyền đếm sản phẩm 40 3.3.2 Ứng dụng cảm biến quang hệ thống phát vật cản 41 3.3.3 Ứng dụng cảm biến quang hệ thống cảnh báo cháy 42 CHƯƠNG 4: CẢM BIẾN ĐO LƯU LƯỢNG VÀ MỨC CHẤT LƯU 43 4.1 Khái niệm chung 43 4.1.1 Lưu lượng đơn vị đo 43 4.1.2 Cảm biến đo phát mức chất lưu 43 4.2 Giới thiệu số loại cảm biến đo lưu lượng mức chất lưu 44 4.2.1 Giới thiệu số loại cảm biến đo lưu lượng 44 4.2.2 Giới thiệu số loại cảm biến đo mức chất lưu 50 4.3 Ứng dụng 53 4.3.1 Ứng dụng cảm biến lưu lượng hệ thống đo dung tích 53 4.3.2 Ứng dụng cảm biến lưu lượng hệ thống ổn định mức nước 54 CHƯƠNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 56 5.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây công nghệ ZigBee 56 5.1.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây 56 5.1.2 Tổng quan công nghệ ZigBee 63 5.2 Ứng dụng mạng cảm biến không dây giám sát điều khiển 71 5.2.1 Xây dựng hệ thống thông số môi trường sử dụng WSN 71 5.2.2 Xây dựng hệ thống quản lý chiếu sáng công cộng sử dụng WSN 76 CHƯƠNG CẢM BIẾN ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1 Khái niệm chung Trong cơng nghiệp, nhiều q trình cơng nghệ địi hỏi kiểm tra khống chế nhiệt độ cách chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất trình, đảm bảo chất lượng, sản phẩm đảm bảo an toàn cho thiết bị làm việc Do vậy, vấn đề đo nhiệt độ đóng vai trị quan trọng cơng nghiệp Tuy nhiên, việc đo xác nhiệt độ vật rắn, khối chất lỏng chất khí (gọi chung mơi trường đo) vấn đề không đơn giản Đa số đại lượng vật lý xác định trực tiếp nhờ so sánh chúng vớt đại lượng chất, nhiệt độ đại lượng đo gián tiếp dựa vào phụ thuộc tính chất vật liệu vào nhiệt độ 1.1.1 Thang đo nhiệt độ Để đo nhiệt độ trước hết phải thiết lập thang đo nhiệt độ Hiện nay, tồn nhiều thang đo khác nhau, thang đo có ưu nhược điểm riêng chưa thang đo thực hoàn thiện Dươi số thang đo phổ biến a) Thang đo nhiệt độ động học (K) Thang đo nhiệt độ động học (hay gọi thang đo nhiệt độ tuyệt đối) Thomson Kelvin xây dựng dựa sở nhiệt động học Theo định luật nhiệt động học thứ hai, cơng chu trình Cacno tỷ lệ với độ chênh lệch nhiệt độ không phụ thuộc chất đo nhiệt độ Để thiết lập thang đo gắn trị số cho nhiệt độ, Kelvin lấy điểm tan ước đá 273.15oK, đơn vị độ K độ K quy định độ chênh nhiệt độ ứng với 1% cơng chu trình Cacno điểm sôi nước điểm tan nước đá áp suất thường nhiệt độ cơng nhiệt độ có dạng: Trong Q100, Q0 Q nhiệt lượng môi chất nhiệt độ T100, T0 T Thang đo nhiệt độ tuyệt đối có tính chất túy lý luận, khơng thể thể thực tế, nhờ mà thống đơn vị đo nhiệt độ Đối với chất khí lý tưởng, quan hệ áp suất (P), thể tích (V) với nhiệt độ có dạng hồn tồn giống quan hệ cơng nhiệt theo định luật nói Tuy khí thực có khác khí lý tưởng sai khác khơng lớn điều chỉnh với độ xác cao nên dựa vào quan hệ ta xây dựng thang đo nhiệt độ thực tế b) Thang Celsius Đơn vị đo nhiệt độ oC Trong thang đo Celsius, nhiệt độ điểm nước đá tan ứng với 0oC nhiệt độ điểm nước sôi ứng với 100oC