Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.(có file mô phỏng)

BỘ CÔNG THƯƠNGTRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘICỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập Tự do Hạnh phúcBÀI TẬP: VMTTSố : 3Họ và tên HSSV : ..................................................Nhóm : .............. Lớp : ................... Khoá : .7 Khoa : Điện.NỘI DUNGĐề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.Yêu cầu: Dải đo từ: t0C =00C ÷ tmax = 0 ÷ (50 + 65)0C..Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp:1.U=0 ÷ 10V2.U= 0 ÷ 5V3. I=0÷20mA.4.I=4÷20mA Dùng cơ cấu đo để chỉ thị.Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường : t0C=0÷2tmax3=77. Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: =(1+0,55) giây.Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị : t0C= 2tmax3Trong đó: a: chữ số hàng đơn vị của danh sách (ví dụ: STT=3a=3; STT=10a=0)n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.65PHẦN THUYẾT MINHYêu cầu về bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan về mạch đoChương 2: Giới thiệu về các thiết bị chínhChương 3: Tính toán, thiết kế mạch đoTính toán, lựa chọn cảm biếnTính toán, thiết kế mạch đoTính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấpTính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóaTính toán mạch nhấp nháy cho LEDTính toán, thiết kế mạch cảnh báo...Kết luận và hướng phát triểnYêu cầu về thời gian :Ngày giao đề : ..........Ngày hoàn thành: 4122014 GIỚI THIỆUNgày nay trong các lĩnh vực của đời sống việc đo và kiểm soát nhiệt độ của bất kì một quá trình, một thiết bị sản xuất nào đó nằm trong một giới hạn cho phép làm việc của chúng là một điều rất cần thiết, tránh gây ra hư hỏng thiết bị, thiệt hại về kinh tế…..Ngày nay với sự phát triển của khoa học của công nghệ các thiết bị đo nhiệt độ càn ngày càng hiện đại, việc đo nhiệt đọ trở lên dễ dàng và chín xác ơn rất nhiều.Trong bài tập lớn này với trình độ của một người sinh viên năm 3 chúng em xin thiết kế một thiết bị đo và kiểm soát nhiệt độ sủ dụng IC cảm biến nhiệt độ………….

      !"# $%&&' BÀI TẬP: VMTT Số : 3 Họ và tên HS-SV :  Lớp :  Khoá : .7 Khoa : . () Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ. Yêu cầu: - Dải đo từ: t 0 C =0 0 C ÷ t max = 0 ÷ (50 + 65) 0 C - Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp: 1. U=0 ÷ 10V 2. U= 0 ÷ -5V 3. I=0÷20mA. 4. I=4÷20mA - Dùng cơ cấu đo để chỉ thị. - Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường : t 0 C=0÷2*t max /3=77. Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: τ=(1+0,5*5) giây. - Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị : t 0 C= 2*t max /3   !" → !"# !$% → !%&  '(')*'+, *)+, Yêu cầu về bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan về mạch đo Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo - Tính toán, lựa chọn cảm biến - Tính toán, thiết kế mạch đo - Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp - Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính toán mạch nhấp nháy cho LED - Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo. - Kết luận và hướng phát triển Yêu cầu về thời gian : Ngày giao đề : Ngày hoàn thành: 4-12-2014 -) Ngày nay trong các lĩnh vực của đời sống