luận văn tốt nghiệp cảm biến lực

TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN TỰ ðỘNG HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC ðỀ@ TÀI Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ Tài liệu học tập nghiên cứu CẢM BIẾN LỰC Cán hướng dẫn TS Trần Thanh Hùng Võ Hiếu Thảo - 1041423 Sinh viên thực Nguyễn Minh Hải - 1041388 Cần Thơ, tháng 12 năm 2008 TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN TỰ ðỘNG HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC CẢM BIẾN LỰC Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu Cán hướng dẫn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải TS Trần Thanh Hùng MSSV: 1041388 Võ Hiếu Thảo MSSV: 1041423 Luận văn ñược bảo vệ tại: Hội ñồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn ……………………………………, Khoa Công nghệ, Trường ðại học Cần Thơ vào ngày tháng năm … BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét giáo viên hướng dẫn: Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Nhận xét giáo viên phản biện: Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp trường, ñã nhận ñược dẫn nhiệt tình thầy cô Bộ môn Tự ðộng Hóa – Khoa Công Nghệ Trường ðại Học Cần Thơ hợp tác, giúp ñỡ nhiệt tình thầy cô phân xưởng Cơ Khí – Trường ðại học Cần Thơ Chúng vô biết ơn gia ñình ñã tạo ñiều kiện, chăm sóc, ñộng viên sống nói chung, ñặc biệt suốt thời gian thực luận văn nói riêng Chúng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến quý thầy cô ñã tận tình dạy dỗ truyền thụ kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian cắp sách ñến trường Trân trọng biết ơn quý thầy cô! ðặc biệt, vô biết ơn thầy Trần Thanh Hùng ñã tận tình giúp ñỡ, tạo ñiều kiện tốt ñã ñọc chỉnh sửa luận ñể hoàn thành Trung Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu ñề tàitâm Do thời gian thực ñề tài kiến thức thân hạn chế nên trình thực ñề tài không tránh khỏi nhiều sai sót, kết ñạt ñược tốt chưa ñến mức tối ưu Chúng mong ñược thông cảm, ñóng góp quý thầy cô Chúng mong sinh viên khóa sau kế thừa, phát huy hoàn thiện ñề tài cách xuất sắc ñể cho sản phẩm xuất sắc, có hội ñến với người tiêu dùng phát triển thành nhiều dạng ứng dụng sử dụng nguyên tắc mô hình (cân ñiện tử, ño lực với ñộ xác cao, hồi tiếp lực cho tay robot,…) Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 29 tháng 11 năm 2008 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Võ Hiếu Thảo TÓM TẮT Abstract CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ðẶT VẤN ðỀ 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ðỀ 1.3 PHẠM VI CỦA ðỀ TÀI 1.4 PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 STRAINGAUGE 2.1.1 ðịnh nghĩa strain gauge 2.1.2 Nguyên tắc hoạt ñộng ứng dụng 2.1.3 Cấu tạo 2.1.4 Chất keo dán 2.1.5 Các mạch cầu gauge Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu 2.1.6 Hoạt ñộng cầu 2.1.7 Bù nhiệt 12 2.2 LOADCELL 12 2.3 KHẢO SÁT BỘ CHUYỂN ðỔI ADC 14 2.3.1 Sơ ñồ chuyển ñổi ADC 14 2.3.2 Các ghi quan trọng ADC 15 2.3.3 Yêu cầu ADC 16 2.3.4 Vận hành chuyển ñổi ADC 17 2.4 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC LINH KIỆN QUAN TRỌNG 18 2.4.1 Vi mạch LM741 18 2.4.2 LCD 16x2 Họ HD44780 19 