Cảm biến thông minh - Kỹ thuật cảm biến

Cảm biến thông minh có thể thực hiện được các chức năng mới mà các cảm biến thông thường không thực hiện được như: - Chức năng thu thập số liệu từ nhiều đại lượng đo khác nhau với các khoảng đo khác nhau. - Chức năng chương trình hóa quá trình đo, tức là đo theo một chương trình đã định sẵn, chương trình này có thể thay đổi bằng thiết bị lập trình. - Có thể gia công sợ bộ kết quả đo theo các thuật toán đã định sẵn và đưa ra kết quả rõ ràng. - Tiến hành tính toán đưa ra kết quả đo khi thực hiện các phép đo gián tiếp hay thống kê.

Trang 1

Chủ đề thuyết trình

CẢM BIẾN QUANG

Nhóm 11

Thành viên: 1 Trần Thị Thùy Minh

2 Nguyễn Minh Tân

3 Nguyễn Xuân Trường

4 Nguyễn Tri Tùng

Sáng tạo – Chất lượng – Phát triển – Hiệu quả

Trang 2

Nội dung

1 • Khái niệm về cảm biến thông minh

2 • Cấu tạo của cảm biến thông minh

3 • Ứng dụng của cảm biến thông minh

• Giới thiệu về ngôi nhà thông minh

Trang 3

1 Khái niệm về cảm biến thông minh

• Cảm biến thông minh là sự kết hợp giữa µP và các mạch vi điện tử với cảm biến

thông thường để thực hiện được các chức năng mới mà các cảm biến thông

thường không thực hiện được

1.1 Khái niệm về cảm biến thông minh

Trang 4

• Chúng có thể thực hiện số liệu từ nhiều đại lượng

đo khác nhau, gia công sơ bộ kết quả theo các thuật

toán đã định trước, có khả năng bù sai số ảnh do

ảnh hưởng của môi trường bên ngoài (nhiệt độ, độ

ẩm) qua đó hiệu chỉnh được sai số của phép đo,

mặt khác nhờ có các vi mạch điện từ các cảm biến

thông minh có khả năng mã hóa tín hiệu đo, ghép

nối với các thiết bị ngoại vi, ghép nối với bộ nhớ để

lưu trữ dữ liệu Kết hợp với µP, chúng có khả năng

thực hiện các phép tính đại số, có thể điều khiển

đo với các khâu kết hợp như A/D, các bộ

1.1 Khái niệm về cảm biến thông minh

Trang 5

❖ Cảm biến thông minh có thể thực hiện được các chức năng mới mà các cảm biến

thông thường không thực hiện được như:

- Chức năng thu thập số liệu từ nhiều đại lượng đo khác nhau với

các khoảng đo khác nhau.

- Chức năng chương trình hóa quá trình đo, tức là đo theo một

chương trình đã định sẵn, chương trình này có thể thay đổi bằng

thiết bị lập trình

- Có thể gia công sợ bộ kết quả đo theo các thuật toán đã định sẵn

và đưa ra kết quả rõ ràng

- Tiến hành tính toán đưa ra kết quả đo khi thực hiện các phép đo

gián tiếp hay thống kê

1.2 Chức năng của cảm biến thông minh

Trang 6

- Hiệu chỉnh sai số phép đo.

- Bù kết quả đo bị sai lệch do ảnh hưởng của môi

trường như nhiệt độ, độ ẩm

- Điều khiển các khâu của dụng cụ đo cho phù hợp với

đại lượng đo ví dụ: tự động chọn thang đo

- Mã hóa tín hiệu đo

- Ghép nối các thiết bị ngoại vi: màn Hình, máy in, bàn

với các kênh liên lạc để truyền đi xa theo chu kỳ

Trang 7

- Có thể ghép nối với bộ nhớ để nhớ số liệu của kết

quả đo hay giá trị tức thời của tín hiệu đo

- Có khả năng tự động khắc độ

- Sử dụng AP để thực hiện các phép toán nhân, chia

cộng, trừ, tích phân, vi phân, điều khiển quá trình đo,

điều khiển sự làm việc của các khâu như: chuyển đổi

AD, bộ đồ kênh (MUX),

- Sử dụng HP có khả năng phát hiện những vị trí hỏng

hóc trong thiết bị đo và đưa ra thông tin về chúng nhờ

cài đặt chương trình kiểm tra và chẩn đoán kỹ thuật về

sự làm việc của thiết bị đo

Trang 8

Có thể mô tả cảm biến thông minh dưới dạng Sơ đồ khối cấu trúc

2.1 Cấu trúc của cảm biến thông minh

2 Cấu tạo của cảm biến thông minh

Trang 9

• Từ đối tượng đo qua các cảm biến sơ cấp S tín hiệu điện sau các cảm biên được đưa vào các bộ chuyển đổi chuẩn hóa CĐCH Các tín hiệu này có thể là các đại lượng đo hay các đại lượng của yếu tố ảnh hưởng (ví dụ nhiệt độ môi trường đo) dùng để loại trừ sai số do ảnh hưởng của chúng đến phép

