hệ thống đo lường là một tập hợp các thiết bịphần tử đo lường và quy tắc liên hệ giữa chúng hệ thống đo lường thường sử dụng gồm hệ thống đơn vị quốc tế si

● Có 3 chuẩn đo lường gồm: +Chuẩn đo lường quốc gia +Chuẩn đo lường chính +Chuẩn đo lường công tác ● Các thành phần trong hệ thống: + Khối hiển thị: Có chức năng hiển thị hoặc ghi/lưu t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

֎ Báo cáo cuối kỳ

Môn: Đo lường nâng cao

Sinh viên thực hiện : Bùi Đức Huy

Lớp : K65AT

Câu 1:

● Hệ thống đo lường là một tập hợp các thiết bị/phần tử đo lường và quy tắc liên hệ giữa chúng Hệ thống đo lường thường sử dụng gồm:

hệ thống đơn vị quốc tế (SI), hệ thống đơn vị đo lường Anh, hệ thống đơn vị theo thông lệ Mỹ

● Chuẩn đo lường: là phương pện kỹ thuật để thể hiện, duy trì đơn vị

đo của đại lượng đo và được dùng làm chuẩn để so sánh với

phương pện đo hoặc chuẩn đo lường khác

● Có 3 chuẩn đo lường gồm:

+)Chuẩn đo lường quốc gia

+)Chuẩn đo lường chính

+)Chuẩn đo lường công tác

● Các thành phần trong hệ thống:

+) Khối hiển thị: Có chức năng hiển thị hoặc ghi/lưu trữ hoặc truyền tín hiệu đi xa (tới bộ hiển thị từ xa)

+) Khối xử lý tín hiệu: Cải thiện chất lượng đầu ra của hệ thống đo lường theo một cách nào đó Một loại phần tử xử lý tín hiệu rất phổ biến là bộ khuếch đại điện tử, khuếch đại đầu ra của đầu dò sơ cấp hoặc phần tử biến đổi biến đổi, cải thiện độ nhạy và độ phân giải của phép đo Khối này có thể được tích hợp thêm chức năng phát tín hiệu

+) Cảm biến: Là thiết bị phát hiện hoặc đo đạc một đại lượng vật lý trong môi trường, ghi lại hoặc chỉ thị hoặc một phản ứng khác đối với đại lượng đo được Ngày nay, đầu ra của cảm biến thường là tín hiệu điện (điện áp, dòng điện, điện trở )

● Thông số cơ bản của hệ thống đo lường:

+) Độ chính xác (accuracy/precision)

+) Dung sai (tolerance)

+) Độ phân giải (resolution)

+) Khoảng đo (span/range/scale)

+) Độ tuyến tính (linearity)

+) Độ nhạy (sensitivity)

+) Độ trôi (drift/bias)

+) Độ trễ (hysteresis)

+) Vùng chết (dead space)

+) Độ động (dynamic performance)

+) Điều kiện môi trường

+) Cấp bảo vệ (IPxx)

+) Khả năng bảo trì

+) Độ ổn định

● Phân loại hệ thống đo lường:

+) Hệ thụ động (passive): đầu ra được tạo ra hoàn toàn bởi đại

lượng được đo

+) Hệ chủ động (acitve): đại lượng được đo chỉ đơn giản là điều chỉnh độ lớn của một số nguồn điện bên ngoài qua đó, gián tiếp thay đổi đầu ra

+) Hệ đo cân bằng (null-type): so sánh đại lượng cần đo với giá trị đã biết thông qua việc đạt điều kiện cân bằng

+) Hệ đo lệch (deflection type): độ lớn của hiệu ứng lệch tăng tỷ lệ với sự gia tăng độ lệch hoặc độ dịch chuyển của hệ chuyển động do đại lượng đo gây ra

+) Hệ tương tự (analog): đầu ra thay đổi liên tục khi đại lượng được

đo thay đổi, có vô số giá trị thuộc khoảng đo

+) Hệ số (digital): đầu ra thay đổi theo các bước rời rạc và chỉ có một

số lượng giá trị hữu hạn

+) Hệ đo chỉ thị: đầu ra được đọc thông qua dang hiển thị (đồ thị, đồng hồ )

+) Hệ đo có đầu ra dạng tín hiệu điện, quang, áp suất

+) Hệ đo thông minh (smart): có tích hợp bộ vi xử lý

● Ứng dụng:

Quy định thương mại, sử dụng các công cụ đo lường các đại lượng vật lý như chiều dài, thể tích và khối lượng theo hệ SI

+) Chức năng giám sát

+) Một phần của hệ thống điều khiển tự động vòng kín

Câu 2:

Chủ đề: Thiết bị đo thông minh

● Cảm biến thông minh:

+) Chức năng cao cấp: chịu lỗi (fault- tolerance), xử lý dữ liệu số, tính toán phân tán

+) Kết nối truyền thông

● Bộ chuyển đổi tín hiệu thông minh:

