Linh kiện cảm biến và ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM -    - LINH KIỆN CẢM BIẾN VÀ ỨNG DỤNG Luận văn Tốt nghiệp Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ-TIN HỌC Giáo viên hướng dẫn: Vương Tấn Sĩ Sinh viên: Nguyễn Bình Kha Lớp: Sư Phạm Vật lý-Tin học K32 Mã số SV: 1062607 Cần Thơ, 2010 Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” LỜI CẢM ƠN Khi bắt đầu nghiên cứu đề tài “Linh kiện cảm biến ứng dụng” biết có lúc gặp khó khăn việc tìm tài liệu, gặp khúc mắc kiến thức, qua trình tìm hiểu thực đề tài với giúp đỡ bảo tận tình GVHD, cố gắng thân cuối hoàn thành xong đề tài “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Đề tài vốn kiến thức quí báu cho sau trường, có ảnh hưởng lớn đến công việc học tập giảng dạy sau Vì vô biết ơn thầy cô trường Đại học Cần Thơ mà đặc biệt thầy cô Bộ môn sư phạm Vật Lý tận tình giảng dạy cho suốt thời gian học tập trường, xin gởi lời cảm ơn chân thành đến quí thầy cô Đặc biệt với giúp đỡ thầy Vương Tấn Sĩ vượt qua lúc khó khăn để hoàn thành đề tài, xin chân thành cảm ơn thầy, cảm ơn thầy suốt thời gian vừa qua giúp đỡ động viên em, để em hoàn thành đề tài này, em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Bình Kha SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” MỤC LỤC A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Các bước thực đề tài 6 Tổng quan việc sử dụng mạch cảm biến đời sống B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC CẢM BIẾN VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Nguyên tắc hoạt động chung cảm biến Phân loại cảm biến 2.1 Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích 2.2 Theo dạng kích thích 10 2.3 Theo tính cảm biến 11 2.4 Theo phạm vi sử dụng cảm biến 11 Các đặc trưng cảm biến 11 3.1 Hàm truyền 12 3.2 Độ lớn tín hiệu vào 13 3.3 Sai số độ xác 13 Chuẩn cảm biến 14 4.1 Chuẩn đơn giản 15 4.2 Chuẩn nhiều lần 15 Độ tuyến tính 16 5.1 Điều kiện có tuyến tính 16 5.2 Đường thẳng tốt – độ lệch tuyến tính 16 Tác động nhanh đặc tính động đáp ứng 17 Cảm biến tích cực thụ động 18 Mạch giao diện 21 8.1 Các đặc tính đầu vào mạch giao diện 21 8.2 Các đặc tính mạch khuếch đại thuật toán (OPA) 21 8.3 Bộ khuếch đại đo lường IA 22 Truyền liệu 25 9.1 Truyền liệu đường truyền hai dây 25 SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” 9.2.Đường truyền bốn dây 25 9.3 Đường truyền sáu dây 26 10 Nhiễu 26 11 Giới thiệu số cảm biến 27 11.1 Cảm biến nhiệt độ 27 11.2 Cảm biến quang 35 11.3 Cảm biến vị trí dịch chuyển 48 11.4 Cảm biến đo áp suất 49 11.5 Cảm biến đo vận tốc 54 11.6 Cảm biến thông minh 59 12 Để mạch cảm biến hoàn chỉnh 66 CHƯƠNG II SỬ DỤNG PHẦN MỀM CROCODILE MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT SỐ MẠCH CẢM BIẾN VÀ ĐƯA RA ỨNG DỤNG THỰC TIỄN Giới thiệu sơ lược mạch cảm biến 68 Ứng dụng 68 2.1 Ứng dụng quang điện trở mạch tự động bật đèn trời tối 68 2.2 Ứng dụng phototransistor mạch chống trộm 72 2.3 Mạch báo nước cạn tự động bơm nước đầy 74 2.4 Ứng dụng nhiệt điện trở bán dẫn (Thermistor) mạch đo nhiệt độ môi trường 77 2.5 Ứng dụng Phototransistor mạch đèn nhấp nháy 79 2.6 Mạch cảm biến báo mức chất lỏng tự động bơm nước nước cạn 81 C KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, giới