việc đo và kiểm soát nhiệt độ của bất kì một quá trình, một thiết bị sản xuất nào đó nằm trong một giới hạn cho phép làm việc của chúng là một điều rất cần thiết, tránh gây ra hư hỏng thiết bị, thiệt hại về kinh tế… Ngày nay với sự phát triển của khoa học của công nghệ các thiết bị đo nhiệt độ càn ngày càng hiện đại, việc đo nhiệt đọ trở lên dễ dàng và chín xác ơn rất nhiều. Trong bài tập lớn này với trình độ của một người sinh viên năm 3 chúng em xin thiết kế một thiết bị đo và kiểm soát nhiệt độ sủ dụng IC cảm biến nhiệt độ…………. &./%0123%0456%789$&:# Mạch đo sử dụng các khối chức năng chính như sau: • Khối cảm biến nhiệt độ • Khối khuếc đại điện áp • Khối so sánh • Khối hiển thị • Khối chuyển đổi U/I, I/U • Khối cảnh báo( còi, đèn…) • Khối đếm giây Chức năng chính các khối Khối cảm biến : khối cảm biến có chức năng biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện thành tín hiệu điện tương ứng. Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ thông dụng hiện nay mà ta thường dùng : _ cặp nhiệt ngẫu _ nhiệt điện trở kim loại _ IC cảm biến nhiệt độ • Khối khuếch đại : có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, vì tín hiệu điện do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa vào các mạch điện khác. Ta sử dụng bộ khuếch đại thuật toán µA 741. • Mạch so sánh : có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra khối sau. Việc so sánh tín hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá nhiệt độ. Sử dụng bộ khuếch đại thuật toán µA 741 • Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu dòng điện sang tín hiệu điện áp để hiển thị ra . Sử dụng bộ khuếch đại thuật toán µA 741 • khối cánh báo : cảnh báo cho người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so với nhiệt độ cho phép. Sử dụng đèn hoặc còi cảnh báo Đó là các khối cơ bản dùng trong mạch đo và cảnh báo nhiệt độ dùng IC cảm biến nhiệt độ &./%0;2<=<>&<?578@>&<A>BC&D%& 1E9B<A%%&<?>: IC cảm biến nhiệt độ có rất nhiều loại, gồm nhiều họ khác nhau  LM35/LM45 ngõ ra là tín hiệu điện áp(10m/ 0 C) o LM35 dải đo từ -55 0 c =>150 0 c, sai số 1 0 C o LM45 dải đo từ -20 0 c =>100 0 c, sai số 3 0 C  Ngõ ra dòng điện o Dòng điện ngõ ra tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối o Độ nhạy được điều chỉnh bằng điện trơ ngoài o Chỉ cần cấp nguồn khoảng 1,2V là IC hoạt động được  Ngõ ra so sánh LM56, LM26, LM27 o Ngõ ra tương tự o Ngõ ra so sánh ;F&5A&:$<>&5>>#@%GHI1. bộ khuếch đại này dùng nhiều trong kỹ thuật điện trở có các dụng khuếch đại các tín hiệu điện như điện áp, dòng điện, công suất. trong phạm vi bài này ta sẽ sử dụng khếch đại thuật toán để khuếch đại điện áp đưa ra từ cảm biến và dùng trong bộ so sánh để đưa ra khối cảnh báo cho mạch đo. JK<7L:M%E%&B@# Ta có thể sử dụng các loại chuông và đèn cảnh báo có sẵn trên thị trường I@>&<A>BCF&@ • <?%>NO • P:<?