mật độ Celsius mật độ kelvin Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ kelvin là: c) Thang Fahrenheit Đơn vị nhiệt độ 0F Trong thang đo này, nhiệt độ điểm nước đá tan 320F điểm nước sôi 2120F Quan hệ nhiệt độ Fahrenheit nhiệt độ Celsius Bảng 1.1 Giá trị tương ứng số nhiệt độ quan trọng theo thang đo khác 1.1.2 Nhiệt độ đo nhiệt độ cần đo Giả sử môi trường đo có nhiệt độ thực Tx, ta đo nhận nhiệt độ Tc nhiệt độ phần tử cảm nhận cảm biến Nhiệt độ Tx gọi nhiệt độ cần đo, nhiệt độ Tc gọi nhiệt độ đo Điều kiện để đo nhiệt độ phải có cân môi trường đo cảm biến Tuy nhiên, nhiều nguyên nhân, nhiệt độ cảm biến không đạt tới nhiệt độ mơi trường Tx, tồn chênh lệch nhiệt độ Tx - Tc định Chúng ta khảo sát trường hợp đo cảm biến tiếp xúc Lượng nhiệt truyền từ môi trường vào cảm biến xác định theo công thức: dQ = 𝛼𝐴(Tx - Tc)dt Với: 𝛼: hệ số trao đổi nhiệt A: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt t: thời gian trao đổi nhiệt Lượng nhiệt cảm biến hấp thụ dQ = mcd Tc Với: 𝑚: khối lượng cảm biến c: nhiệt dung cảm biến Nếu bỏ qua tổn thất nhiệt cảm biến mơi trường ngồi ta có: 𝛼𝐴(Tx - Tc)dt = mcd Tc Đặt mc = 𝜏 gọi hệ số thời gian nhiệt, ta có: 𝛼𝐴 𝑑Tc) 𝑑𝑡 Tx − Tc = 𝜏 Nghiệm phương trình có dạng: Tc = Tx - k𝑒−𝜏𝑡 Hình 1.1 Trao đổi nhiệt cảm biến Độ xác phép đo phụ thuộc vào số hiệu (Tx − Tc), hiệu số bé, độ xác phép đo cao Muốn đo cần phải: + Tăng cường trao đổi nhiệt cảm biến môi trường đo + Giảm trao đổi nhiệt cảm biến mơi trường bên ngồi Để tang cường trao đổi nhiệt môi trường đo cảm biến ta phải dùng cảm biến có phần tử cảm nhận có tỉ nhiệt thấp, hệ số dẫn nhiệt cao Để hạn chế tổn thất nhiệt từ cảm biến ngồi tiếp điểm dẫn từ phần tử cảm nhận mạch đo bên ngồi phải có hệ số dẫn nhiệt thấp 1.1.3 Phương pháo đo nhiệt độ Như biết, nhiệt độ đo trực tiếp mà phải đo gián tiếp thông qua thay đổi tính chất vật liệu theo nhiệt độ Bởi để đo nhiệt độ cần phải biết quan hệ thay đổi tính chất vật lý mơi trường đo cảm biến theo nhiệt độ, tính chất phải phụ thuộc đơn trị vào nhiệt độ Thơng qua xác định tính chất mơi trường đo cảm biến ta xác định nhiệt độ môi trường đo Theo nguyên tác đo, người ta chia hai phương pháp đo gồm đo tiếp xúc đo không tiếp xúc Phương pháp đo tiếp xúc: Khi đo, cảm biến tiếp xúc với môi trường đo, phép đo dựa tượng: + Giãn nở vật liệu + Biến đổi trạng thái vật liệu + Thay đổi điện trở vật liệu + Hiệu ứng nhiệt điện Phương pháp đo không tiếp xúc: Khi đo cảm biến không tiếp xúc với môi trường đo, phép đo dựa vào phụ thuộc xạ nhiệt mơi trường đo vào nhiệt độ, ví dụ đo nhiệt độ hỏa kế 1.2 Tổng quan số loại cảm biến đo nhiệt độ 1.2.1 Cảm biến nhiệt độ LM35 Hình 1.2 Cảm biến nhiệt độ LM35 Điện áp hoạt động: 4~20VDC Công suất tiêu thụ: khoảng 60uA Khoảng đo: -55°C đến 150°C Điện áp tuyến tính theo nhiệt độ: 10mV/°C Sai số: 0.25°C Kiểu chân: TO92 Kích thước: 4.3 × 4.3mm 1.2.