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG 23 3.1 THIẾT KẾ LOADCELL 23 3.1.1 Yêu cầu 23 3.1.2 Vật liệu 24 3.1.3 Hình dạng 24 3.2 TÍNH TOÁN BỘ KHUẾCH ðẠI 31 3.2.1 Lựa chọn linh kiện khuếch 31 3.2.2 Tính toán ñiện áp cầu Wheatstone 32 3.2.3 Tính toán mạch khuếch ñại 33 3.3 MẠCH CHUYỂN ðỔI ADC VÀ HIỂN THỊ 35 3.3.1 Lựa chọn vi ñiều khiển 35 3.3.2 Hiển thị 36 3.4 THIẾT KẾ BỘ NGUỒN 36 3.5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 36 3.5.1 Lưu ñồ 36 3.5.2 Source code 37 3.6 TEST MẠCH 39 KẾTtâm LUẬN VÀ liệu KIẾNĐH NGHỊ 44 cứu Trung Học Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG 46 TÓM TẮT Bài luận giới thiệu kiến thức strain gauge, Loadcell hướng thiết kế loadcell ñơn giản Phần tìm hiểu strain gauge loadcell thực cách tìm tài liệu mạng internet (datasheet luận nghiên cứu) Phần thiết kế loadcell ñơn giản ñược tiến hành thực nghiệm (chế tạo mô hình) Kết phần tìm hiểu strain gauge loadcell nhóm ñã khái quát ñược cấu tạo phương thức hoạt ñộng Về phần chế tạo mô hình, nhóm ñã làm ñược mô hình hệ thống cảm biến lực với ñầy ñủ loadcell, khuếch ñại, ñọc liệu hiển thị Tuy nhiên mô hình hoạt ñộng với xác chưa ñược cao (sai số khuếch ñại + giải thuật lập trình chưa tối ưu) Nếu lỗi ñược khắc phục tương lai, phát triển thành nhiều dạng ứng dụng sử dụng nguyên tắc mô hình (cân ñiện tử, ño lực với ñộ xác cao, hồi tiếp lực cho tay robot,…) Abstract In this thesis, the basic knowledge of straingauge, loadcell and the method of design a simple loadcell are discussed To learn about strain gauges and loadcells, we search on Trung tâm liệu ĐHandCần Thơ @theTài liệu tậpa simple nghiên internet for Học their datasheets reports From theory, wehọc develop loadcell, cứu and use computer to simulate its responses, such as strain-stress property Then an amplifier is designed for conditioning the loadcell signal Finally, a microcontroller is used to read results by an ADC and display to an LCD Experimental results so that the system works, but not very accurate because of errors from amplifier, ADC and algorithm By fixing these errors, this model can be employed for many kind of applications such as electric scale, high accurate force sensor, feedback force control,…) Keywork: Loadcell, khuếch ñại, force sensor (cảm biến lực) CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 ðặt vấn ñề Lịch sử giải vấn ñề Phạm vi ñề tài Phương hướng giải 1.1 ñẶT VẤN ðỀ Hiện nay, kỹ thuật thường xuất từ strain gauge, loadcell, force sensor… Vậy strain gauge gì? loadcell gì? Chúng ta tìm hiểu luận ( cấu tạo, phương thức hoạt ñộng) sau ñó dùng kiến thức ñó ñể làm thành mô hình hệ thống cảm biến ño lực ñơn giản 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ðỀ Cảm biến lực vấn ñề quan trọng ñược nghiên cứu nhiều giải tốt ñược ứng dụng nhiều lĩnh vực sống: xây dựng, ño lường, robot … Hiện cảm biến lực ñã có bước phát triển vượt bậc, ñược ứng dụng rộng rãi robot.tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu Trung Nói ñến “cảm biến lực” bỏ qua strain gauge loadcell Strain gauge, loadcell ñã có từ năm 80 kỷ trước, có nhiều tài liệu trình bày vấn ñề này, nhiên hầu hết dạng tiếng Anh Tài