% • &./%0J2D%&>#@%Q>&<A>FA9$&:# JR1D%&>#@%Q!6&S%E9B<A% Với yêu cầu dải đo từ 0 0 C tới 115 0 C ta chọn IC cảm biến LM35 có dải đo từ -55 0 c =>150 0 c tương đối gần với dải đo yêu cầu, và sai số tương đối nhỏ , sai số 1 0 C . TJU là một cảm biến nhiệt độ analog Nhiệt độ được xác định bằng cách đo hiệu điện thế ngõ ra của LM35. V%&T9JU Sơ đồ chân của LM35 như sau: 1. Chân 1: Chân nguồn Vcc Chân 2: Đầu ra Vout Chân 3: GND Một số thông số chính của LM35: Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh Đặc điểm chính của cảm biến LM35 + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V + Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC + Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C + Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác nhau. Xét một số mức điện áp sau : - Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV - Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV - Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV JR;D%&>#@%Q>&<A>FA9$&:# Mạch đo gồm các khối cơ bản sau • Khối nguồn • Khối khuếch đại điện áp • Khối tạo xung nhấp nháy cho led • Khối cảnh báo JR;R1D%&>#@%Q>&<A>FA9$&%05W%5%0X Nguồn cung cấp cho các linh kiện sử dụng trong bài là nguồn 5v, chính vì vậy ta sẽ sử dụng nguồn 12v cho qua IC ổn áp LM7812 và LM7912 cùng với các tụ lọc ta sẽ thu được điện áp đầu ra là 5v. JR;R;D%&>#@%Q>&<A>FA9$&F&5A&:$<Q&5Y%&Z6 6[&5Y%&Z6:\5N67=<:<?%@N6>]^_`1^7 $&F&5A&:$<7<a6< Nếu R 1 =R2; R f = R g thì khi đó V out = K(V 2 -V 1 ) Trong đó K= R f /R 1 ở dải đo từ 0 0 C tới 115 0 C điện áp ngả ra của IC LM35 nằm trong khoảng từ 0V tới 1.15V Với chuẩn đầu ra từ 0 => 10V ta có: V out max =10v =K(1.15-0)  K=87, chọn R 1 = R 2 =10k => R f = R g = 87k. B[&5Y%&Z67=<:\5N6)_ U7 - Nếu ta cho tín hiệu vào đầu vào đảo (cực âm) và đầu vào không đảo (cực dương) đem chập xuống mass ta sẽ được một mạch khuếch đại đảo. - Hệ số khuếch đại có thể điều chỉnh được bằng cách điều chỉnh giá trị các điện trở R 2 và R 1 , hệ số khuếch đại bằng tỷ số giữa hai điện trở này. K = -R 2 / R 1 trong đó K là hệ số khuếch đại của mạc Khi đó điện áp ngã ra của mạch được tính theo công thức V out = KV in Với điện áp đầu ra của ICLM35 lad 0=>1.15V và điện áp ngả ra của OPAMP là 0=>-5V ta có -5=-K.1.15 =>K=-4.38 => chọn R 1 = 10k => R 2 = 43.8k Chọn R 3 = 8k Ta có sơ đồ mạch như sau: [9$&&5Y%&Z6:\5N6^ ;^9  > _) 7L# b 11 =<cd5\5:\5N6>]^ ;^9>6Z2 [...]... số, vi xử lý và vi điều khiển để có thể hiển thì trực quan bằng số dễ đọc và quá trình điều khiển cảnh báo có thể dễ dàng hơn ứng dụng cùng với vi mạch số và vi mạch điều khiển ta có thể dùng cảm biến nhiệt độ ứng dụng vào các mạch như mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa không khí, hay trong các lò ấp trứng, nhà bảo quản lạnh … ... qua nó • Phần động:khung dây được quấn bằng dây đồng Khung dây gắn trên trục quay 3.3 toàn bộ mạch 3.4Kết luận và hướng phát triển Kết luận : quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch khá đơn giản và còn nhiều bất cập, mạch còn khá đơn giản để cơ cấu đo chính xác ta Hướng phát triển: để nâng cao độ chính xác cũng như tự động hóa các khâu ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý và vi điều khiển... IC5 55 được đưa vào một chân của cổng AND, chân còn lại được nối với đầu ra của mạch so sánh b) mạch so sánh Đầu ra của mạch khuếch đại vi sai (0-10V) được đưa vào đầu vào đảo của OPAMP741, đầu còn lại được đặt ở mức điện áp 6.77V do đèn chỉ nhấp nháy trong khoảng nhiệt độ từ 0-115*2/30C = 0-770C Và tại nhiệt độ 770C này mức điện áp đầu ra của mạch khuếch đại vi sai tương ứng là 6.74V  Nếu nhiệt độ. .. vậy đầu ra của