Trong những năm gần đây những tiến bộ khoa học kỹ thuật đã đóng góp rất nhiều vào thành công cho các lĩnh vực của đời sống xã hội. Các ngành tự động hoá, đo lường và điều khiển cũng đã có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ và giải pháp. Các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như đời sống xã hội. ‘thiết kế hệ đo nhiệt độ’ có ý nghĩa quan trọng và ứng dụng rộng rãi trong thực tế, nó giúp con người giám sát và kiểm tra quá trình làm việc của các máy công cụ trong công nghiệp. Đo nhiệt độ là một trong các phương pháp cơ bản và thường gặp trong đo lường, nó đã có từ lâu, mỗi giai đoạn có những phương pháp đo khác nhau. Trước đây khi công nghệ điện tử và bán dẫn chưa phát triển thì các mạch đo chủ yếu dựa trên kỹ thuật tương tự, phương pháp xử lý chủ yếu dựa vào phần cứng cho nên giá trị đó có sai số lớn, thiết bị cồng kềnh, lắp đặt không thuận tiện . Đến đầu những năm cuối thế kỷ 20, khi công nghệ bán dẫn và vi mạch phát triển mạnh, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật số đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành đo lường điều khiển làm thay đổi hẳn phương pháp xử lý tín hiệu đo. Ngày nay việc xử lý tín hiệu được đơn giản hóa cùng với sự ra đời của những sensor thông minh đã làm cho các thiết bị đo ngày càng có độ chính xác cao hơn. Có rất nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến loại cặp nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn hoặc sử dụng phương pháp phân tích phổ để xác định nhiệt độ. Nhìn chung các phương pháp đo nhiệt độ có nhiều nét giống nhau nhưng cách xử lý thì có thể khác nhau, tuỳ vào mục đích và yêu cầu kỹ thuật đối với từng công việc cụ thể nhưng mục đích cuối cùng của phép đo là thể hiện giá trị nhiệt độ với khoảng sai số cho phép có thể chấp nhận được. Báo cáo gồm 4 phần: Phần I : Tìm hiểu về đối tượng đo Phần II : Thiết kế mạch đo Phần III : Lưu đồ thuật toán và phần mềm Phần IV : Giao tiếp với máy tính Phần V : Mạch in Phần I giới thiệu tổng quan về đối tượng đo là nhiệt độ, các phương pháp và thiết bị phổ biến thường sử dụng và lựa chọn cảm biến để đo. Phần II trình bày thiết kế phần cứng của mạch đo, bao gồm lựa chọn các thiết bị đo phù hợp và cách ghép nối giữa các thiết bị với nhau. Phần III trình bày lưu đồ thuật toán và chương trình chạy của mạch. Phần IV trình bày cách thức điều khiển mạch thông qua giao tiếp với máy tính. Phần V thể hiện các đường mạch được bố trí trên bảng được ghép với nhau, nhằm nối kết các linh kiện điện tử, phần tử chức năng với nhau theo mục đích đã được thiết kế.
Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỒ ÁN I Đề tài: Thiết kế bộ đo nhiệt độ 16 kênh Nhóm sinh viên thực hiện: Họ và tên: Bùi Văn Huệ Đồng Tố Hùng Trần Viết Toàn Nguyễn Văn Hạnh Nguyễn Ngọc Tuân Giáo viên hướng dẫn: Bùi Đăng Thảnh Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 1 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Lời giới thiệu Trong những năm gần đây những tiến bộ khoa học kỹ thuật đã đóng góp rất nhiều vào thành công cho các lĩnh vực của đời sống xã hội. Các ngành tự động hoá, đo lường và điều khiển cũng đã có những tiến bộ vượt bậc về công nghệ và giải pháp. Các thiết bị điện tử đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết các lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật cũng như đời sống xã hội. ‘thiết kế hệ đo nhiệt độ’ có ý nghĩa quan trọng và ứng dụng rộng rãi trong thực tế, nó giúp con người giám sát và kiểm tra quá trình làm việc của các máy công cụ trong công nghiệp. Đo nhiệt độ là một trong các phương pháp cơ bản và thường gặp trong đo lường, nó đã có từ lâu, mỗi giai đoạn có những phương pháp đo khác nhau. Trước đây khi công nghệ điện tử và bán dẫn chưa phát triển thì các mạch đo chủ yếu dựa trên kỹ thuật tương tự, phương pháp xử lý chủ yếu dựa vào phần cứng cho nên giá trị đó có sai số lớn, thiết bị cồng kềnh, lắp đặt không thuận tiện . Đến đầu những năm cuối thế kỷ 20, khi công nghệ bán dẫn và vi mạch phát triển mạnh, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật số đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành đo lường điều khiển làm thay đổi hẳn phương pháp xử lý tín hiệu đo. Ngày nay việc xử lý tín hiệu được đơn giản hóa cùng với sự ra đời của những sensor thông minh đã làm cho các thiết bị đo ngày càng có độ chính xác cao hơn. Có rất nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến loại cặp nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn hoặc sử dụng phương pháp phân tích phổ để xác định nhiệt độ. Nhìn chung các phương pháp đo nhiệt độ có nhiều nét giống nhau nhưng cách xử lý thì có thể khác nhau, tuỳ vào mục đích và yêu cầu kỹ thuật đối với từng công việc cụ thể nhưng mục đích cuối cùng của phép đo là thể hiện giá trị nhiệt độ với khoảng sai số cho phép có thể chấp nhận được. Báo cáo gồm 4 phần: Phần I : Tìm hiểu về đối tượng đo Phần II : Thiết kế mạch đo Phần III : Lưu đồ thuật toán và phần mềm Phần IV : Giao tiếp với máy tính Phần V : Mạch in Phần I giới thiệu tổng quan về đối tượng đo là nhiệt độ, các phương pháp và thiết bị phổ biến thường sử dụng và lựa chọn cảm biến để đo. Phần II trình bày thiết kế phần cứng của mạch đo, bao gồm lựa chọn các thiết bị đo phù hợp và cách ghép nối giữa các thiết bị với nhau. Phần III trình bày lưu đồ thuật toán và chương trình chạy của mạch. Phần IV trình bày cách thức điều khiển mạch thông qua giao tiếp với máy tính. Phần V thể hiện các đường mạch được bố trí trên bảng được ghép với nhau, nhằm nối kết các linh kiện điện tử, phần tử chức năng với nhau theo mục đích đã được thiết kế. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 2 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Phần I:Tìm hiểu về đối tượng đo I .Tìm hiểu đối tượng đo:Nhiệt độ. 1.Khái niệm. Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ chuyển động hỗn loạn của các phân tử, nguyên tử trong vật chất , các phân tử dao động càng nhanh thì nhiệt độ của vật càng cao. Nhiệt độ có thể hiểu nôm na là thang đo độ "nóng" và "lạnh". Quá trình truyền nhiệt là dạng truyền năng lượng mà năng lượng được truyền trực tiếp giữa các phân tử chuyển động hỗn loạn của các vật tương tác với nhau. Có 3 dạng truyền nhiệt: dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và đối lưu với chất lỏng và chất khí. Mọi quá trình truyền nhiệt tuân theo hai nguyên lý: • Bảo toàn năng lượng. • Nhiệt không thể tự truyền từ vật lạnh sang vật nóng hơn. 2.Thang đo nhiệt độ Nguyên tắc của thang đo nhiệt độ là dựa vào độ biến thiên của một đại lượng khi ta đốt nóng hoặc làm lạnh rồi suy ra nhiệt độ tương ứng. Có nhiều thang đo nhiệt độ, hiện nay có 3 thang đo chính là: • Thang đo nhiệt độ tuyệt đối Kelvin (K). • Thang đo nhiệt độ Celsius (C): với T(oC) = T(oK) - 273.16. • Thang đo nhiệt độ Farhrenheit(F). Trong đó thang đo nhiệt độ tuyệt đối Kelvin được quy định là hệ đơn vị bản của hệ đơn vị quốc tế (SI). 3.Phương pháp đo nhiệt độ. Nhiệt độ là một đại lượng không thể đo trực tiếp mà chỉ có thể đo gián tiếp thông qua các tính chất của vật phụ thuộc vào nhiệt độ. Trên cơ sở đó chúng ta có rất nhiều nguyên lý để chế tạo cảm biến nhiệt như dựa trên sự giãn nở của vật rắn,lỏng, khí, dựa vào phổ bức xạ nhiệt của vật …v.v . Có thể chia thành 2 phương pháp chính: • Phương pháp đo tiếp xúc • Pháp đo không tiếp xúc. Đối với nhiệt độ trung bình và thấp thường dùng phương pháp đo tiếp xúc dụng cụ đặt trực tiếp ở môi trường đo. Đối với nhiệt độ cao dùng phương pháp không tiếp xúc dụng cụ đo đặt ở ngoài môi trường đo. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 3 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện II.Phương pháp đo nhiệt độ Tùy theo nhiệt độ đo có thể dùng các phương pháp khác nhau. Thông thường nhiệt độ đo thường được chia thành ba dải: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và cao. • Ở nhiệt độ trung bình và thấp ( khoảng ≤1500°C ) phương pháp đo là phương pháp tiếp xúc nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ở ngay môi trường cần đo. • Đối với nhiệt độ cao( >1500°C ) đo bằng phương pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài mồi trường đo. 1. Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc bằng cách đặt cảm biến đo nhiệt độ trực tiếp trong môi trường cần đo. Phương pháp này gặp nhiều trong công nghiệp. Đo bằng phương pháp tiếp xúc thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở, nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu và nhiệt kế kiểu bán dẫn. a. Nhiệt kế nhiệt điện trở. Hình1: Nhiệt kế nhiệt điện trở Về vật liệu: Nhiệt kế nhiệt điện trở có thể chế tạo bằng dây platin, đồng, niken, chất bán dẫn… quấn trên một lõi cách điện đặt trong vỏ kim loại và có đầu dây nối ra ngoài. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 4 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Về mạch đo: Có thể dùng nhiều loại mạch đo: mạch cầu không cân bằng, logomat từ điện cầu tự động cân bằng. Tuy nhiên để giảm sai số do nhiệt độ môi trường thay đổi người ta sử dụng mạch cầu 3 dây như hình vẽ Hình 2 Mạch đo cầu 3 dây nhiệt kế nhiệt điện trở Nguyên lý: Trong đó Rt chính là nhiệt điện trở, 2 dây Rd1, Rd2 nối vào nhánh cầu, dây Rd3 mắc vào nguồn cung cấp. Khi làm việc ở chế độ cân bằng R1=R2 và Rd1=Rd2 sai số do sự thay đổi điện trở của đây dẫn sẽ bị loại trừ. Do đó khi làm việc ở chế độ không cân bằng sai số sẽ giảm đáng kể. b. Nhiệt kế cặp nhiệt điện. Hình3: Cấu tạo nhiệt kế cặp nhiệt điện Về vật liệu: Cặp nhiệt điện thường dùng là platin-platin rodi, cromel-kopen, cromel-Alumel. Về cấu tạo: Gồm hai đây hàn với nhau ở một điểm và được luồn vào ống để đo nhiệt độ cao, với nhiệt độ thấp hơn vỏ nhiệt kế có thể làm bằng thép không rỉ. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 5 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Do đầu đo chịu sự tác động của nhiệt độ môi trường, cặp nhiệt điện được mắc vào cần bù sai số nhiệt độ. Cặp nhiệt ngẫu mắc nối tiếp vào đường chéo cầu một chiều tại điểm A-B, trong đó Rt nhiệt điện trở tạo thành nhánh cầu: Điện trở Rt được mắc cùng phía với cặp nhiệt ngẫu và được điều chỉnh sao cho khi to = 0°C thì điện áp trên đường chéo A- B =0. Khi nhiệt độ đầu đo thay đổi ta có điện áp lấy ra thể hiện trên volmet Hình ảnh một số cặp nhiệt ngẫu thường gặp. c. Nhiệt kế kiểu bán dẫn Cảm biến nhiệt bán dẫn là những loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn. Vật liệu : Làm từ các loại chất bán dẫn Si, Ge,… Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 6 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản. Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền. Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch điện tử. Tầm đo: -50 Vout= 0.V ÷ 0.8V 2. Bộ gộp kênh MUX. Do bộ đo nhiệt độ có 16 kênh mà mỗi thời điểm vi xử lý chỉ xử lý được một số liệu nên cần một mạch dồn kênh để vi xử lý có thể xử lý lần lượt từng kênh thông qua bộ biến đổi tương tự số ADC. Chọn loại Mux được chọn là : 74HC4067 có 16 kênh vào và 1 kênh ra để dồn tín hiệu từ 16 kênh đo. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 14 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Hình 2-3 Vi mạch dồn kênh 74HC4067. Trong đó: Chân I0 đến I 7 là các đầu vào được nối với 16 cảm biến đo. Đầu ra là chân số 1. Các chân A,B,C,D sẽ được nối với vi xử lý AT89C51 để điều khiển chọn kênh. Bảng trạng thái cho phép của các chân khi thực hiện chức năng gộp kênh. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 15 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện 3. Bộ chuyển đổi tương tự số ADC. Lựa chọn ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự sang số thuộc họ ADC800 của hãng National Semiconductor. ADC0804 có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. ADC0804 có thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110μs. Sơ đồ chân của ADC 0804 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 16 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Hình 2-4 Sơ đồ chân ADC0804. • CS (Chip select): chân chọn để kích hoạt chip ADC0804 ở mức thấp. • RD (Read): là một tín hiệu vào, tích cực ở mức thấp. Các bộ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong. RD được sử dụng để có dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7). • WR (Write):là chân vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC biết bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phân 8 bit. Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống mức thấp. • CLK IN và CLK R: CLK IN là chân nối tới đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo thời gian. Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R được nối với một tụ điện và một điện Khi ấy tần số được xác định bằng biểu thức: Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 17 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện f = 1 1,1RC Tần số hoạt động của ADC là 600 – 700 Khz. Chọn f= 660 Khz ;R =10K 1 −12 => C = 1,1.10000.660000 = 137.10 F = 137 pF Chọn C = 150 pF • -Ngắt INTR (Interupt): là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở trạng thái cao, khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó được ADC kéo xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Khi INTR xuống thấp, cần đặt CS = 0V và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để lấy dữ liệu. • Vin + và Vin - : đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin + – Vin –. Vin + được nối với bộ mux để nhận điện áp vào từ cảm biến được chọn. Vin - nối đất • Vcc: là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở. • Vref/2: là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu. Nếu để hở thì đầu vào tương tự có điện áp tham chiếu 0→5V. Ta có nhiệt độ đo là khoảng từ 0oC đến 80 oC nên Vin+= 0.V ÷ 0.8V và ngõ ra của ADC là 8 bit dạng số nhị phân ⇒ có 28 =256 mức giá trị . Do cảm biến LM335 Độ chính xác 1.0 °C và mức giá trị cao nhất là 255 >80. Ta chọn mỗi mức giá trị ứng với 10mV (1 oC) để dễ tính toán nhiệt độ khi lập trình vậy mỗi 4mv ứng với 1 giá trị ADC. Mức điện áp ứng giá trị cao nhất của ADC là Vref = 10mV ⇒ Vref = 256.10.10 −3 = 2,56V 256 Mà điện áp cấp đến ADC để so sánh là Vref/2 nên điện áp cấp đến chân 9 của là 2.56/2=1,28 V. Khoảng nhiệt độ ta thu được là 0oC ÷ 255oC . Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 18 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện • DB0 - DB7: là các chân ra dữ liệu số (DB7 là bit cao nhất MSB và DB0 là bit thấp nhất LSB). 4. Vi xử lý Lựa chọn sử dụng vi xử lý AT89C51 thuộc họ MCS 8051 vì đáp ứng được yêu cầu của mạch đo ,phổ biến và dễ sử dụng. Họ vi điều khiển MCS-51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các IC thiết kế cho các ứng dụng hướng điều khiển. Các IC này chính là một hệ thống vi xử lý hoàn chỉnh bao gồm các các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch giao tiếp, điều khiển ngắt. MCS-51 bao gồm nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản sau tăng thêm một số thanh ghi điều khiển hoạt động của MCS-51. AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS có các đặc tính như sau: • 4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá. • Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz. • 128 Byte RAM trong. • 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit. • 2 bộ Timer/counter 16 Bit. • 6 nguồn ngắt. • 64 KB vùng nhớ mã ngoài • 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài. • 210 vị trí nhớ có thể định vị bit. • 4 chu kỳ máy (4 μs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia. Sơ đồ ghép nối AT89C51: Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 19 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Hình 2-5 Mạch vi xử lý AT89C51. • XTAL1,XTAL2: Ngõ vào và ngõ ra bộ dao động, khi sử dụng có thể chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 là 12Mhz. • VCC chân 40: chân nguồn +5V . • GND chân 0: Điểm đất. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 20 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện • RST (Reset): cho phép reset AT89C51 khi ngõ vào tín hiệu đưa lên mức 1 trong ít nhất là 2 chu kỳ máy. 5. Hiển thị Sử dụng Led 7 thanh anode chung, chân chung COM phải có mức logic 1 và muốn sáng Led nào thì tương ứng các chân a – f, dp sẽ ở mức logic 0. Đồng thời sử dụng thêm Ic giai mã địa chỉ 7447 để chuyển từ mã BCD về mã 7 thanh và giúp tiết kiệm chân vi xử lý. Hình 2-6 Sử dụng 7447 để giải mã led 7 thanh. • A,B,C,D: 4 đầu nhận dữ liệu vào ở dạng BCD để hiển thị ra LED. • QA÷QG: tín hiệu ra dạng mã 7 thanh. Do cần hiển thị ra nhiệt độ đo được và kênh đang được hiển thị nên sẽ phải dùng 5 LED để hiển thị . Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 21 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Để vi xử lý có thể điều khiển hiển thị được cả 5 LED có hai giải pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị led 7 đoạn, hai là kết nối nhiều led 7 đoạn vào cùng một đường xuất tín hiệu hiển thị.Ở đây ta chọn cách thứ 2. Hình 2-7 Điều khiển hiển thị LED 7 thanh sử dụng Transistor. Các đường dữ liệu vào của LED được chung với nhau và các chân điều khiển nguồn cho các LED được tách riêng rẽ và được điều khiển bằng cách đóng mở transitor theo điều khiển từ một ngõ ra của chân điều khiển. Tại mỗi thời điểm vi xử lý chỉ mở một transistor và chỉ có một LED sáng nhưng do quá trình này xảy ra rất nhanh nên mắt người luôn cảm nhận là LED sáng liên tục. Các điện trở R1A, R2A, R3A đảm bảo transitor luôn hoạt động ở chế độ ngắt/dẫn khi LED đang ở trạng thái OFF sẽ bị tắt hoàn toàn, không bị sáng mờ mờ. 6. Mạch nguồn. • Dùng biến áp có điểm giữa thứ cấp, chỉnh lưu hai nửa chu kì. • Sử dụng vi mạch ổn áp7809 để có điện áp • Sử dụng vi mạch ổn áp 7805 để có điện áp Vi mạch 7809 có U v min = 11,5V và U v max = 24V Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 22 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Khối biến áp: với cuộn thứ cấp biến áp có điểm giữa Biên độ điện áp thứ cấp bằng trung bình cộng của Uvmin vàUvmax Biên độ điện áp sơ cấp: U1m = 220 2 = 311 Tỉ số máy biến áp: Khối chỉnh lưu cầu chỉnh lưu 12Vac thành 12Vdc Tụ lọc nguồn Ta chọn C1 = 1000µ F , C1=C2=C4=C5 các tụ này có vai trò lọc điện áp Khối ổn áp: dùng các vi mạch 7809 và 7805 để ổn áp +9V và +5V Khối tăng dòng : Có 5 led 7 thanh tiêu thụ 20mA/led. Vậy tiêu thụ 100mA Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 23 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện AT89C51 dòng tiêu thụ 20mA—30mA. LM35 dòng vào nhỏ hơn 60 A nên dòng tiêu thụ cho 16 cái là khoảng 1mA Ta cấp cho mạch 1 dòng khoản 1A. ta dùng tranzito TIP42 để tăng dòng có: β = 15; U BE = 0,8V Công thức tính dòng ra: Trong đó . Thay số vào ta tính được 7. Giao tiếp với máy tính. Việc thực hiện giao tiếp với máy tính thực hiện qua cổng nối tiếp COM. là một cổng giao tiếp phổ biến rộng rãi . Cổng sử dụng chuẩn giao tiếp RS232 ,mức logic 1 ứng với mức điện áp -25V ÷ -3V và mức logic 0 ứng với mức điện áp 3V÷25V. Thực tế có hai loại phích cắm chuẩn RS232, một loại 9 chân và một loại 25 chân. Do mức logic không tương thích nên để giao tiếp vi xử lý với máy tính qua cổng COM ta phải qua một vi mạch biến đổi điện áp cho phù hợp là vi mạch MAX232. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 24 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện a) Hình 2-10 a).Vi mạch MAX b) b). Cổng COM MAX232 là một vi mạch chuyên dùng trong giao diện nối tiếp với máy tính. Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thành mức +10V hoặc –10V ở phía truyền và các mức +3…+15V hoặc -3…-15V thành mức TTL ở phía nhận. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 25 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện 8. Mạch tổng hợp Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 26 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Phần III: Lưu đồ thuật toán và phần mềm Lưu đồ thuật toán : Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 27 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Chương trình điều khiển mạch đo 16 kênh nhiệt độ được viết bằng ngôn ngữ Asam bly. Do đặc điểm của mạch, chương trình được chia thành các phần sau: Chương trình chính : Đọc cổng vào từ ADC, Hiển thị trên Led, Phát hiện phím ấn. Chương trình được viết. MAIN: MOV P3,#0FFH MOV P2,#11111111B LAP_LAI: MOV P2,#11110000B MOV A,P2 LCALL BON_LED LCALL DESLAY_K1 CJNE A,#11110000B,GOI_PHIM LJMP LAP_LAI GOI_PHIM: LCALL PHIM ////quet phim LCALL DELAY1 LJMP LAP_LAI • Chương trình con tìm phím ấn. Chương trình này sẽ thực hiện công việc tìm phím ấn khi chương trình chính phát hiện có phím được nhấn. PHIM: MOV P2,#11110111B MOV A,P2 CJNE A,#11100111B,N0 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 28 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện MOV R6,#1H N0: MOV P2,#11110111B MOV A,P2 CJNE A,#11010111B, N1 MOV R0,#00000000B /// SO 0 MOV R7,#00000000B MOV R6,#2H N1: MOV P2,#11111011B MOV A,P2 CJNE A,#11101011B, N2 MOV R0,#00000000B /// SO 1 MOV R7,#00000001B MOV R6,#2H N2: MOV P2,#11111011B MOV A,P2 CJNE A,#11011011B, N3 MOV R0,#00000001B /// SO 2 MOV R7,#00000010B MOV R6,#2H N3: MOV P2,#11111011B Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 29 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện MOV A,P2 CJNE A,#10111011B, N4 MOV R0,#00000010B /// SO 3 MOV R7,#00000011B MOV R6,#2H N4: MOV P2,#11111101B MOV A,P2 CJNE A,#11101101B, N5 MOV R0,#00000011B /// SO 4 MOV R7,#00000100B MOV R6,#2H N5: MOV P2,#11111101B MOV A,P2 CJNE A,#11011101B, N6 MOV R0,#00000100B /// SO 5 MOV R7,#00000101B MOV R6,#2H N6: MOV P2,#11111101B MOV A,P2 CJNE A,#10111101B, N7 MOV R0,#00000101B /// SO 6 MOV R7,#00000110B Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 30 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện MOV R6,#2H N7: MOV P2,#11111110B MOV A,P2 CJNE A,#11101110B, N8 MOV R0,#00000110B //// SO 7 MOV R7,#00000111B MOV R6,#2H N8: MOV P2,#11111110B MOV A,P2 CJNE A,#11011110B, N9 MOV R0,#00000111B ///// SO 8 MOV R7,#00001000B MOV R6,#2H N9: MOV P2,#11111110B MOV A,P2 CJNE A,#10111110B, N10 MOV R0,#00001000B /// SO 9 MOV R7,#00001001B MOV R6,#2H N10: MOV P2,#11110111B Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 31 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện MOV A,P2 CJNE A,#10110111B,N11 LCALL CONG_PHIM ///////an phim enter LCALL DELAY1 N11: LCALL DELAY1 RET • Chương trình con phát hiện phím Enter Chương trình này nhằm điều khiển cổng đo được lựa chọn, khi phát hiện phím Enter được nhấn thì cổng của Mux được lựa chọn, do đó thông tin của đầu đo được gửi tới ADC qua vi xử lý sau đó được hiển thị trên led. Đồng thời chương trình này cũng gửi ra Led cho ta biết cổng bao nhiêu đang được lựa chọn. CONG_PHIM: MOV A,R6 CJNE A,#1H,TIM1 MOV A,R7 ADD A,#0AH LCALL HAI_LED MOV A,R0 ADD A,#0AH MOV P0,A LJMP HET_CT TIM1: MOV A, R7 LCALL HAI_LED MOV A, R0 MOV P0, A Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 32 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện HET_CT: RET Chương trình tổng thể. ORG 0000H LJMP MAIN MAIN: MOV P3,#0FFH MOV P2,#11111111B LAP_LAI: MOV P2,#11110000B MOV A,P2 LCALL BON_LED LCALL DESLAY_K1 CJNE A,#11110000B,GOI_PHIM LJMP LAP_LAI GOI_PHIM: LCALL PHIM ////quet phim LCALL DELAY1 LJMP LAP_LAI CONG_PHIM: MOV A,R6 CJNE A,#1H,TIM1 // CONG PHIM MOV A,R7 ADD A,#0AH LCALL HAI_LED MOV A,R0 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 33 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện ADD A,#0AH MOV P0,A LJMP HET_CT TIM1: MOV A, R7 LCALL HAI_LED MOV A, R0 MOV P0, A HET_CT: RET PHIM: MOV P2,#11110111B MOV A,P2 CJNE A,#11100111B,N0 MOV R6,#1H /////an phim hien 2 so N0: MOV P2,#11110111B MOV A,P2 CJNE A,#11010111B, N1 MOV R0,#00000000B /// SO 0 MOV R7,#00000000B MOV R6,#2H N1: MOV P2,#11111011B MOV A,P2 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 34 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện CJNE A,#11101011B, N2 MOV R0,#00000000B /// SO 1 MOV R7,#00000001B MOV R6,#2H N2: MOV P2,#11111011B MOV A,P2 CJNE A,#11011011B, N3 MOV R0,#00000001B /// SO 2 MOV R7,#00000010B MOV R6,#2H N3: MOV P2,#11111011B MOV A,P2 CJNE A,#10111011B, N4 MOV R0,#00000010B /// SO 3 MOV R7,#00000011B MOV R6,#2H N4: MOV P2,#11111101B MOV A,P2 CJNE A,#11101101B, N5 MOV R0,#00000011B /// SO 4 MOV R7,#00000100B MOV R6,#2H Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 35 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện N5: MOV P2,#11111101B MOV A,P2 CJNE A,#11011101B, N6 MOV R0,#00000100B /// SO 5 MOV R7,#00000101B MOV R6,#2H N6: MOV P2,#11111101B MOV A,P2 CJNE A,#10111101B, N7 MOV R0,#00000101B /// SO 6 MOV R7,#00000110B MOV R6,#2H N7: MOV P2,#11111110B MOV A,P2 CJNE A,#11101110B, N8 MOV R0,#00000110B //// SO 7 MOV R7,#00000111B MOV R6,#2H N8: MOV P2,#11111110B MOV A,P2 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 36 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện CJNE A,#11011110B, N9 MOV R0,#00000111B ///// SO 8 MOV R7,#00001000B MOV R6,#2H N9: MOV P2,#11111110B MOV A,P2 CJNE A,#10111110B, N10 MOV R0,#00001000B /// SO 9 MOV R7,#00001001B MOV R6,#2H N10: MOV P2,#11110111B MOV A,P2 CJNE A,#10110111B,N11 LCALL CONG_PHIM //an phim enter LCALL DELAY1 N11: LCALL DELAY1 RET BON_LED: SETB P1.7 LCALL DELAY1 CLR P1.7 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 37 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện LCALL DELAY1 SETB P1.7 MOV A,P3 MOV B,#10 DIV AB MOV R1,B MOV B,#10 DIV AB MOV R2,B MOV R3,A RET ///////////// HAI_LED: MOV B,#10 DIV AB MOV R4,B MOV B,#10 DIV AB MOV R5,B RET //////////// DESLAY_K1: MOV A,#00001010B MOV P1,A LCALL DELAY1 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 38 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện MOV A,R1 ADD A,#00010000B MOV P1,A LCALL DELAY1 MOV A,R2 ADD A,#00100000B MOV P1,A LCALL DELAY1 MOV A,R3 ADD A,#00110000B MOV P1,A LCALL DELAY1 MOV A,R4 ADD A,#01000000B MOV P1,A LCALL DELAY1 MOV A,R5 ADD A,#01010000B MOV P1,A LCALL DELAY1 RET ////////////// DELAY1: Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 39 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện MOV B,#80 LAP11: DJNZ B, LAP11 RET //////////////// END Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 40 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Phần IV: Giao tiếp máy tính Mạch đo gửi kết quả cho PC thông qua cổng COM Kết quả hiện thì trên giao diện như sau. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 41 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 42 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Phần V: Mạch in Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 43 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Kết luận Việc thực hiện đồ án môn học đã giúp nhóm có thêm những hiểu biết quan trọng về các thiết bị cũng như cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện tử, kinh nghiệm thuyết trình và thực hiện những đồ án sau này. Đặc biệt rèn luyện kỹ năng làm việc theo nhóm để đạt hiệu quả cao nhất. Song do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong đề tài, mong thầy và các bạn góp ý. Chúng em xin cám ơn thầy Bùi Đăng Thảnh đã giúp đỡ hướng dẫn tận tình để chúng em thực hiện đề tài này. Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 44 [...]... Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện 8 Mạch tổng hợp Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 26 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Phần III: Lưu đồ thuật toán và phần mềm Lưu đồ thuật toán : Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 27 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Chương trình điều khiển mạch đo 16 kênh nhiệt độ được viết bằng ngôn ngữ Asam bly Do đặc điểm của mạch, chương... pháp đo nhiệt độ Nhiệt độ đo được ( nhờ một điện trở hoặc một cặp nhiệt) chính bằng nhiệt độ của cảm biến (Tc) nó phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường (Tx) Để phép đo chính xác phải giảm hiệu số Tx – Tc xuống nhỏ nhất bằng 2 cách : • Tăng trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường đo • Giảm trao đổi nhiệt giữa cả0m biến và môi trường bên ngoài Để đo nhiệt độ trong lòng vật rắn bằng cảm biến nhiệt độ ta... dòng theo nhiệt độ là 0.7 µA/°C • Đặc tính điện, quan hệ giữa nhiệt độ và đầu ra