liệu tiếng Việt không phổ biến, theo ñược biết ñề tài “ðO LỰC VÀ ỨNG SUẤT” sinh viên Hà Thanh Lâm Phạm Trọng Quỳnh ñã trình bày rõ ràng, nhiên họ tập trung vào phần ño lực ứng suất mà không ñi sâu vào thiết kế loadcell Ở ñây ñể tiện việc theo dõi trình bày số kiến thức strain gauge, loadcell, ñề hướng thiết kế loadcell ñơn giản ñồng thời dùng mô hình làm ñể phát triển mô hình khác cao ðề tài ñặt thiết kế loadcell, sau ñó xây dựng ñược mô hình có phần cứng phần mềm tương ñối ñơn giản ðề tài sở ñể người nghiên cứu khác vận dụng phát triển thành sản phẩm có giá trị sử dụng thực tế Chúng hy vọng sinh viên khóa sau kế thừa ñề tài ñể cho cân ñiện tử xác ñể ñưa vào sống phát triển thành nhiều dạng ứng dụng sử dụng nguyên tắc mô hình (ño lực với ñộ xác cao, hồi tiếp lực cho tay robot,…) ðề tài sở ñể người thực luận văn tốt nghiệp khóa sau tham khảo phát triển 1.3 PHẠM VI CỦA ðỀ TÀI Yêu cầu ñề tài ñặt tìm hiểu strain gauge, loadcell; thiết kế load cell ñơn giản hiển thị LCD Do ñề tài có nhiều kiến thức (sử dụng phần mềm mô phỏng, ngôn ngữ lập trình…) nên ñặt phạm vi: Tìm hiểu strain gauge loadcell ( kiến thức ) Thiết kế mô hình loadcell ñơn giản: o Mô hình khí o Mạch khuếch ñại tín hiệu o Mạch hiển thị o Loadcell hoạt ñộng xác tốt 1.4 PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT ðề tài “ CẢM BIẾN LỰC ” gồm phần: Tìm hiểu loadcell, strain gauge: tìm tài liệu mạng (Anh + Việt) bao gồm datasheet báo cáo nghiên cứu Thiết kế mô hình hệ thống cảm biến lực với ñầy ñủ loadcell, khuếch ñại, ñọc liệu hiển thị Chia làm phần cứng phần mềm với phân công công việc cụ thể: o Phần cứng Võ Hiếu Thảo o Phần mềm Nguyễn Minh Hải Tuy nhiên, ñể ñề tài ñược tiến hành thuận lợi có hệ thống hoạt ñộng tốt Trung Học Thơ @ Tàiñòiliệu học tậpviên vàphải nghiên cứu cứng phầnliệu mềm ĐH khôngCần thể tách rời, ñiều hỏi thành hợp tác chặt phần tâm chẻ với nhau, không xem nhẹ phần (phần cứng, phần mềm), phải ñoàn kết, 10 H 3.4a Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu H 3.4b Kết quả: Qua kết mô phỏng, ta thấy chữ nhật có mặt cắt khép kín không ñáp ứng ñược yêu cầu ( 1000µstrain ) chữ nhật có mặt cắt không khép kín mỏng 34 lần mô thứ 10 cho kết tốt, ñáp ứng ñược yêu cầu ñề Do mỏng khó gia công nên ta chọn kết mô lần thứ mười trường hợp chữ nhật lổ hở H 3.5 3.2 Tính toán bỘ khUẾCH ñẠi 3.2.1 Lựa chọn linh kiện khuếch ñại Trước ñi vào tính toán mạch khuếch ñại ta phải qua bước quan trọng lựa chọn linh kiện làm nhiệm vụ khuếch ñại Có dòng IC ñáp ứng ñược nhiệm vụ khuếch ñại là: 741, tâm TL 082, OP 07 Trung Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu Tiêu chí ðộ lợi (ñiện thế) Nhiễu Phổ biến Giá thành Offset Chọn 741 + + + + X TL 082 + + + - OP 07 + + + - Vậy linh kiện ñược sử dụng opamp 741 35 3.2.2 Tính toán ñiện áp cầu Wheatstone H 3.6 Vout = GF.