cổng and sẽ ở mức cao hay đèn sẽ sáng khi cả hai đầu vào đều ở mức cao Khi đầu ra bộ so sánh ở mức cao thì đầu ra của cổng AND sẽ phụ thuộc vào trạng thái đầu ra của IC5 55 Do đó đèn sẽ nhấp nháy theo xung đầu ra của IC5 55 3.2.4 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Khi nhiệt độ vượt quá 770C thì đầu ra của khối khuếch đại vi sai lớn hơn 6.74V khi đó U N< UP khi đó điện áp đầu ra xấp xỉ -Vcc... ra được chuẩn hóa ta dùng sơ đồ biến đổi U-I với 2 khuếch đại thuật toán Ta có : Khi U vào biến thiên từ 0 ÷ 1,21 V thì I ra biến thiên từ 4 ÷ 20 mA Lại có: R23 R19 = R18.R20 Ira = Chọn R23 = 10k Ω, R18= 20k Ω, R20= 100k Ω , R19 = 200k Ω U1 = - 0,28 V , R50 = 151,25Ω 3.2. 3Tính toán mạch nhấp nháy cho LED a) khối tạo xung đối xứng 7s(3.5s ở mức cao và 3.5s ở mức thấp) Sử dụng IC5 55 kết hợp với điện trở,... nhấp nháy sẽ tắt, đồng thời đưa tín hiệu ngả ra của mạch so sánh qua cổng NOT như vậy còi báo động sẽ tác động 3.2.5 Các cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo lường điện tử Cơ cấu chỉ thị (CCCT) của các đồng hồ đo lường các đại lượng điện được chia thành hai nhóm chính: • Nhóm chỉ thị bằng kim (hay còn gọi CCCT cơ điện) gồm có CCCT từ điện, điện từ và điện động • Nhóm chỉ thị số a CCCT từ điện Cơ cấu chỉ... là lá thép tĩnh), bên trong có khe hở không khí Phần động: Lá thép có khả năng di chuyển tương đối (gọi là lá động) với lá tĩnh trong khe hở không khí Lá động gắn với trục trên có gắn kim và lò xo phản kháng Hình 3: Cơ cấu chỉ thị điện từ c CCCT điện động Dưới đây là sơ đồ cấu tạo của cơ cấu chỉ thị điện động Hình 4: Cơ cấu chỉ thị điện động • Phần tĩnh là cuộn dây được chia thành hai phần... bằng 770C thì đầu ra của khối khuếch đại vi sai nhỏ hơn hoặc bằng 6.74V Khi đó UNUP khi đó điện áp đầu ra xấp xỉ -Vcc (mức cao) Đầu ra của IC5 55 được đưa vào một chân của cổng AND, chân còn lại được nối với đầu ra của mạch so sánh Ta có bảng chân lí của cổng... cực từ và lõi sắt có khe hở không khí rất nhỏ • Phần động: Khung dây được quấn bằng dây đồng Khung dây gắn trên trục, quay trong khe hở không khí Hình 2: Cơ cấu chỉ thị từ điện b CCCT điện từ Dưới đây là sơ đồ cấu tạo CCCT điện từ (Hình 1.9) (bên trái là hình chiếu bằng) Cơ cấu chỉ thị (CCCT) điện động được cấu tạo gồm hai phần như hình vẽ dưới đây: · Phần tĩnh: Dòng điện cần đo được đưa vào cuộn... kì xung được tính theo công thức T= Tn + Tx Trong đó Tn = 0.69*(R8+R9)*C Tx =0.69*(R8+R9)*C Để có xung đối xứng ta chon R8 sao cho điện trở của R8 so với R9 là không đáng kể, ta chọn R8=100; R9=100k Khi đó chu kì xung được tính theo công thức Tx =2*0.69*R9*C Với yêu cầu sáng trong 3,5s và tắt trong 3,5s nghĩa là 3,5s ở mức cao và 3,5s ở mức thấp nên chu kì xung là 7s, từ công thức trên ta tính được C=50,5uF .       !"# $%&&' BÀI TẬP: VMTT Số : 3 Họ và tên HS-SV :  Lớp :  Khoá : .7 Khoa : . () Đề. độ càn ngày càng hiện đại, việc đo nhiệt đọ trở lên dễ dàng và chín xác ơn rất nhiều. Trong bài tập lớn này với trình độ của một người sinh viên năm 3 chúng em xin thiết kế một thiết bị đo và kiểm. U N <U P nên điện áp đẩu ra xấp xỉ bằng +Vcc (mức thấp)  Nếu nhiệt độ lớn hơn 77 0 C thì đầu ra của khối khuếch đại vi sai lớn hơn 6.74V khi đó U N >U P khi đó điện áp đầu ra xấp xỉ -Vcc (mức