điện áp : • Vout=250mV tại 25°C 1500mV tại 150°C 55mV tại -55°C Phần II :Thiết Kế Mạch Đo Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 12 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện I.Sơ đồ khối Sơ đồ cấu trúc tổng quát của mạch đo Hình 2-1 Mô hình sơ đồ khối của mạch đo Vi xử lý sẽ phát tín hiệu điều khiển đên bộ gộp kênh để... Mux được chọn là : 74HC4067 có 16 kênh vào và 1 kênh ra để dồn tín hiệu từ 16 kênh đo Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 14 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Hình 2-3 Vi mạch dồn kênh 74HC4067 Trong đó: Chân I0 đến I 7 là các đầu vào được nối với 16 cảm biến đo Đầu ra là chân số 1 Các chân A,B,C,D sẽ được nối với vi xử lý AT89C51 để điều khiển chọn kênh Bảng trạng thái cho phép của... MAX232 Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 24 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện a) Hình 2-10 a).Vi mạch MAX b) b) Cổng COM MAX232 là một vi mạch chuyên dùng trong giao diện nối tiếp với máy tính Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi mức TTL ở lối vào thành mức +10V hoặc –10V ở phía truyền và các mức +3…+15V hoặc -3…-15V thành mức TTL ở phía nhận Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 25... dạng mã 7 thanh Do cần hiển thị ra nhiệt độ đo được và kênh đang được hiển thị nên sẽ phải dùng 5 LED để hiển thị Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 21 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Để vi xử lý có thể điều khiển hiển thị được cả 5 LED có hai giải pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị led 7 đo n, hai là kết nối nhiều led 7 đo n vào cùng một đường xuất tín hiệu... cắm sâu cảm biến vào môi trường cần đo III Lựa chọn loại cảm biến Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 11 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Trong khuôn khổ của đồ án chỉ yêu cầu đo nhiệt độ thấp nên cảm biến được chọn là loại cảm biến kiểu bán dẫn Cảm biến được lựa chọn là loại cảm biến LM35 là Ic phổ biến được sử dụng rộng rãi, dải đo phù hợp , độ chính xác cao và có giá thành rẻ... 75.10−6 Do dải đo của LM35 là từ -55 oC ÷ 150oC nếu ta cấp một nguồn dương ,một nguồn âm cho nó Nhưng yêu cầu lầ đo nhiệt độ từ 0 oC ÷ 80oC nên ta cắm chân 3 với đất Ta có: T(oC)= 0oC ÷ 80oC ;Vout= T(oC)x10mV => Vout= 0.V ÷ 0.8V 2 Bộ gộp kênh MUX Do bộ đo nhiệt độ có 16 kênh mà mỗi thời điểm vi xử lý chỉ xử lý được một số liệu nên cần một mạch dồn kênh để vi xử lý có thể xử lý lần lượt từng kênh thông... chu kỳ ghi xoá • Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz • 128 Byte RAM trong • 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit • 2 bộ Timer/counter 16 Bit • 6 nguồn ngắt • 64 KB vùng nhớ mã ngoài • 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài • 210 vị trí nhớ có thể định vị bit • 4 chu kỳ máy (4 μs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia Sơ đồ ghép nối AT89C51: Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 19 Trường đại học... Dải nhiệt độ đo Độ chính xác Đầu ra LM35A -55° C đến 150 °C + 1.0 °C 10mV/F LM35 -55° C đến 150 °C + 1.5 °C 10mV/F LM35CA -40° C đến 110 °C + 1.0 °C 10mV/F LM35C -40° C đến 110 °C + 1.5 °C 10mV/F LM35D 0° C đến 150 °C + 2.0 °C 10mV/F Một số tính chất của LM35 • LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ là 10mV/°C • Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ nhạy, Ở 25°C có sai số không quá 1% Với tầm đo ... Mạch đo gửi kết cho PC thông qua cổng COM Kết giao diện sau Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 41 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page... tỷ lệ với nhiệt độ đo Hỏa quang kế màu sắc : Đề tài: thiết kế hệ đo nhiệt độ 16 kênh Page 10 Trường đại học Bách Khoa Hà Nội—Viện Điện Một số lưu ý phương pháp đo nhiệt độ Nhiệt độ đo ( nhờ... lạnh suy nhiệt độ tương ứng Có nhiều thang đo nhiệt độ, có thang đo là: • Thang đo nhiệt độ tuyệt đối Kelvin (K) • Thang đo nhiệt độ Celsius (C): với T(oC) = T(oK) - 273 .16 • Thang đo nhiệt độ Farhrenheit(F)