ε V.0,25 GF = (datasheet) ε = 1000µstrain Trung ĐH Cần @ −Tài liệu Với ngutâm ồn cấpHọc vào cầliệu u 1V, ta có: Vout =Thơ 0, 25.1000 = 0,8 mVhọc Với: R 220, Rcau=470 V= Vin - 2(I cau 220) tập nghiên cứu Vin 220) 2.220+191,2 18 = 18 - 2( 220)=5,45V 2.220+191,2 Vout = 0,8mV 5, 45 = 4,36mV Ngõ vào ADC yêu cầu ñiện áp 5VDC ñộ khuếch ñại LM471 là: Gain= = 1147 lần 0,00436 = Vin - 2( 3.2.3 Tính toán mạch khuếch ñại 36 H 3.7 Tầng khuếch ñại thứ nhất: Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu H 3.8 Ta có: Vin = V3 = V2 Và, I VR1 = I R1 → Vtg − V2 VR2 = V2 R1 Vậy ñộ lợi ñiện qua tầng là: AV = Vtg Vin = 1+ VVR1 V = + VR1 R1 10k 1M = 101 (lần) 10 K Với Vin = 4, 6mV → Vtg = 4, 6mV AV = 4, 6mM 101 = 464,6mV Tầng khuếch ñại thứ 2: Chọn VVR1 = 1M → A V1 = + 37 H 3.9 Tương tự ta có AV = + Mà ñộ lợi AV = VR (*) 10k VOUT 5V = = 10, 76 (lần) Vtg 464, 6mV Thế vào (*) ta tìm ñược: VR = ( AV − 1) 10k = (10,76 − 1) 10k = 97,6k Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu Chọn VR2 = 100 k Vậy : + ðộ lợi ñiện qua mạch khuếch ñại là: A = AV AV = 101*11 = 1111 + ðiện áp ngõ mạch khuếch ñại: Vout = 4, 6mV 1111 = 5,1 (V) c Mạch offset ñược thiết kế theo dẫn nhà sản xuất : H 3.10 38 3.3 MẠch chUYỂN ñỔi ADC hiỂn thỊ D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10 11 12 13 14 RW VEE E RS VSS 10K VCC VDD LCD 16X2 33pF XT2 4Mhz 13 14 33pF Vout 10u VCC 10K 10 11 12 31 32 270 H 3.11 3.3.1 OCS1/CLKIN OCS2/CLKUOT MCLR*/Vpp/THV RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+ RA4/TOCKI RA5/AN4/SS* RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RE0/AN5/RD* RC3/SCK/SCL RE1/AN6/WR* RC4/SDI/SDA RE2/AN7/CS* RC5/SDO RC6/TX/CK VDD RC7/RX/DT VSS RD0/RB0 VSS1 RD1/RB1 VDD1 RD2/RB2 RD3/RB3 PIC 16F877 RD4/RB4 RD5/RB5 RD6/RB6 RD7/RB7 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 Lựa chọn vi ñiều khiển Trên thị trường có nhiều loại vi ñiều khiển riêng Việt Nam có loại phổ biến Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu AVG, PIC,8051 Trong loại 8051 chiếm ưu số lượng bán nhiều ñặc biệt ñược giảng dạy nhiều trường Cao ðẳng, ðại Học nước nên quen thuộc với nhiều sinh viên Tuy chiếm ưu ñề tài có chọn 8051 hay không cần phải ñánh giá, phân tích ñể cho kết hợp lý Tiêu chí PIC AVG 8051 ADC + Giá thành + Phổ biến + Chọn X - 3.3.2 Hiển thị ðể làm nhiệm vụ hiển thị có nhiều loại: led ñơn, led ñoạn, led ma trận, LCD, máy tính Trong ñề tài “cảm biến lực” dự ñịnh sử dụng ba loại sau: LCD, LED ñoạn, led ma trận Tiêu chí LCD Led ñoạn Máy tính Phức tạp + Linh ñộng + + Giá thành + Thẩm mỹ + Tổn hao lượng + Chọn X - 39 3.4 ThiẾt kẾ ngUỒN Cấp nguồn vấn ñề quan trọng có nguồn tốt hệ thống hoạt ñộng tốt ñược ðối với vi ñiều khiển nguồn cấp phải ñúng ñủ hoạt ñộng ổn ñịnh, xác hỏng Pin + nguồn AC Nguồn AC Tiêu chí Pin Pin sạc (220V) (220V) Ổn ñịnh + + + + Phức tạp + Linh hoạt + + Giá thành + Chọn X - 3.5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.5.1 Lưu ñồ Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu 40 Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu H 3.12 3.5.2 Source code #include #include #FUSES NOWDT, XT, NOPUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #device *=16 adc=10 41 #use delay(clock=4000000) #include #use rs232(baud=9600,parity=n,xmit=pin_C6,rcv=pin_C7) #INT_RB Void RB_Chuan_Zero ( ) { float a; a=(float)read_adc(); } void main() { trisb=0xF0; enable_interrupts ( INT_RB ) ; enable_interrupts ( GLOBAL ) ; do{ float value,a; a=0; trisa=0xFF; trisd=0x00; LCD_Init ( ); LCD_putcmd(0x84); LCD_putchar("KHOI