Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 15 - Chơng 4 Chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu Tín hiệu ẩm % phải đợc chuyển đổi thành tín hiệu điện áp và khuếch đại tín hiệu mới thực hiện đợc điều khiển. Có nhiều phơng pháp đo độ ẩm nh: Phơng pháp điểm sơng, phơng pháp khô ớt, phơng pháp biến dạng, phơng pháp điện dẫn Trong khuôn khổ cho phép của đề tài, chúng tôi chỉ tiến hành nghiên cứu loại cảm biến ẩm kiểu khô ớt. 4.1 Nguyên lý đo độ ẩm của cảm biến khô ớt * Độ ẩm của không khí đợc xác định theo công thức = 100 p )ptA(tp bh 0akbha (4.1) * Nguyên lý hoạt động mạch cầu đo độ ẩm của cảm biến ẩm độ kiểu khô ớt U đk = (U k - U a ) (4.2) R k , R a : lần lợt nhiệt kế điện trở khô, nhiệt kế điện trở ớt. U k , U a : lần lợt là giá trị điện áp thay đổi theo nhiệt độ t k , t a . là hệ số khuếch đại. 4.2 Cảm biến ẩm độ dùng trong máy ấp trứng gia cầm Trong máy ấp trứng gia cầm, ta đã biết đợc nhiệt độ buồng ấp là cố định trong từng giai đoạn ấp, ta cũng biết độ ẩm % cần thiết cho từng giai R R k U k U a R R a + KĐ Hình 4.1: Sơ đồ chuyển đổi R/U khô ớt và khuếch đại E nguồn U đk Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 16 - đoạn ấp, từ đó ta xác định đợc giá trị nhiệt độ nhiệt kế ớt t a cho từng giai đoạn ấp. Cho nên ta có thể đặt tơng ứng một giá trị điện áp U ađ với nhiệt độ nhiệt kế ớt đặt t ađ của từng giai đoạn ấp. Nh vậy mạch cầu hình 4.1 sẽ bị khuyết đi một vế nh hình 4.2. Trong việc điều khiển ẩm độ của máy ấp trứng gia cầm đòi hỏi cảm biến phải có độ nhạy cao và có đặc tính tuyến tính cho nên ta không dùng nhiệt kế điện trở mà thay thế nó bằng vi mạch cảm biến nhiệt độ LM335. Đặc tính tuyến tính: U = 10T mV = 2730 + 10t (mV) (4.3) R 1 đợc tính theo công thức: R 1 = 3 10 I 0,2E () (4.4) Giới hạn dòng làm việc của LM335 là: 0,4 < I <5 mA, để LM335 làm việc tốt nhất nên chọn dòng lớn hơn hoặc bằng 1 mA. + E nguồn R R a U att Khuếch đại tín hiệu U đk U ađ Hình 4.2: Sơ đồ chuyển đổi R/U ớt và khuếch đại tín hiệu LM 335 R 2 +E R 1 U att Hình4.3: Sơ đồ mạch chuyển đổi tín hiệu dùng LM335 Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 17 - 4.3 Mạch khuếch đại tín hiệu đo độ ẩm dùng khuếch đại thuật toán * Đặc tuyến truyền đạt của bộ khuếch đại thuật toán * Bộ khuếch đại đảo Hệ số khuếch đại đợc xác định theo biểu thức: K đ = 1 ht v r R R U U = (4.5) I ht I 0 +E E U ra I v R ht Hình 4.5: Sơ đồ bộ khuếch đại đảo U 0 R 1 OA 0 U r Vào đảo Vào khôn g đảo +E -E U v Hình 4.4: Đặc tuyến truyền đạt của bộ khuếch đại thuật toán Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 18 - Chơng 5 Thiết kế mạch điều khiển độ ẩm trong máy ấp trứng gia cầm 5.1 Sơ đồ khối hệ thống tự động điều khiển độ ẩm Phơng án 1 là điều chế độ rộng xung đợc thực hiện trên mạch so sánh. Phơng án 2 đợc thực hiện điều chế độ rộng xung ngay trên PLC S7- 