đà phát triển tất mặt mà đặc biệt quan trọng đời sống người việc phát triển mạnh mẽ lĩnh vực công nghệ thông tin, điện điện tử Ngày ánh đèn điện máy vi tính trở nên quen thuộc nhu cầu thiếu người Sự đóng góp quan trọng công nghệ kỹ thuật điện công nghệ thông tin chìa khóa giúp người phát triển tìm điều mới, phát minh để phục vụ cho đời sống người Không biết cách phát triển lĩnh vực riêng lẻ mà tiến hành việc kết hợp hai lĩnh vực quan trọng lại với để tìm đến ứng dụng tiện lợi mới, đời ngành khoa học mang tên “Kỹ thuật điện tử” bước nhảy vọt quan trọng việc kết hợp hai lĩnh vực kỹ thuật điện công nghệ thông tin Kỹ thuật điện tử ngày áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác mà điển hình Vật Lý học Việc chế tạo vi điều khiển (chip) dựa ngôn ngữ lập trình (phần mềm) linh kiện điện tử (phần cứng) minh chứng cho tiện lợi Kỹ thuật điện tử Gắn liền với phát triển mạnh mẽ ngành khoa học đời vi điều khiển tinh vi nhỏ gọn hơn, đời phát triển mạnh mẽ cảm biến (sensor) Cảm biến thiết bị giúp người điều khiển, đo đạc xử lý nhiều đại lượng (không điện có điện) như: nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm môi trường, mật độ ion dung dịch, nồng độ chất độc hại môi trường, nồng độ phóng xạ, luồng sóng siêu âm…Từ đánh gía phẩm chất tình trạng vật thể cách đơn lẻ hay hệ thống máy móc tự động hóa Một ví dụ điển hình robot công nghiệp hoạt động cách hoàn toàn tự động hỗ trợ giám sát liên tục cảm biến, hay đơn giản mạch cảm biến phát cảnh báo, điều khiển hệ thống đèn SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Xuất phát từ nhiều ứng dụng thực tế mạch cảm biến đời sống niềm đam mê học hỏi sáng tạo thực đề tài nghiên cứu “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Mục đích nghiên cứu Việc sử dụng cảm biến ngày trở nên phổ biến gần gũi với tất người cần nghiên cứu cảm biến cấu tạo nguyên lý hoạt động chúng, từ sử dụng cảm biến có hiệu tốt Biết cấu tạo nguyên lý hoạt động cảm biến số kiến thức điện tử ta ráp mạch cảm biến đơn giản phục vụ nhu cầu gia đình xa phục vụ lĩnh vực đời sống xã hội Mục đích đề tài việc đưa mạch cảm biến ứng dụng sống từ việc nghiên cứu cấu tạo nguyên lý hoạt động chúng Đối tượng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài cảm biến thường dùng như: cảm biến quang, cảm biến nhiệt, cảm biến áp suất , linh kiện điện tử IC, transistor…các linh kiện bán dẫn nhóm đối tượng nghiên cứu thêm đề tài Từ việc nghiên cứu đối tượng đề tài đến việc nghiên cứu ứng dụng chúng mạch cảm biến, mạch điện tử đơn giản SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” 3.2 Phạm vi nghiên cứu Các cảm biến linh kiện điện tử, linh kiện bán dẫn đề tài cảm biến linh kiện có cấu tạo nguyên lý hoạt động đơn giản, có giá thành rẻ thường gặp đời sống (cảm biến quang, cảm biến nhiệt, transistor, thyrictor…) Các mạch ứng dụng thiết kế từ cảm biến linh kiện mạch cảm biến, mạch điện tử có nguyên lý hoạt động đơn giản Tuy nhiên ứng dụng mạch phổ biến cần thiết cho Phương pháp nghiên cứu Sưu tầm tổng hợp tài liệu có liên quan đến đối tượng nghiên cứu đề tài Thực hành ráp mạch cảm biến, mạch điện tử máy tính (dùng phần mềm Crocodile) Các bước nghiên cứu Đầu tháng 10 năm 2009 nhận đề tài từ giáo viên hướng dẫn Từ ngày 02 đến ngày 31 tháng 10 năm 2009 viết đề cương thảo luận văn Từ ngày 01 đến 30 tháng 11 năm 2009 sưu tầm tổng hợp tài liệu liên quan đến đề tài Từ ngày 01 đến 30 tháng 12 năm 2009 hoàn thành xong phần mở đầu đề tài Từ ngày 01 đến 30 tháng 01 năm 2010 hoàn thành xong phần nội dung chương I đề tài Từ ngày 20 tháng 02 đến ngày 20 tháng 04 năm 2010 hoàn thành xong phần nội dung chương II (lý thuyết ráp mạch Crocodile) đề tài SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Từ ngày 21 đến ngày 28 tháng 04 năm 2010 hoàn thành xong phần kết luận đề tài, hoàn thành xong nội dung đề tài Ngày 29 tháng 04 năm 2010 nộp cho GVHD GVPB Ngày 12 tháng 05 năm 2010 báo cáo đề tài Tổng quan việc sử dụng mạch cảm biến đời sống Trong thể người giác quan đóng vai trò thu nhận thông tin từ bên ngoài, liệu thông tin từ bên hệ thống máy móc, điện tử tự động cảm biến tiếp nhận xử lý trước đưa trung tâm để tiếp tục xử lý phản hồi cho việc đo đạc tự động hóa Các cảm biến ngày xem phần tử sản xuất hang loạt có mặt rộng rãi thị trường bao gồm chuyển đổi đo lường sơ cấp đặt vỏ bảo vệ, có hình dạng kích thước phù hợp cho nhu cầu sử dụng Với nhiều kích cỡ chức khác cảm biến dễ dàng sâu vào lĩnh vực đời sống xã hội Trong công nghiệp cảm biến điều khiển robot hoạt động, điều khiển dây chuyền sản xuất, mã vạch ứng dụng cảm biến (cảm biến quang) Trong lĩnh vực nông nghiệp cảm biến máy đo độ pH, máy đo độ ẩm Trong công nghệ thông tin: công nghệ cáp quang thành tựu cảm biến đo lường điều khiển Trong đời sống hàng ngày thấy ứng dụng cảm biến hệ thống đèn đường (cảm biến quang), số máy đo nhiệt độ thiết bị báo động cháy nổ ứng dụng cảm biến nhiệt cảm biến khói, máy đo lực nén ứng dụng cảm biến biến dạng Việc sử dụng cảm biến để phục vụ nhu cầu người ngày trở nên quen thuộc dễ dàng cho tất người SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÁC CẢM BIẾN VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN Nguyên tắc hoạt động chung cảm biến: Trong hệ thống đo lường – điều khiển, trình đặc trưng biến trạng thái nhiệt độ, áp suất, tốc độ, moment…Các biến trạng thái thường đại lượng không điện Nhằm mục đích điều chỉnh, điều khiển trình ta cần thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi biến thiên biến trạng thái trình Các cảm biến thực chức này, chúng thu nhận đáp ứng với tín hiệu kích thích Các cảm biến thường định nghĩa rộng thiết bị cảm nhận đáp ứng với tính hiệu kích thích Trong giới tự nhiên thể sống thường đáp ứng với tín hiệu bên có đặc tính điện hóa, dựa sở trao đổi ion, ví dụ hoạt động hệ thần kinh….Trong trình đo lường – điều khiển thông tin truyền tải xử lý dạng điện nhờ truyền tải điện tử Theo mô hình mạch ta coi cảm biến mạng hai cửa (hình 1) cửa vào biến trạng thái cần đo x cửa đáp ứng y cảm biến với kích thích đầu vào x, w(t) hàm truyền đạt Kích thích SENSOR W Đáp ứng y(t) Hình Mô hình mạch cảm biến Phương trình mô tả quan hệ đáp ứng y kích thích x cảm biến có dạng: y = f(x) (1) SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Quan hệ (1) thường phức tạp có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới quan hệ đáp ứng kích thích Trong hệ thống đo lường – điều khiển đại, trình thu thập xử lý tín