LUONG"); LCD_putcmd(0xCA); LCD_putchar(" Trung tâm Họcg"); liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu start: setup_adc_ports( ALL_ANALOG ); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); set_adc_channel(1); delay_us(10); value=(float)read_adc(); value=(value-a)*0.977; LCD_putcmd(0xC5); printf(LCD_putchar, "%f", value ); delay_ms( 500 ); goto start; }while(TRUE); } SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ học tập nghiên cứu 42 E RS RW D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 10 11 12 13 14 VEE VSS VCC 1 VDD LCD 16X2 220 R-strain (120) 9V 9V - U4 + LM741 - 10 LM741 5 120 U2 + 100 13 14 7 470 10K 7805 390 10K 11 12 10K -9V 31 32 -9V 220 100K 100K OCS1/CLKIN OCS2/CLKUOT MCLR*/Vpp/THV RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+ RA4/TOCKI RA5/AN4/SS* RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RE0/AN5/RD* RC3/SCK/SCL RE1/AN6/WR* RC4/SDI/SDA RE2/AN7/CS* RC5/SDO RC6/TX/CK VDD RC7/RX/DT VSS RD0/RB0 VSS1 RD1/RB1 VDD1 RD2/RB2 RD3/RB3 PIC 16F877 RD4/RB4 RD5/RB5 RD6/RB6 RD7/RB7 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 VCC 19 20 21 22 27 28 29 30 220 OCS1 220 33pF XT1 4Mhz 10k 741 pin5 MCLR 10K H 3.13 OCS2 33pF 3.6 TEST MẠCH Thử mạch khuếch ñại, lập trình ứng với khối lượng 1Kg tải trọng (max thiết kế) Trung ĐH Thơrất@ học nhân tập dòng nghiên Mạch chtâm ạy Học không liệu ổn ñịnh, cầuCần Wheastone khóTài cân bliệu ằng nguyên cung cấp bởcứu i2 pin 9V không ñủ, áp sụt nhanh chóng Khắc phục cách thay nguồn chỉnh lưu 220VAC +/-9VDC Thiết kế nguồn: 1000uF + - 106 1000uF4 GND IN Vo + 12 ~ 220V 7805 Vo IN GND 7809 + 105 4.7uF 1 7909 1000uF3 in out J1 GND 12 + 104 1000uF5 H 3.14 Sử dụng nguồn thiết kế, test lại mạch thu ñược kết sau: Kết quả: m Vo Vout 1,14 Vout-tt A (tt) Value 63 Value (tt) delta (%) 43 370 500 1500 1900 2000 Trung bình 0,7 0,8 2,4 2,9 3,0 1,95 2,19 4,6 4,88 5,02 0,81 1,05 3,46 3,74 3,88 1157,14 1312,50 1441,67 1289,66 1293,33 1298,86 250 320 870 970 995 187 257 807 907 932 32,43 36 42 48,95 50,25 41,93 Trong ñó: m: khối lượng vật mẫu (g) V0: ñiện áp ño ñầu cầu (mV) Vout: ñiện áp ño ngõ khuếch ñại (V) Vout-tt: ñiện áp thực tế (áp có có lực tác dụng) (V) A (tt): ñộ lợi thực tế tính A tt = Vouttt / Vo (lần) Value: giá trị khối lượng vật mẫu hiển thị LCD (g) Value (tt): khối lượng vật mẫu thực tế có ñược loadcell biến dạng (g) Delta: sai số khối lượng hiển thị khối lượng thật (%), tính bằng: Value(tt ) − m ∆= 100% m Nhận xét: Giá trị ñộ lợi thực tế A (tt) =1298,86 > A =1111 (giá trị ñộ lợi tính ñược theo lý thuyết) Giá trị sai số delta trung bình lên ñến 41,93% ạch ch ạy vớliệu i ñộ nhi ễu lớn ñặc tính ễu cliệu Opamp Trung M tâm Học ĐH Cần Thơ @nhi Tài học741 tập nghiên cứu Nguyên nhân: Giá trị ñộ lợi thực tế lớn giá trị lý thuyết (gần 300 lần) ñiện trở biến trở sử dụng có ñộ xác không cao dẫn ñến khác biệt kết tính toán thực tế Sự sai lệch khắc phục Giá trị delta = 41,93%, giá trị lớn có ñược lập trình, dự kiến loadcell chịu tải trọng 1Kg mô lý thuyết Tuy nhiên thực tế giá trị 2Kg Vì vậy, sữa chữa lại chương trình phần mềm ñể cải thiện kết Nhóm khắc phục nhiễu opam 741 cách thay