đo, các bộ chuyển đổi chuẩn hóa làm nhiệm vụ tạo ra tín hiệu chuẩn (thường là áp từ 5 V hoặc

Trang 10

• Việc thực hiện một bộ cảm biến thông minh có thể tiến hành theo hai phương

pháp:

1 Nếu bộ cảm biến ở đầu vào là loại cảm biến thông thường thì đầu ra của chúng

được đưa vào một vi mạch công nghệ lai, bao gồm các CĐCH, MUX, A/D và µP trong

một khối đầu ra qua bộ ghép nối để đưa thông tin đi xa hay vào máy tính cấp trên hay

các bộ ghi chương trình cho EPROM

2 Nếu bản thân cảm biến là vi mạch (ví dụ cảm biến nhiệt độ DS18B20) thì cả cảm

biến lẫn những thiết bị sau đều để trong một khối công nghệ mạch lai

Trang 11

• Cấu trúc trên đây của cảm biến thông minh là phổ biến

Sự hoạt động của cảm biến là do uP đảm nhận như nó

tổ chức sự tác động lẫn nhau giữa các khâu theo một

thuật toán chọn tần số xuất hiện của tín hiệu, xác định

giới hạn đo của từng kênh, tính toán sai số của phép

đo,

• Các chương trình phần mềm đảm bảo mọi hoạt động của cảm biến bao gồm:

- Chương trình thu thập dữ liệu

- Chương trình biến đổi và xử lý thông tin đo

- Chương trình giao diện

Trang 12

2.2.1 Chuyển đổi chuẩn hóa (CĐCH)

• Chuyển đổi chuẩn hóa làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện sau cảm biến thành tín

hiệu chuẩn dưới dạng dòng điện hoặc điện áp

- Chuẩn dòng điện là: 0-20 mA hoặc 4-20mA

- Chuẩn điện áp là: 0-5V hoặc 0-10V

• Giữa các cảm biến và chuyển đổi A/D rồi vào µP nhất thiết phải qua các CĐCH sao

cho bất kể khoảng đo nào của các đại lượng đo thì cũng tương ứng với giới hạn đo

2.2 Các khâu chức năng của cảm biến

Trang 13

• Nhiệm vụ của CBCH là biến đổi tỷ lệ Nếu tín hiệu vào x nằm

trong khoảng từ x1-x2 thì tín hiệu ra f phải là 0-Y

CĐCH có đầu ra là tín hiệu một chiều (dòng hay áp) được thực hiện theo

2 bước:

- Bước 1: Trừ đi giá trị ban đầu x=X1, để tạo ra ở đầu ra của CĐCH giá trị

y= 0

- Bước 2: Thực hiện khuếch đại (k>1) hay suy giảm (k <1)

Để thực hiện việc trừ đi giá trị ban đầu người ta thường sử dụng khâu tự

Trang 14

• Thực tế người ta hay sử dụng CĐCH với dòng ra là 0-20 mA hoặc 4-20 mA Với

dòng 4-20mA thì 4 mA để cung cấp cho mạch điện tử còn từ 0-16 mA là tín hiệu đo

Nguồn dòng được tạo bởi bộ biến dòng (ví dụ dùng tranzitor)

Từ cảm biến sơ cấp S qua bộ CBCH tín hiệu đầu ra sẽ thay đổi theo độ lớn của tín hiệu sau cảm biến (0-16 mA) Mạch điện tử được cấp dòng 4 mA qua bộ ổn áp Dòng thay đổi

Trang 15

2.2.2 Bộ dồn kênh MUX (Multiplexer)

• Nhiệm vụ của MUX là dồn kênh, biến đổi tín hiệu song song từ các cảm biến thành

nối tiếp để đưa vào AD và µP Để đảm bảo độ tác động nhanh người ta phải sử

dụng các khóa điện tử, tức là thực hiện mạch đổi và nối không tiếp xúc

• Bộ đổi nối có hai chế độ làm việc:

