chương 4 thiết kế mạch thu thập dữ liệu

CHƯƠNG IV THIẾT KẾ MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU I.CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Đối với đại lượng nhiệt độ sử dụng loại cảm biến sau: +Dùng cặp nhietä TC (Thermocouple) +Dùng cặp nhiệt điện trở :loại kim loại hay bán dẫn +Dùng IC cảm biến nhiệt độ chuyên dụng : LX5700, LM335, AD590… loại cảm biến nhiệt độ hoạt động hữu hiệu số trường hợp Trong ứng dụng người ta hay dùng TC có tầm đo nhiệt độ rộng ,có đầu điện áp tỉ lệ với nhiệt độ nên mạch đo dễ thiết kế đơn giản ,giá thành rẽ luận văn em sử dụng TC loại K (Cr-Al) • ĐẶC ĐIỂM TC LOẠI K + Gồm hai dây kim loại hợp kim Cr Al +Có khả đo nhiệt độ lên đến 1000OCALL • CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH CỦA TC LOẠI K Sự biến thiên TC (K) suất điện động nhiệt độ xem tuyến tính với độ nhạy nhiệt: S = 40µV/ OC Ta có bảng thông số mối quan hệ nhiệt độ tác động lên điểm đo suất điện động nhiệt mối nối TC(K) tOC 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 E (mV) 0.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.41 1.61 1.82 2.02 2.23 BÙ NHIỆT CHO TC(K) tOCALL 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 E (mV) 2.43 2.64 2.85 3.06 3.26 3.47 3.68 3.89 4.1 4.61 4.82 5.33 Để đọc xác nhiệt độ đặt đầu ta cần phải xử lý : + Phải kéo dài điểm so sánh đến vò trí có nhiệt độ ổn đònh (có thể xem nhiệt độ môi trường) dây bù ,các dây bù phải thỏa mãn số tiêu chuẩn mặt vật lý để tương thích với cặp nhiệt điện ,thông thường nhà sản xuất thường bán cặp nhiệt điện với đoạn dây bù cho + Phải bù nhiệt cho TC(K) đầu cuối dây tự nhằm tránh nhiệt độ thay đổi làm ảnh hưởng đến kết đo Việc bù có nhiều phương pháp ,tuy nhiên luận văn em sử dụng bù nhiệt điểm chuẩn mạch bù hình sau: 33K V C C (-1 ) R 820 D VR |CHINH KHONG V C C (1 ) R 820 1k D O P -0 1k U 12 V C C (1 ) R U13 V C C (1 ) KHUECH DAI 25 LAN 1k R K 7 O P -0 + K - V C C (-1 ) VR R VR8 + V C C (-1 ) R 100K - R KHUECH DAI 40 LAN VR BU NHIET D IO D E II.CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI ADC Ngày nhà sản xuất đưa nhiều loại ADC với độ phân giải ,thời gian biến đổi ,và phương pháp biến đổi khác như:ADC572πB1 liên xô biến đổi ADC 12 bit với tốc độ biến đổi 200µs ,TLC 549 với độ phân giải bit với thời gian biến đổi 17µs với lối liệu theo đường truyền nối tiếp Các U biến đổi ADC bit họ 08XX có2 6độ I xác cao vớ1 i7 số ngõ vào multiplexed ,lối N D 14 27 IN 1 n1h5 ICL 7109 liệu song song Hay biến đổ 12 bit Dkê i ADC IN D Trong luận văn 2emI N sử i ADC 0809 để mạch điệ đơn dụng biế D n1 đổ I N D giản IC thông3 dụI Nn5 g thò trườ ng1 D 5 12 16 10 IN IN D D R EF+ R EF- A0 A1 A2 C LK OE EOC AD C 0809 STAR T ALE 20 21 25 24 23 22 • Các đặc điểm IC ADC 0809 + Ngõ liệu song song bit tương thích TTL ngõ trạng thái ghép thẳng với data Bus + ADC 0809 