opamp 741 thành opamp TL082 thuộc họ JFET làm việc chế ñộ khuếch ñại ổn ñịnh khả chống nhiễu có cải thiện 44 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RW E RS 10 11 12 13 14 VEE VSS VCC 1 VDD LCD 16X2 220 R-strain (120) 9V 470 10K 7805 13 14 U13 100 1M 120 +1 +VCC out1 out2 +2 -2 -1 -VCC 100k 9V tl 082 390 VCC 10 11 12 10K 31 32 10K 220 OCS1/CLKIN OCS2/CLKUOT MCLR*/Vpp/THV RB0/INT RB1 RB2 RB3/PGM RB4 RB5 RB6/PGC RB7/PGD RA0/AN0 RA1/AN1 RA2/AN2/VREFRA3/AN3/VREF+ RA4/TOCKI RA5/AN4/SS* RC0/T1OSO/T1CKI RC1/T1OSI/CCP2 RC2/CCP1 RE0/AN5/RD* RC3/SCK/SCL RE1/AN6/WR* RC4/SDI/SDA RE2/AN7/CS* RC5/SDO RC6/TX/CK VDD RC7/RX/DT VSS RD0/RB0 VSS1 RD1/RB1 VDD1 RD2/RB2 RD3/RB3 PIC 16F877 RD4/RB4 RD5/RB5 RD6/RB6 RD7/RB7 33 34 35 36 37 38 39 40 15 16 17 18 23 24 25 26 19 20 21 22 27 28 29 30 VCC 220 OCS1 220 33pF XT3 4Mhz 10K MCLR 33pF OCS2 H 3.15 Test mạch, sử dụng IC TL082: ðo lần 1: M V0 Vout Vout-tt A (tt) Value 2,6ĐH Cần Thơ @ Tài89liệu Trung tâm 0Học liệu 370 0,5 3,2 0,6 1200 400 520 0,8 3,5 0,9 1125 620 1000 1,4 4,2 1,6 1142,8 1050 1500 1,9 5,2 2,6 1368,4 1500 Trung bình 1209 Value(tt) Delta học tập nghiên cứu 311 531 961 1411 15,94 2,12 3,9 5,93 6,97 ðo lần 2: m 370 520 1000 1500 Trung bình V0 0,5 0,8 1,4 1,9 Vout 2,43 2,9 3,2 4,0 5,1 Vout-tt A (tt) 0,47 0,77 1,57 2,67 940,0 962,5 1121,43 1405,26 1107,3 Value 80 300 550 990 1500 Value(tt) Delta 220 470 910 1420 40,54 9,62 9,0 5,33 16,12 Value 80 350 606 Value(tt) delta 270 526 27,0 1,2 ðo lần 3: m 370 520 V0 0,0 0,6 0,9 Vout 2,5 3,2 3,5 Vout-tt A (tt) 0,7 1,0 1166.7 1111.1 45 1000 1500 Trung bình 1,5 2,0 4,3 5,3 1,8 2,8 1200 1400 1055 1500 1219.4 975 1420 2,5 5,3 Sai số Delta trung bình lần ño: ∆ + ∆ + ∆ + 16,1 + ∑∆ = = = 10.7% 3 ðộ lợi trung bình: A + A2 + A3 1209,1 + 1107, + 1219, ∑∆ = = = 1178.6 3 Trong ñó: m: khối lượng vật mẫu (g) V0: ñiện áp ño ñầu cầu (mV) Vout: ñiện áp ño ngõ khuếch ñại (V) Vout-tt: ñiện áp thực tế (áp có có lực tác dụng) (V) A (tt): ñộ lợi thực tế tính A tt = Vouttt / Vo (lần) Value: giá trị khối lượng vật mẫu hiển thị LCD (g) Value (tt): khối lượng vật mẫu thực tế có ñược loadcell biến dạng (g) Delta: sai số khối lượng hiển thị khối lượng thật (%), tính bằng: Value(tt ) − m ∆= 100% m Trung Nh tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu ận xét: ðộ lợi trung bình gần ñộ lợi tính toán (Att trung bình =1178,6 ≈ A=1111) Sai số trung bình ñạt 10% (10%.1,5Kg = 150g) ðối với mô hình thí nghiệm sai số chấp nhận ñược Hướng giải quyết: sử dụng linh kiện chuyên dụng (opamp OP07, OP 06, mạch khuếch ñại thương mại chuyên dùng cho loadcell…), sau chế tạo mô hình loadcell nên sử dụng máy ño lực ñể kiểm tra lại thông số vật liệu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ðề tài không khó mặt lý thuyết thực hành với vi mạch gặp phải sai số dẫn ñến hệ thống hoạt ñộng không hoàn toàn ñúng mong muốn, phải chấp nhận sai số Kiến nghị: sau tiếp tục phát triển mô hình thành viên nhóm nên gồm SV: khí, ñiện tử ñiện tử Kiến nghị: tiếp tục phát triển mô hình ñi lên thành mô hình cấp cao hơn, ứng dụng triển lãm phòng thí nghiệm tạo hứng thú cho sinh viên vào trường 46 ðây ñề tài hay, nói thị trường có nhiều loại