- Chế độ chu trình: các cảm biến sẽ lần lượt được đưa vào AD theo một chu trình

Tần số lặp lại của tín hiệu sẽ được lựa chọn tùy thuộc sai số của phép đo cho

trước

- Chế độ địa chỉ: Bộ đổi nối làm việc theo một chương trình đã định trước

Trang 16

2.2.2 Bộ dồn kênh MUX (Multiplexer)

• Người ta chứng minh rằng sai số của bộ dồn kênh phụ thuộc vào số lượng kênh và

sẽ tăng khi số lượng đó tăng lên Vì vậy đối với các cảm biến thông minh người ta

thường hạn chế số kênh để đảm bảo sai số cho phép

Sơ đồ nguyên lý của một bộ dồn kênh 8 bit loại CD

4051 Các bịt điều khiển từ µP được đưa đến bộ biến đổi mức logic để điều hiện các Register cho ra xung

Trang 17

2.2.3 Bộ chuyển đổi tương tự - số (AID)

• Để đưa thông tin đo vào µP ta cần phải biến

đổi tín hiệu tương tự thành số, Thiết bị thực

hiện nhiệm vụ đó là mạch chuyển đổi tương tự

- Số (A/D)

• Nguyên lý làm việc của A/D: Có ba phương

pháp khác nhau để chế tạo một bộ chuyển đổi

A/D như sau:

a) Phương pháp song songb) Phương pháp trọng số

Trang 18

2.2.3 Bộ chuyển đổi tương tự - số (AID)

• Trong thực tế người ta thường chế tạo kết hợp giữa 2 bộ MUX và chuyển đổi AD và

cho vào cùng một vỏ, ADC 0809 là một trong những dòng sản phẩm này Loại A/Dnày có đầu vào 8 kênh một chiều (0-5 V) và một đầu ra 8 bịt số liệu có thể đưa lênBUS dữ liệu của µP

Trang 19

3.1 Ứng dụng trong gia đình

❑ Cảm biến tự bật tắt các vật dụng điện như đèn, điều hòa, cửa tự động,…

Các cảm biến này có thể thực hiện tại chỗ hoặc điều khiển từ xa qua hệ

❑ Ngôi nhà thông minh (Smart Home) là ứng dụng tối đa của cảm biến thông

3 Ứng dụng của cảm biến thông minh

Trang 20

Trang 21

Trang 22

Trang 23

Buzzer Còi

LED Light/Test/

Mute

Đèn LED/Kiểm tra/Tắt âm lượng Battery

Cover Nắp che pin

Tần số truyền dữ liệu 2.4GHz

Công suất truyền dữ liệu =< 10dBm

Khoảng cách truyền tin 80m (không gian mở)

Dòng điện hoạt động <100mA

Điện áp hoạt động 3V (pin CR123A, 1300mAH)

Trang 24

Trang 26

Trang 27

❑ Cảm biến thông minh sử dụng rộng rãi trong

các dây truyền sản xuất.

❑ Tính năng: xử lý đa nhiệm, tự động khắc độ,

điều chỉnh sai số,… đem lại hiệu quả cao trong

chất lượng điều khiển.

3.2 Ứng dụng trong công nghiệp

Trang 28

Trang 29

Trang 30

❑ Cảm biến hạt nhân để săn các dấu hiệu của vũ khí

hạt nhân, theo dõi cá voi, giám sát tình trạng ô

nhiễm không khí và cảnh báo sóng thần, xác định vị

trí,

❑ Sơ đồ hoạt động của hệ thống cảnh báo sớm ở Thái

Bình Dương

✓ Máy cảm biến trên bề mặt đáy đại dương giám sát

những thay đổi áp suất

3.3 Ứng dụng trong khoa học- công nghệ

Trang 31

❑ Cảm biến là công cụ phát hiện sự có mặt vật chất, chất hóa học và sinh

học, đưa ra phương thức lưu đo lường và lưu giữ các thông tin vè dấu

hiệu đó

❑ Chuẩn đoán các bệnh trong cơ thể người và gửi dữ liệu về máy tính

thông báo cho bác sĩ biết tình trạng sức khỏe,

3.4 Ứng dụng trong y học

Trang 32

4 Giới thiệu về ngôi nhà thông minh

Trang 33

4 Giới thiệu về ngôi nhà thông minh

Trang 34

Thanks for watching

Tiêu đề	CẢM BIẾN QUANG
Tác giả	Trần Thị Thụy Minh, Nguyễn Minh Tồn, Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Tri Tùng
Trường học	BỘ MỆN KỸ THUẬT CẢM BIẾN
Chuyên ngành	KỸ THUẬT CẢM BIẾN
Thể loại	Thuyết Trình
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	34
Dung lượng	2,12 MB