+) Có khả năng bù nhiễu môi trường;

+) Sử dụng được cho nhiều loại cảm biến và tự động thiết lập khoảng

đo phù hợp;

+) Tự hiệu chuẩn và tự chuẩn đoán lỗi;

+) Có thể tuyến tính đặc tính đo;

+) Cải thiện độ chính xác, độ tin cậy

● Các khâu xử lý tính toán:

+) Số có dấu:

+) Số thực: 𝑥 = (−1)𝑠 1 𝑓×2𝑒

● Kiến trúc bộ nhớ:

+) Vùng nhớ chương trình và vùng nhớ dữ liệu độc lập

● Khối tính toán logic:

+) Thực hiện các phép tính số học cho số hạng nhị phân: cộng, trừ, cộng/trừ có nhớ, cộng/trừ tích luỹ;

+) Cấu tạo là mạch tổ hợp logic (AND, OR, XOR, NOT, NAND, NOR)

● Khối tính toán số thực:

+) Thực hiện các phép tính với số thực dấu phẩy động: cộng, trừ, nhân, chia và căn bậc hai

+) Được tích hợp trong một số loại uP/uC 32-bit trở lên, là phần cứng không thể thiếu trong DSP

● Xử lý tín hiệu:

+) Bù nhiễu môi trường:

Cảm biến chính đo thông số vật lý cần đo, cảm biến phụ đo các thông số môi trường, hiệu chỉnh kết quả đo dựa theo giá trị của thông số môi

trường

+) Xác định cơ chế vật lý của điều kiện môi trường tác động đến phép

đo đại lượng vật lý cần đo và thông số môi trường tương ứng;

+) Lượng hoá được từng thông số gây ảnh hưởng đến phép đo;

+) Lựa chọn cảm biến đo phù hợp

● Tuyến tính hóa: Là sự biến đổi mối liên hệ phi tuyến trong đường đặc tính đo thành mối liên hệ tuyến tính giữa dữ liệu đầu ra và đại lượng cần đo đầu vào

● Lọc nhiễu: Là sự loại bỏ thành phần biến động, gây ra do yếu tố bên ngoài, lẫn vào trong dữ liệu đo của đại lượng vật lý cần đo

● Bộ lọc FIR (đáp ứng xung hữu hạn)

● Bộ lọc IIR (đáp ứng xung vô hạn)

● Truyền thông trong hệ thống tự động hóa:

+) Kết nối các thiết bị trong hệ thống

+) Phân cấp quản lý

+) Phương tiện truyền dẫn: không dây, có dây

+) Đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu

+) Xử lý kiểm soát thời gian thực

+) Tin cậy và tương thích môi trường công nghiệp

● Giao thức CAN:

Là giao thức truyền thông dựa trên bản tin, được thiết kế để cho phép các phần tử giao tiếp với nhau mà không cần một bộ chủ Cơ chế truyền tin nối tiếp dữ liệu trên cùng đường dây, cho phép nhiều thiết bị truyền cùng lúc gửi bản tin tuy nhiên chỉ có phần tử với mức ưu tiên cao nhất có thể tiếp tục truyền trong khi các thiết bị khác phải dừng lại

+) Đường truyền: cặp dây;

+) Chế độ truyền: đa điểm, không có trạm chủ

● Chẩn đoán lỗi:

Chẩn đoán lỗi hoặc cách ly lỗi đề cập đến việc giám sát hệ thống và xác định lỗi khi chúng xảy ra, đồng thời xác định loại và vị trí của lỗi, cùng với một hoặc nhiều nguyên nhân cốt lõi của lỗi, từ đó có thể thực hiện hành động khắc phục

Hệ thống càng phức tạp, yêu cầu về chẩn đoán lỗi càng lớn;

Phân loại

+) Chẩn đoán theo mô hình:

Mô hình được xây dựng dựa trên những hiểu biết cơ bản về hoạt động của thiết bị, nguyên lý đo, đường đặc tính đo Mô hình có thể là định tính hoặc định lượng

+) Mô hình định tính xác định mối quan hệ đầu vào/đầu ra của thiết bị thông qua các chức năng định tính được quy định trong thiết bị

+) Mô hình định lượng xác định mối quan hệ đầu vào/đầu ra của thiết

bị thông qua hàm toán học với

+) Chẩn đoán theo dữ liệu lịch sử:

Một mô hình chẩn đoán được xác định dựa trên bộ dữ liệu lịch sử liên hệ giữa đầu vào/đầu ra của thiết bị Ý tưởng cơ bản của chẩn đoán lỗi theo

dữ liệu lịch sử là tạo ra một mô hình của quy trình, mô hình này liên hệ về mặt toán học các đầu vào đo được với đầu ra đo được, sau đó sử dụng mô hình này dựa trên quy trình thực để tạo ra giá trị sai lệch làm đầu vào cho việc chẩn đoán