loadcell dành cho mục ñích sử dụng khác nhau, nhiên nắm giữ phương pháp chế tạo ñịnh ñược hình dạng loadcell sử dụng mục ñích cá biệt ( ý tưởng thiết kế sinh viên khí chế tạo chế tạo hệ thống tự ñộng, hồi tiếp lực cho tay robot …) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trương Văn Tám, Giáo trình Mạch ñiện tử Thư viện giáo trình ñiện tử Bộ giáo dục ðào tạo, 2007 ðịa web: http://ebook.moet.gov.vn/ ?page=1.12 &view=286 [2] Nguyễn Văn Khanh, Giáo trình Vi ñiều khiển 08 – 2008 [3] Tài liệu tham khảo thực hành PIC : linhnc308.googlepages.com/TUT01 01 PVN Ngày 15 tháng 10 n m 2008 Trung LINH.120206.pdf tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu Website: http://www.sensorland.com/HowPage002.html Hoe loadcell strain gauge work Ngày 10 tháng năm 2008 http://www.hotrodoanhnghiep.gov.vn/Default.asp?mod=News&action=list&News ID=6585&temp=HTDN_vn&Object=1&ItemID=91&Language=vn :Hệ thống cân công nghiệp Ngày tháng 10 năm 2008 http://home.iitk.ac.in/~venkit/esa/strain-gages-circuits.pdf : Electrical Resistance Strain Gage Circuits Ngày 15 tháng 10 năm 2008 47 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG Bước 1: ðo ñiện V0 mass, vặn biến trở VR1 cho ñến giá trị trở 0V Bước 2: ðiện Vout mass, giá trị vào khoảng 2.5V Bước 3: ðặt vật có khối lượng 1,5 Kg lên loadcell, vặn biến trở VR2 ñến giá trị ñạt xấp xỉ 5V Bước 4: Lấy vật xuống, ño V0 giá trị 0V ta reset mạch, giá trị khác không, quay trở bước Cần thơ, ngày 07 tháng 12 năm 2008 Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu 48 [...]... mạch Sơ ñồ khối Mô hình cơ khí Mạch cảm biến Mạch khuếch ñại Mạch ñọc dữ liệu + hiển thị +/- 9VDC +/- 9VDC + 5VDC Sơ ñồ bố trí hình học Sơ ñồ khối chức năng Mô hình cơ khí Mạch hiển thị Mạch cảm biến Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Mạch khuếch ñại 3.1 THIẾT KẾ Loadcell 3.1.1 Yêu cầu Phù hợp bố trí trong diện tích 400cm2 (dự kiến), ñộ biến dạng dài ( ≈1000 µstrain ) tập... ñiện trở strain gauge khi chưa chịu ứng lực là từ 30 Ohms ñến 30 kOhms Giá trị ñiện trở này chỉ thay ñổi khoảng 1% khi chịu ứng lực tối ña ( full force ) Giới hạn này 11 ñược ñưa ra do giới hạn ñàn hồi của vật liệu làm strain gauge cũng như vật liệu làm mẫu kiểm tra Lực ñủ lớn làm cho ñiện trở strain gauge thay ñổi lớn hơn 1% giá trị ñiện trở strain gauge sẽ làm biến dạng vĩnh viễn vật mẫu hay strain... ñể ño ñược biến dạng Một miếng ño lý tưởng phải có một ñiện trở rất lớn, một hệ số ño cực ñại và một mức giới hạn ñàn hồi cao, ñồng thời lại không bị ảnh hưởng nhiệt ñộ cao tác ñộng Thêm vào ñó, hệ số miếng ño luôn luôn bất biến cho dù mức biến dạng có lớn ñến ñâu ñi chăng nữa ðể miếng ño có thể hoạt ñộng một cách thích hợp theo sức căng cũng như sức nén, sợi ñiện trở phải càng mỏng càng tốt ñể cho... thiết bị ño lực vật lý, giá trị lực tác dụng có thể suy ra từ việc ño giá trị ñiện trở giữa 2 ñầu dây dẫn Strain gauge thường ñược sử dụng trong nghiên cứu kỹ thuật cơ khí và ñược phát triển ñể H 2.1 ño ñạc ứng lực gây ra bởi máy móc Kiểm tra thiết bị bay là một lĩnh vực ứng dụng của strain gauge, cụ thể strain gauge sẽ ñược dán lên một bộ phận quan trọng bất kỳ của khung máy ñể ño