có kênh làm việc hoàn toàn độc lập ,các ngõ vào so với điện áp 0V + Sự tiêu thụ dòng điện không đáng kể khoảng 300µA + Thời gian biến đổi khoảng 100µs phụ thuộc vào xung clock đưa vào +ADC 0809 hoạt động theo phương pháp biến đổi ADC xấp sỉ liên tiếp • Phương pháp biến đổi ADC xấp xỉ liên tiếp Đây phương pháp chuyển đổi tương tự số trực tiếp Phương pháp có ưu điểm thời gian chuyển đổi tỉ lệ thuận với bit mã số (số bit data ) thời gian xác lập ghi xấp xỉ liên tiếp không phụ thuộc vào độ lớn điện áp cần chuyển đổi Để thực trình chuyển đổi người ta đặc lần lược bit mã số lên ,bắt đầu từ bit cao ( MSB) ,sơ đồ nguyên lý sau: In So sánh SAR D/A Thanh ghi SAR ( ghi xấp xỉ liên tiếp ) điều khiển lối vào ADC theo trật tự sau : + bước 1: đặt bit cao + bước 2: lối mạch so sánh bit bò xóa , không giữ nguyên +bước 3:bit cao đặt lên lặp lại bước ,nếu tất bit xét trình chuyển đổi thực xong Từ ta thấy độ phân giải khối DAC V REF /255 Sau chuyển đổi xong ghi SAR chứa mã số kết Tuy nhiên sử dụng ADC làm việc theo phương pháp cần ý đến nguồn cung cấp ,so sánh không ổn đònh với mức độ tương đối phép đo sai ,mặt khác thời gian thử nhỏ độ xác • Các thông số kỹ thuật làm việc vi mạch ADC 0809 a) thông số kỹ thuật: + Độ phân giải bit + Quét động kênh logic đòa + Không ccàn điều chỉnh điểm + Các tín hiệu tương thích TTL + Dãi tín hiệu analog lối vào 0V đến 5V điện áp nguồn nuôi 5V + Thời gia biến đổi khoảng 100µs + Bộ phát xung nhòp nằm chip + Dòng tiêu thụ thông thường 0.3mA b) cách làm việc: Theo sơ đồ chân vi mạch ADC 0809 ta có trình làm việc là: Một xung dương chân START kích hoạt biến đổi , qua mẫu bit chọn kênh lối vào đòa A,B C đồng thời chốt xác đònh kênh cần biến đổi Trong trình biến đổi chân EOC mức thấp ,cỡ 100µs mức chuyển sang mức cao báo hiệu kết thúc trình chuyển đổi Sau kết trình biến đổi xếp hàng đường dẫn liệu D0…D7 Khi OE=1 liệu sẽù xuất Từ em thiết kế mạch chuyển đổi adc sau: U11 IN T IN T 26 27 28 V C C (1 ) 12 16 R 25 680 10 VR 25 IN O U T G N D 10uF D D D D D D D D R EF+ R EF- A0 A1 A2 C LK STAR T ALE O E EO C 1 1 2 25 24 23 22 AD C 0809 C IN IN IN IN IN IN IN IN /W R U 8A /C S /R D 74LS02 U 7A 74LS02 12M Hz 14 U A B R (1 ) R (2 ) 74LS93 Q Q Q Q A B C D 12 11 750K Hz D D D D D D D D ... 100µs mức chuyển sang mức cao báo hiệu kết thúc trình chuyển đổi Sau kết trình biến đổi xếp hàng đường dẫn liệu D0…D7 Khi OE=1 liệu sẽù xuất Từ em thiết kế mạch chuyển đổi adc sau: U11 IN T IN... A2 C LK STAR T ALE O E EO C 1 1 2 25 24 23 22 AD C 0809 C IN IN IN IN IN IN IN IN /W R U 8A /C S /R D 74LS02 U 7A 74LS02 12M Hz 14 U A B R (1 ) R (2 ) 74LS93 Q Q Q Q A B C D 12 11 750K Hz D D... ,TLC 549 với độ phân giải bit với thời gian biến đổi 17µs với lối liệu theo đường truyền nối tiếp Các U biến đổi ADC bit họ 08XX có2 6độ I xác cao vớ1 i7 số ngõ vào multiplexed ,lối N D 14 27