+) Chẩn đoán theo phần cứng

● Tự hiệu chuẩn:

Tự hiệu chuẩn/hiệu chuẩn (self-calibration) là quá trình cải thiện độ chính

xác của phép đo bằng cách xác định sai số hệ thống trước khi thực hiện

phép đo

+) Tự hiệu chuẩn là tính năng cao cấp của thiết bị đo thông minh;

+) Điều kiện thực hiện: khi nhiệt độ làm việc thay đổi, sau khi bật

nguồn, theo ca làm việc, lặp lại theo thời gian: hàng ngày, hàng tuần,

hàng tháng;

+) Tự hiệu chuẩn không thay thế được cho hiệu chuẩn định kỳ, kiểm

tra chất lượng hoạt động của thiết bị, theo quy trình để được chứng

nhận

● Quy trình hiệu chuẩn:

Câu 3: Đo tốc độ, giám sát tốc độ phương tiện giao thông:

● Bắn tốc độ được hiểu là việc cảnh sát giao thông sử dụng thiết bị chuyên dụng được cung cấp có chức năng tính toán tốc độ của xe trên một đoạn đường nhất định, từ đó có thể xác định phương tiện

đó có vi phạm về tốc độ cho phép hay không? Thiết bị chuyên dụng này còn có khả năng ghi lại hình ảnh của đối tượng cần đo

● Các hình thức bắn tốc độ:

+) Kiểu lắp máy bắn cố định

+) Dùng súng bắn tốc độ

+) Vừa chạy vừa bắn

● Các thành phần của hệ thống:

+) Cảm biến hồng ngoại:

Thông số kỹ thuật:

Bộ so sánh sử dụng LM393, làm việc ổn định

Điện áp làm việc: 3.3V – 5V DC

Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng

Lỗ vít 3 mm, dễ dàng cố định, lắp đặt

Kích thước: 3.2cm * 1.4cm

Tín hiệu đầu ra: High hoặc Low, điều chỉnh thông qua LM393

Cổng giao tiếp:

VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V và 3.3V)

GND: GND ngoài

OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)

+) Arduino UNO R3:

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

I/O

30 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi

bootloader

+) Nguyên lý hoạt động:

Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể nào đó để phát hiện ra bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại Khi gặp vật cản, những chùm tia hồng ngoại gặp vật cản và phản xạ lại led thu làm led thu thay đổi giá trị điện trở dẫn đến điện áp đầu vào thay đổi, Nhờ sự thay đổi ấy, thiết bị cảm biến sẽ trả về giá trị 0 hoặc 1

+) Các thông số cơ bản:

● Cả hai cảm biến hồng ngoại được kết nối với chốt ngắt của Arduino,

và chúng phát hiện sóng rơi Mục đích của việc sử dụng gián đoạn

là, nó cải thiện hiệu quả của hệ thống Màn hình LCD được kết nối với Arduino và tốc độ đo được hiển thị trên màn hình LCD Khi xe di chuyển ở phía trước của cảm biến đầu tiên, nó cung cấp cho các tín

hiệu đầu ra để Arduino, Arduino phát hiện làn sóng rơi xuống, bây giờ bộ hẹn giờ nội bộ của Arduino được bắt đầu và khi xe di chuyển

ở phía trước của bộ hẹn giờ cảm biến thứ hai được dừng lại

● Bây giờ Arduino đo tốc độ của xe được đo bằng mối quan hệ thời gian khoảng cách

● Speed = Distance ÷ Time

● Tốc độ: Tốc độ của xe

● Khoảng cách: Khoảng cách giữa các cảm biến

● Thời gian đo bằng Arduino

+) Thực nghiệm:

+) Kết luận:

● Ưu điểm:

Kết cấu nhỏ gọn

Dễ chế tạo, lắp đặt

Giá thành chế tạo thấp

● Nhược điểm:

Mô hình hoạt động chưa ổn định, sai số nhiều

Chất lượng cảm biến không phải quá tốt so với các cảm biến khác

+) Hướng phát triển máy đo tốc độ:

● Tăng độ chính xác: Các nhà sản xuất đang nghiên cứu sử dụng các công nghệ mới để tăng độ chính xác của máy đo tốc độ, chẳng hạn như sử dụng công nghệ laser, công nghệ radar, hoặc công nghệ camera

● Tăng tính linh hoạt: Các nhà sản xuất đang nghiên cứu phát triển các loại máy đo tốc độ có thể được sử dụng trong nhiều điều kiện khác nhau, chẳng hạn như máy đo tốc độ sử dụng được trong điều kiện trời mưa, tuyết, hoặc trong điều kiện ánh sáng yếu

● Tăng tính tự động hóa: Các nhà sản xuất đang nghiên cứu phát triển các loại máy đo tốc độ có thể tự động xử lý và gửi dữ liệu vi phạm đến cơ quan chức năng, giúp giảm thiểu sai sót và tiết kiệm thời gian

xử lý