ứng lực Hầu hết... cách tính biến dạng P ε1 = ε 4 = A E ε 2 = ε 3 = −υ ε 1 và ε = ε1 − ε 2 + ε 3 − ε 4 Nên khi bị giãn nở vì nhiệt thì ở cách mắc full bridge cũng như hafl bridge sự giãn nở trên 2 gauge là như nhau và sẽ tự triệt tiêu lẫn nhau 2.2 loadcell Một cầu strain gauge ñược mắc theo một trong các dạng trên và ñược dán vào nơi bị biến dạng nhiều nhất của một khối kim loại ñược thiết kế ñặc biệt ñể ño biến dạng... thiệu loadcell Khảo sát bộ chuyển ñổi ADC Giới thiệu sơ lược các linh kiện quan trọng 2.1 STRAIN GAUGE 2.1.1 ðịnh nghĩa strain gauge Strain - gauge ( Miếng ño biến dạng ) là một cấu kiện ñiện trở ñược dùng ñể dán lên một bộ phận bị biến dạng Sự biến dạng của bộ phận này thông qua lớp keo dán truyền sang Strain gauge và làm thay ñổi ñiện trở của nó Cách ñịnh nghĩa khác: Strain Gauge là một ñiện trở ñặc... tích cực và 3 ñiện trở Vout = 0,25.GF.ε V H 2.4 ñó GF là hệ số gauge (gauge ∆R / R ∆R / R ∆R = = (1 ≤ GF ≤ 2) GF = ∆L / L ε Rε Vout: ñiện thế ra ñơn vị microVolt E: biến dạng dài tương ñối ñơn vị là micro strain V: ñiện thế áp vào cầu ∆L :Biến dạng dài tỉ ñối ∆R : sự thay ñổi ñiện trở theo ∆L Với cách mắc như hình H2.5 ta có: P ε1 = ε 4 = A.E ε 2 = ε 3 = −υ ε1 Trong factor) ñược ñịnh nghĩa và ε = ε1... phổ biến ñể trọng lượng Loadcell có nhiều hình dạng và tải trọng khác nhau, mỗi hình dạng ñược thiết kế cho phù hợp với mục ñích ứng dụng Ví dụ: Dùng cho cân ñóng bao, cân băng tải, cân xe nâng… Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu H 2.9 Dùng cho cân ñóng bao, cân băng tải, cân phối liệu H Dùng cho các ứng dụng chịu sự tác ñộng của gas, nước biển, hoặc dùng trong công nghiệp. .. có lực tác dụng làm thay ñổi hình dạng strain gauge thì ñiện trở gauge thay ñổi, cầu mất cân bằng khi ñó áp ño ñược sẽ khác 0 Tuy nhiên giá trị này là rất nhỏ (vào khoảng vài miliVolts) vì vậy cần khuếch ñại giá trị này lên khoảng 5-10 V nhằm phù hợp với các hệ thống thu nhận và phân tích dữ liệu số như máy vi tính Có nhiều dạng mạch mạch khuếch ñại tín hiệu xuất ra từ cầu strain gauge nhưng phổ biến. .. ) tập trung trong khoảng 1cm (ñộ dài strain gauge), lực tác dụng 13N (1Kg tải trọng và khối lượng ñĩa cân ước lượng ) 3.1.2 Vật liệu Hiện nay trên thị trường có khá nhiều loại vật liệu với mẫu mã, chất lượng cũng như giá thành rất khác nhau, ñể chọn lựa ñược một vật liệu thích hợp nhất cho loadcell là một công việc không hề ñơn giản Sau khi ñã thảo luận, chúng tôi ñã quyết ñịnh lập bảng phân tích cho ... MSSV: 1041423 Luận văn ñược bảo vệ tại: Hội ñồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn ……………………………………, Khoa Công nghệ, Trường ðại học Cần Thơ vào ngày tháng năm … BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA...TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN TỰ ðỘNG HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC CẢM BIẾN LỰC Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập nghiên cứu Cán hướng dẫn... gì? Chúng ta tìm hiểu luận ( cấu tạo, phương thức hoạt ñộng) sau ñó dùng kiến thức ñó ñể làm thành mô hình hệ thống cảm biến ño lực ñơn giản 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ðỀ Cảm biến lực vấn ñề quan trọng