hiệu thường máy tính đảm nhiệm Chương trình Bộ cảm biến Bộ vi xử lý Cơ cấu chấp hành Hình Hệ thống tự động điều khiển trình Quá trình đặc trưng biến trạng thái cảm biến thu nhận Đầu cảm biến nối ghép với vi xử lý qua giao diện Đầu vi xử lý nối ghép với cấu chấp hành nhằm tác động lên trình Đây sơ đồ điều khiển tự động trình, cảm biến đóng vai trò cảm nhận, đo đạc đánh giá thông số hệ thống Bộ vi xử lý làm nhiệm vụ xử lý thông tin đưa tín hiệu điều khiển trình Phân loại cảm biến: Các cảm biến phân loại theo phương pháp khác sau 2.1 Theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích: Hiện tượng Vật lý SVTH: Nguyễn Bình Kha Chuyển đổi đáp ứng kích thích Nhiệt điện Quang điện Quang từ Điện từ Quang đàn hồi Từ điện Nhiệt từ Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” 2.2 Ứng dụng phototransistor mạch chống trộm : 2.2.1 Sơ đồ thiết kế mạch : A D Hình 29 2.2.2 Sơ lược thành phần mạch: G Thyristor: Thyristor SCR Phototransistor Bình thường phân cực thuận SCR không dẫn điện Khi có điện áp kích vào cực cổng G SCR dẫn điện điện áp đảo chiều cắt điện áp nguồn SCR ngưng dẫn 2.2.3 Hoạt động mạch: Nguyên lý hoạt động dựa mức ánh sáng chiếu vào Phototransistor để dẫn đến Transistor dẫn ngưng dẫn, sau dùng tín hiệu transistor điều khiển SCR Hoạt động cụ thể: A D Hình 30 SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 72 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Tại điểm A ta có: Điện điểm A : VA phụ thuộc vào điện dòng điện qua Phototransistor Ta xét dòng điện qua Phototransistor : Khi thông lượng ánh sáng (  ) chiếu vào Phototransistor (tối) dòng điện qua Phototransistor giảm tức điện trở RT Phototransistor tăng ngược lại Vì VA phụ thuộc vào thông lượng ánh sáng chiếu vào Phototransistor, cụ thể sau : VA  RT V VCC  CC R R1  RT 1 RT o Khi   giảm (tối)  RT tăng  VA tăng o Khi   tăng (sáng)  RT giảm  VA giảm VA đưa vào cực B Transistor T, nên VB=VA Mặt khác : VBE=VB-VE=VA- VE Nên VBE phụ thuộc vào VA phụ thuộc vào   o Khi   giảm (tối)  RT tăng  VA tăng  VBE tăng (1V)  T dẫn o Khi   tăng (sáng)  RT giảm  VA giảm  VBE giảm (74mV)  T ngưng dẫn Hình 31a SVTH: Nguyễn Bình Kha Hình 31b Trang 73 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Khi T dẫn có điện áp kích vào SCR, mặt khác SCR phân cực thuận nên SCR dẫn điện làm cho chuông reo 2.2.4 Kết luận : Với mạch chống trộm ta đặt nhiều nơi khác tùy vào điều kiện cụ thể Ta mắc mạch hình 29 đặt vào nơi cần chống trộm, có người ngang qua đèn Phototransistor   bất ngờ giảm lúc SCR dẫn làm cho chuông reo reo ta ngắt nguồn cung cấp Khi chưa cần sử dụng đến mạch ta nên ngắt nguồn cung cấp 2.3 Mạch báo nước cạn tự động bơm nước đầy : 2.3.1 Sơ đồ thiết kế mạch : R1 R4 A C R5 R2 T R6 B R3 Hình 32 2.3.2 Sơ lược thành phần mạch : Mạch khuếch đại thuật toán OPA mạch khuếch đại chiều có hệ số khuếch đại lớn tổng trở vào lớn Vi - Hai ngõ vào đảo không đảo Vo Vi + Điện trở vào lớn, điện trở nhỏ OPA 741 Điện ngõ : Vo  A(Vi   Vi  )  A.V 2.3.3 Hoạt động mạch : Nguyên lý hoạt động mạch dựa điện ngõ OPA thấp cao dẫn đến Transistor T dẫn ngưng dẫn Khi T dẫn có dòng điện qua rơ-le rơ-le bật lại vị trí C, T ngưng dẫn rơ-le bật lại vị trí B C A B Hoạt động cụ thể mạch : SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 74 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” R4 R1 RK C A T R5 R6 B R3 Hình 33 o Khí nước đầy : RK = Tại điểm A ta có : VA  Vi   R4  RK VCC  R3  RK  R4 VCC V  CC  3V R3 R 1 1 RK  R4 R4 Tại điểm B ta có : VB  Vi   R3 VCC  3V R3  R4  V  Vi   Vi   0V  Vo  0V Nên C ta có VC = 0V, nên T không dẫn rơ- le vị trí B nên mạch sau hở không hoạt động o Khi nước cạn : RK =  : R4 R1 RK A C R5 R2 B T R6 R3 Hình 34 Tại điểm A ta có : V A  Vi   SVTH: Nguyễn Bình Kha R4  R K VCC  R3  RK  R4 Trang 75 VCC  VCC  6V R3 1 R K  R4 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Tại điểm B ta có : VB  Vi   R3 VCC  3V R3  R4  V  Vi   Vi   3V  Vo  9,93V Và : VC  727mV  0,727V VC  VBT  0,727V Với VBT điện ngõ vào cực B T  T dẫn  rơ-le bật lại vị trí C mạch phía sau kín nên chuông reo mô-tơ quay 2.3.4 Kết luận : Ta dùng mạch để điều khiển hệ thống nước tự động bơm nước nước hồ cạn Với số thay đổi nhỏ ta ứng dụng mạch việc báo nước đầy Hình 35 SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 76 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” 2.4 Ứng dụng nhiệt điện trở bán dẫn (Thermistor) mạch đo nhiệt độ môi trường : 2.4.1 Sơ đồ thiết kế mạch : A B Hình 36 2.4.2 Hoạt động mạch: Nguyên lý hoạt động mạch dựa thay đổi nhiệt độ môi trường bên ngoài, ban đầu ta cho nhiệt độ cố định vào mạch ngõ ta đặt vôn kế lúc kim vôn kế bị lệch Sau ta chuẩn hóa vôn kế sang máy đo nhiệt độ Hoạt động cụ thể mạch: R1 R3 A RT B R4 R2 Hình 37 Tại điểm A ta có: V A  Vi   RT  R2 VCC  R1  RT  R2 VCC R1 1 RT  R2 Tại điểm B ta có : VB  Vi   SVTH: Nguyễn Bình Kha R4 VCC R3  R4 Trang 77 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Và : V  Vi   Vi   V A  VB Lúc ngõ OPA ta điện Vo, điện phụ thuộc vào VA phụ thuộc vào điện trở RT nên phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường lúc Đo điện chuẩn hóa nhiệt độ ta nhiệt độ môi trường lúc 2.4.3 Kết luận : Mạch dùng đo nhiệt độ môi trường nơi vào thời điểm cho ta kết xác Với số thay đổi ta sử dụng mạch với mục đích báo động nhiệt độ môi trường lên cao xuống thấp so với nhiệt độ chuẩn Hình 38 Với mạch nhiệt độ môi trường xuống khoảng 100C chuông reo SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 78 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” 2.5 Ứng dụng Phototransistor mạch đèn nhấp nháy : 2.5.1.Sơ đồ thiết kế mạch: Hình 39 2.5.2 Sơ lược thành phần mạch: IC 555: IC có chân nối với điện khác nhau, chân nối với điện cao, chân nối với điện thấp 2.5.3 Hoạt động mạch: Nguyên lý hoạt động giống nguyên lý hoạt động mạch chống trộm ngõ SCR ta mắc vào IC555 tụ hóa IC555 có tác dụng đưa điện ngõ mức cao điện ngõ vào mức cao, tụ hóa có tác dung nạp xả điện theo chu kỳ để đèn LED nhấp nháy theo chu kỳ tụ Hoạt động cụ thể mạch: LED LED Hình 40 Tương tự mạch chống trộm khác chổ ngõ SCR ta mắc thêm đoạn mạch điều khiển đèn nhấp nháy Nguyên lý hoạt động đoạn mạch sau: SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 79 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” o Khi trời sáng: SCR không dẫn nên mạch phía sau chưa hoạt động o Khi trời tối: SCR dẫn nên có điện chạy vào chân số 2, IC 555 (mức cao) nên ngõ chân số mức cao, lúc LED phân cực