200. Điểm chung của hai phơng án trên là bộ điều chỉnh PID đều đợc thực hiện trên PLC S7- 200. Sv PID D / A A / D S S BPX BTA % CPU S7 - 200 EM235 CB CĐ & KĐ Hình 5.1: Sơ đồ khối phơng án 1 mạch điều khiển độ ẩm P v Sv D / A A / D PID C B CĐ & KĐ BTA % Hình 5.2: Sơ đồ khối phơng án 2 mạch điều khiển độ ẩm CPU S7 - 200 EM235 PWM P v Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 19 - 5.2 Mạch chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu * Mạch chuyển đổi tín hiệu R 1 = 3 10 2,0 I E = 3 10 1 )2,09( mA V = 9,8.10 3 () = 9,8 K (5.1) Ta có thể chọn R 1 nhỏ hơn giá trị này là 8,2K. Đây là điện trở để hạn chế dòng vào LM335. Triết áp R 2 đợc dùng loại 10K để điều chỉnh ngỡng làm việc và chiều tác động của bộ chuyển đổi. * Mạch khuếch đại tín hiệu Tầng thứ nhất - Thiết kế với hệ số khuếch đại 10 lần: K 1 = - 3 4 R R = - K K 10 100 = -10 lần (5.2) R 5 , R 6 , R 7 là các điện trở, triết áp phân điện áp đặt vào đầu vào không đảo. R 8 là triết áp điều chỉnh OFFSET khử sai số ban đầu. Hình 5.3: Sơ đồ mạch chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu tầng thứ nhất R 4 R 8 U CĐ R 7 R 6 10K 100K R 5 +9V 220K 5K I 0 9V U r1 R 1 I v - 9V 741 R 3 10K 100K U Đ R 2 =10K +9V R 1 =8,2K LM 335 Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 20 - Tầng thứ hai K 2 = - 9 1110 R RR + = - 10 10 11 R+ (5.3) Ta có thể điều chỉnh K 2 trong khoảng từ 1 ữ 10 lần tuỳ vào yêu cầu thực tế. U r2 đợc xác định theo biểu thức: U r2 = K 1 .K 2 .U v (5.4) 5.3 Mạch tạo xung răng ca R 14 R 13 I ht I 0 9V U rv R 1 I v U r1 R 12 10K 1/2 TL082 33K R 15 1M 1M 0,01F U c U P R 15 100K C 1 +9V +9V C 2 0,05F R 16 10K R17 10K TL082 1/2 U rrc Hình 5.5: Bộ tạo xung răng ca I ht I 0 9V U r2 R 1 U r1 R 9 10K -9V R 10 10K R 11 100K 1/2 TL082 Hình 5.4: Sơ đồ mạch khuếch đại tầng th hai Báo cáo tóm tắt Nguyễn Văn Trí - Điện 45A - 21 - Hoạt động của mạch đợc minh hoạ trên giản đồ hình 5.6 dới đây: 5.4 Mạch so sánh và tạo xung điều khiển t 0 U max t 0 U rv t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 U rrc Hình 5.6: Giản đồ thời gian mạch tạo xung răng ca +9V -9V 1/2 TL082 U rPLC U rrc U rss Hình 5.7: Sơ đồ mạch so sánh 1/2 TL082 U rrc U rss +9V t 0 U vss U rPLC t 0 Hình 5.8: Giản đồ thời gian mạch so sánh -9V . hiệu điện áp và khuếch đại tín hiệu mới thực hiện đợc điều khiển. Có nhiều phơng pháp đo độ ẩm nh: Phơng pháp điểm sơng, phơng pháp khô ớt, phơng pháp biến dạng, phơng pháp điện dẫn Trong khuôn. chọn R 1 nhỏ hơn giá trị này là 8,2K. Đây là điện trở để hạn chế dòng vào LM335. Triết áp R 2 đợc dùng loại 10K để điều chỉnh ngỡng làm việc và chiều tác động của bộ chuyển đổi. * Mạch khuếch. nhiệt độ t k , t a . là hệ số khuếch đại. 4.2 Cảm biến ẩm độ dùng trong máy ấp trứng gia cầm Trong máy ấp trứng gia cầm, ta đã biết đợc nhiệt độ buồng ấp là cố định trong từng giai đoạn ấp,