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 Hình 1.3 Sơ đồ cảm biến DS18B0 Thông số kỹ thuật: Nguồn : - 5.5V Dải đo nhiệt độ : -55 - 125 độ C ( -67 - 257 độ F) Sai số : +/- 0.5 độ C đo dải -10 - 85 độ C Độ phân giải : từ - 12 bits Chuẩn giao tiếp : 1-Wire ( dây ) Có cảnh báo nhiệt vượt ngưỡng cho phép cấp nguồn từ chân data Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa : 750ms ( chọn độ phân giải 12bit ) Mỗi IC có mã riêng (lưu EEPROM IC) nên giao tiếp nhiều DS18B20 dây Mỗi IC DS18B20 có mã 64bit riêng biệt bao gồm: bit Family code, 48 bit serial code bit CRC code lưu Rom Các giá trị giúp phân biệt IC với bus Giá trị Family code DS18B20 28h giá trị CRC kết q trình kiểm tra 56 bits trước Tổ chức nhớ Scratchpad: Bộ nhớ DS18B20 bao gồm ghi 8bits Byte lưu giá trị nhiệt độ chuyển đổi Byte lưu giá trị ngưỡng nhiệt độ (giá trị lưu điện) Byte ghi cấu hình cho hoạt động DS18B20 Byte 5,6 không sử dụng Byte ghi đọc lưu giá trị CRC từ byte đến byte Dữ liệu byte 2,3,4 ghi thông qua lệnh Write Scratchpad [4Eh] liệu truyền đến DS18B20 với bit LSB byte 2, sau ghi liệu đọc lại thông qua lệnh Read Scratchpad [BEh] đọc Scratchpad bit LSB byte gửi trước tất byte đọc, ghi byte 2,3 Để chuyển giá trị TH TL từ nhờ vào EEPROM cần gửi lệnh Copy Scratchpad [48h] đến DS1820 Và liệu từ EPROM chuyển vào ghi TH,TL thông qua lệnh Recall E2 [B8h] 1.2.3 Cảm biến nhiệt độ TMP36 Cảm biến TMP36 cảm biến nhiệt độ điện áp thấp Mà ngõ điện áp tuyến tính theo tỉ lệ với nhiệt độ C nhiệt độ K LM36 không yêu cầu phải có thêm mạch tinh chỉnh bên ngồi để cung cấp độ xác nhiệt độ phịng Hình 1.4 Cảm biến nhiệt độ TMP 36 Các tính TMP 36: + Điện áp nuôi: từ 2.7 V đến 5.5 V + Hệ số tỷ lệ ngõ ra: 10mV/oC + Dải nhiệt độ đo: 400 C đến 1250 C + Cường độ dịng điện cung cấp: 50 µA +) Tính tốn nhiệt độ Ta có nhiệt độ 25oC điện áp đầu U (mV) = 750 mV [8] Hình 1.5 Điện áp nhiệt độ cảm biến TMP 36 Ta có cơng thức nhiệt độ sau : t + 50 oC = U (mV)/K (1) Trong đó: + t nhiệt độ môi trường [K] + K hệ số tỷ lệ đầu TMP36: K = 10mV/°C Ta có hàm truyền sau: Hình 1.6 Hàm truyền tính tốn giá trị nhiệt độ Từ hàm truyền ta có : U (mV) = t*K (2) Thay (1) vào (2) ta được: U (mV)= (t + 50oC)*10mV/°C (3) Trong XBee có ADC = 10 bit Mà giá trị đầu vào analog đọc lớn 1.2 V Ta có bước thay đổi: n = 1200 mV 1023 Giá trị ADC đo từ giá trị điện áp đầu vào: ADC_value = U/n = ((t+50oC)*10 mV/°C)/ 1200 mV (4) 1023 Suy giá trị nhiệt độ đo được: t = (ADCvalue*1200)/(10*1023) – 50 (5) Sai số hệ thống đo + Tại độ C điện áp TMP 36 500 mV + Tại 100 độ C điện áp TMP 1500 mV => Giải điện áp ADC biến đổi là: 1500 - 500 = 1000 (mV) (6) + ADC 10 bit nên bước thay đổi ADC : n = 1200 (mV) (7) 1023 Vậy sai số hệ thống đo : Y = (1.17/1000)*100 = 0.117 % (8) 1.2.4 Cảm biến nhiệt độ - độ ẩm DHT11 Lựa chọn cảm biến DHT11 để cảm biến nhiệt độ, độ ẩm môi trường thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thông qua giao tiếp 1-wire ( giao tiếp digital 1-wire truyền liệu nhất) Cảm biến tích hợp tiền xử lý tín hiệu giúp liệu nhận xác mà khơng cần phải qua tính tốn [14] 10