thuận sáng lên, LED phân cực nghịch nên không sáng LED LED Hình 41 Đồng thời lúc tụ hóa nạp đầy điện tích Khi nạp đầy tụ xả điện tích kết có điện ngược chạy vào chân IC 555 (mức thấp) nên ngõ chân số thấp Lúc LED phân cực thuận nên sáng lên LED phân cực nghịch nên tắt LED LED Hình 42 Khi tụ xả hết điện tụ lại tiếp tục nạp điện đầy lúc LED lại sáng LED tắt Quá trình tiếp tục kết đèn LED nhấp nháy theo chu kỳ tụ hóa SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 80 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” 2.6 Mạch cảm biến báo mức chất lỏng tự động bơm nước nước cạn: 2.6.1 Sơ đồ thiết kế mạch: LED LED LED LED Motor Hình 43 2.6.2.Sơ lược thành phần mạch: Mạch điện báo mức chất lỏng trình bày hình Ngay báo mức chất lỏng điện tử công tắc CMOS S1 đến S4 Mạch điện sử dụng CD4066, IC chuyển mạch hai chiều CMOS để hiển thị mức chất lỏng thông qua LED Mỗi đường cảm ứng từ cảm ứng làm mạch in đưa công tắc CMOS chân 5, 6, 12 13, chân hoạt động ngõ vào đường cảm ứng Bộ báo mức chất lỏng sử dụng IC CMOS CD4066 để cảm ứng Các đầu tiếp điểm công tắc bên CMOS nối với chân 2, 4, 9, 11, nối với mát chung mạch điện Các tiếp điểm khác công tắc CMOS chân 1, 3, 8, 10 nối với LED thông qua điện trở nối tiếp, điện cấp cho chip CMOS chân 14, nối mát chung chân Dây thứ (dây cảm ứng chung) cảm biến nối với đường anode chung nguồn SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 81 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” 2.6.3 Hoạt động mạch: Cơ chế vận hành mạch: nước cạn, dây điện thùng nước bị hở mạch, điện trở 180K  kéo công tắc xuống, đó, làm hở công tắc đưa LED vào vị trí tắt Khi nước bắt đầu bơm vào thùng, dây thứ thùng nước nối với S1 nguồn dương bị ngắn mạch nước Dẫn đến đóng công tắc S1 làm cho LED sáng lên Khi nước tiếp tục bơm vào thùng, LED 2, 3, sáng lên Số mức báo tăng lên sử dụng IC CD4066 theo cách tương tự LED LED LED LED LED LED Hình 44a LED LED Hình 44b Khi nước cạn Thyristor dẫn làm cho Motor quay bơm nước vào thùng Khi thùng nước đầy cực gốc transistor nước kéo lên cao, làm bão hòa transistor kích hoạt còi điện tử, còi reo ta ngắt nguồn điện cung cấp SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 82 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Hình 45 Để mạch hoạt động lại ta cung cấp điện cho mạch 2.6.4 Kết luận: Với thiết kế đơn giản, mạch cảm biến sử dụng nhà thiết bị báo mực nước hồ nước, tự động bơm nước lên nước hồ cạn Với qui mô lớn ta dùng hệ thống bơm nước tự động hồ chứa nước nhà máy thủy điện, hồ nước khu nhà tập thể… SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 83 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” C KẾT LUẬN Việc học tập nghiên cứu thời đại công việc cần thiết cho tất người, sinh viên thời đại việc học tập nghiên cứu trở nên cần thiết thật ý nghĩa Và đề tài nghiên cứu thước đo kiến thức mà tiếp thu suốt trình học tập, thành mà muốn gởi đến thầy cô lời cảm ơn sâu sắc Ngày nay, việc kết hợp Vật Lý học Công nghệ thông tin trở thành lĩnh vực nghiên cứu có ý nghĩa vô lớn thời đại ngày Kỹ thuật điện tử - lĩnh vực khoa học - đưa vào chương trình giảng dạy cho sinh viên Vật Lý, Điện Tử… trường đại học cao đẳng kết hợp ngành khoa học Vật Lý Công nghệ thông tin Cùng với phát triển đời thiết bị công nghệ mới, cảm biến thiết bị Như nói phần đầu việc sử dụng cảm biến ngày trở nên phổ biến có tính “phổ thông” nhiều người Cảm biến kết hợp với linh kiện điện tử đơn giản với chút hiểu biết điện - điện tử bạn chế tạo nên mạch cảm biến dùng nhà như: thiết bị báo trộm, đo nhiệt độ… với nguyên lí hoạt động đơn giản, dễ lắp ráp dễ sử dụng Trong ngành công nghiệp đại việc sử dụng cảm biến trở nên cần thiết Các robot tự động, thiết bị dò tìm, thiết bị đo (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm…), dây chuyền tự động nhà máy, xí nghiệp ứng dụng cảm biến Thông qua đề tài hiểu biết thêm thân, mong giúp bạn sinh viên phần việc nghiên cứu hoạt động ứng dụng cảm biến đơn giản SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 84 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” TÀI LIỆU THAM KHẢO Châu Ngọc Thạch, Trịnh Xuân Thu, Hướng dẫn tự lắp ráp 100 mạch điện, điện tử, Nhà xuất Đà Nẵng – 2002 Dương Minh Trí , Cảm biến ứng dụng, Nhà xuất KH&KT – 2006 Lê Văn Doanh, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Nhà xuất KH&KT – 2006 Phan Quốc Phô, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất KH&KT – 2006 Trần Thế San, Nguyễn Anh Dũng, Tự thiết kế, lắp ráp 50 mạch điện thông minh, Nhà xuất KH&KT SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 85 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp “Linh kiện cảm biến ứng dụng” Nhận xét giáo viên hướng dẫn …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 86 GVHD: Vương Tấn Sĩ [...]... Sĩ Luận văn tốt nghiệp Linh kiện cảm biến và ứng dụng 7 Cảm biến tích cực và cảm biến thụ động: 7.1 Cảm biến tích cực: Hoạt động như một máy phát, về mặt nguyên lý cảm biến tích cực thường dựa trên hiệu ứng vật lý biến đổi một đạng năng lượng nào đó (nhiệt, cơ hoặc bức xạ) thành năng lượng điện Dưới đây mô tả một cách tổng quát các dạng ứng dụng của các hiệu ứng này * Hiệu ứng nhiệt điện: Giữa các... cong chuẩn và so sánh với bộ cảm biến cần định chuẩn và cả hai cùng được đặt trong cùng một điều kiện làm việc Khi tác động lần lượt lên hai bộ cảm biến bằng cùng một kích thích ta nhận được các kết quả tương ứng của cảm biến mẫu và cảm biến định chuẩn Thực hiện lại với các giá trị khác nhau của kích thích ta xác định được đường cong chuẩn cho bộ cảm biến 4.2 Chuẩn nhiều lần: Khi bộ cảm biến có chưa... cảm biến Ta có thể định nghĩa các đại lượng đặc trưng cơ bản của bộ cảm biến như sau: SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 11 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Linh kiện cảm biến và ứng dụng 3.1 Hàm truyền: Quan hệ giữa đáp ứng và kích thích của bộ cảm biến có thể cho dưới dạng bảng giá trị, graph hoặc biểu thức toán học Gọi x là kích thích, y là tín hiệu đáp ứng, hàm truyền cho ta quan hệ giữa đáp ứng. .. từ trường B và phương bức xạ ánh sáng Hiệu ứng này được ứng dụng trong các bộ cảm biến đo các đại lượng quang hoặc biến đổi các thông tin chứa đựng trong ánh sáng thành tín hiệu điện SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 19 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Linh kiện cảm biến và ứng dụng φ R B u  Hình 7 Hiệu ứng quang điện từ * Hiệu ứng HALL: Năm 1879 nhà vật lý Anh E.H.Hall phát hiện hiệu ứng này Trong... Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Linh kiện cảm biến và ứng dụng + Do nguyên lý cảm biến + Giá trị đại lượng chuẩn không đúng + Do đặc tính của bộ cảm biến + Do điều kiện và chế độ sử dụng + Do xử lý kết quả đo - Sai số ngẫu nhiên: là sai số xuất hiện có độ lớn và chiều không xác định Có thể dự đoán được một số nguyên nhân cảu sai số ngẫu nhiên nhưng không thể dự đoán độ lớn và dấu của nó Những nguyên nhân... tác động cho đến khi biến thiên của đáp ứng chỉ còn khác giá trị cuối một giới hạn qui định ε % Thời gian hồi đáp τ càng nhỏ chứng tỏ bộ cảm biến đáp ứng càng nhanh Khi kích thích có dạng bước nhảy đơn vị thì đặc tính của đáp ứng của bộ cảm biến có thể có những dạng sau đây: - Đáp ứng tức thời - Đáp ứng trễ theo hàm mũ - Đáp ứng tức thời và suy giảm - Đáp ứng trễ và suy giảm - Đáp ứng cộng hưởng dài... B và I và có độ lớn là: U H = K I B.sinθ K là hệ số phụ thuộc vào vật liệu và kích thước của mẫu Hiệu ứng Hall được sử dụng để đo các đại lượng từ, đại lượng điện hoặc xác định vị trí chuyển động + i B 0 UH 0 Hình 8 Hiệu ứng HALL SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang 20 GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Linh kiện cảm biến và ứng dụng 8 Mạch giao diện: 8.1 Các đặc tính đầu vào của mạch giao diện: Đáp ứng. .. tín hiệu đo, dùng màn chắn của từ trường và điện trường, lọc các tần số gây nhiễu và sử dụng các cảm biến mắc vi sai… Tất cả các biện pháp trên sẽ được thực hiện cho từng loại cảm biến cụ thể 11 Giới thiệu một số cảm biến: 11.1 Cảm biến nhiệt độ: 11.1.1 Khái niệm cơ bản: 11.1.1.1 Cơ sở vật lý để xây dựng cảm biến nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ là thiết bị được sử dụng rộng rãi không những đo nhiệt độ mà... Linh kiện cảm biến và ứng dụng Trong đó a1, b1, là hằng số phụ thuộc vào tính chất của vật chất, không phụ thuộc vào trạng thái và điều kiện mà các chất đi qua Khi thiết kế các mạch cảm biến nhiệt độ có thể sử dụng quan hệ giữa áp suất với nhiệt độ khi khối lượng không đổi hoặc quan hệ giữa khối lượng và nhiệt độ với áp suất không đổi Trong thực tế khi đo nhiệt độ thường xảy ra với áp suất nhỏ và. .. ứng của các bộ cảm biến nói chung không phù hợp với tải về điện áp, công suất,…vì vậy cần có mạch giao diện giữa bộ cảm biến và tải Cần phải phôi hợp giữa đầu ra của bộ cảm biến và đầu vào của hệ thống xử lý dữ liệu Công việc này gọi là chuẩn hóa tín hiệu và các mạch điện tử giao diện thực hiện nhiệm vụ này Sơ đồ khối của mạch phối hợp tín hiệu ra của bộ cảm biến và tải: Kích thích Bộ cảm biến Mạch giao ... thống đèn đường (cảm biến quang), số máy đo nhiệt độ thiết bị báo động cháy nổ ứng dụng cảm biến nhiệt cảm biến khói, máy đo lực nén ứng dụng cảm biến biến dạng Việc sử dụng cảm biến để phục vụ nhu... mạch cảm biến, mạch điện tử đơn giản SVTH: Nguyễn Bình Kha Trang GVHD: Vương Tấn Sĩ Luận văn tốt nghiệp Linh kiện cảm biến ứng dụng 3.2 Phạm vi nghiên cứu Các cảm biến linh kiện điện tử, linh kiện. .. nhiều ứng dụng thực tế mạch cảm biến đời sống niềm đam mê học hỏi sáng tạo thực đề tài nghiên cứu Linh kiện cảm biến ứng dụng Mục đích nghiên cứu Việc sử dụng cảm biến ngày trở nên phổ biến