Thiết kế kit điều khiển nhiệt độ

Luận LuậnAn AnTôứ Tốt Nghiêp Nghiêp Thiết ThiếtKế KếKit KitĐiều ĐiềuKhiển KhiểnNhiệt NhiệtĐộ Độ MỤC LỤC Chươngl:giới thiệu hệ thông điều khiển nhiệt độ I / khái niệm hệ thông điều khiển nhiệt độ -1 c II/ nguyên tắc điều khiển nhiệt độ III/các loại cảm biến nhiệt đô -2 LỜI CẢM ƠN IV/mô hình tổng quát phương pháp đo nhiệt độ -3 Trước vào luận văn nầy em xin cám Chương ơn 2:cảm thầybiến cô nhiệt -6 môn điều khiển tự động truyền đạt cho em kiến thức suổứ thòi số gian qua.Em xin cám ơn cô Nguyễn Thị I/ thông cảm biến -6 Phương Hà giúp đở em thời gian làm luận văn quathông em xin cám ơn bạn bè II/các loại cảm biến dụng giúp đở em làm luận văn chân thành cám ơn Chương 3:giới thiệu viEm xử xin lý AT89C57 -11 thầy cô I/giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MCS51 11 II/khảo sát sơ đồ chân 8952,và chức chân 13 ĩĩĩ/cấu trúc bên vi điều khiển -15 IV/hoạt động timer 8952 23 v/hoạt động Port nôi tiếp 32 Vl/tập lệnh họ 8952 —— 39 GVHD GVHDTS:(cô)Nguyễn TS:(cô)NguyễnThị ThịPhương PhươngHà HàCŨI CŨI21 SV:Võ SV:VõQuang QuangHậu Hậu Luận An Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ PHẦN MỞ ĐẦU Ngày kỹ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật dân dụng Từ dây chuyền sản xuất lớn đến thiết bị gia dụng, thấy diện vi điều khiển Các vi điều khiển có khả xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà cần chip vi mạch nhỏ, thay thiết bị điều khiển lớn phức tạp mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Chính lý trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển điều mà sinh viên ngành điện mà đặc biệt chuyên ngành điều khiển tự động phải quan tâm Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vận hành sử dụng đươc lại điều phức tạp Phần công việc xử lý phụ thuộc vào người, chương trình hay phần mềm Tuy thấy máy tính ngày thông minh, giải toán phức tạp vài phần triệu giây, dựa hiểu biết người Nếu tham gia người hệ thông vi điều khiển vật vô tri Do nói đến vi điều khiển giông máy tính bao gồm phần phần cứng phần mềm Các vi điều khiển theo thời gian với phát triển công nghệ bán dẫn tiến triển nhanh, từ vi điều khiển Bit đơn giản đến vi điều khiển 32 Bit Với công nghệ tiên tiến ngày máy tính đến việc suy nghĩ, tri thức thông tin đưa vào, máy tính thuộc hệ trí tuệ nhân tạo Mặc dù vi điều khiển bước dài để tiếp cận với kỹ thuật vấn đề đơn giản sớm chiều Việc hiểu chế hoạt động vi điều khiển Bit sở để tìm hiểu sử dụng vi điều khiển tốì tân hơn, bước muôn xâm nhập sâu vào lĩnh vực GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà CŨI SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương I: r:uVi I IIICI HÊ IHỐM »111 K H I Ĩ V ÌMHIÊT BÔ I Khái niêm thống điểu khiến nhiêt đô: Nhiệt độ đại lượng vật lý diện khắp nơi nhiều lĩnh vực, đặc biệt công nghiệp sản phẩm , thiết bị hay điều kiện làm việc cần nhiệt độ khác Muôn có nhiệt độ phù hợp cần phải có hệ thông điều khiển.Tùy theo tính chất ,yêu cầu trình mà đòi hỏi phương pháp điều khiển thích hợp Hệ thông điều khiển nhiệt độ phân làm hai loại :Hệ thông điều khiển hồi tiếp (íeedback control System) hệ thông điều khiển (sequence control System) - Điều khiển hồi tiếp thường xác định giám sát kết điều khiển , so sánh với yêu cầu thực thi tự động điều chỉnh II/ nguyên tắc điểu khiến : l Nguvẽn tắc thông tin phán hồi: Trong trình điều khiển ,tồn hai dòng thông tin từ quan chủ quản đến đốì tượng từ đốì tượng ngược quan điều khiển , gọi liên kết ngược hay hồi tiếp a) Quá trình điểu khiển theo nguyên tấc bù nhiễu: Điều khiển Đối tượng Tác động vào đôi tượng luật điều khiển u theo nguyên tác bùnhiễu để đạt đầu c mong muôn,nhưng không quan sát tín hiệu c Điều khiển Đối tượng nguyên tắc ,đốì với hệ phức tạp điều khiển theo mạch hở không cho kết tốt GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà SV:Võ Quang Hậu + e(kt) u(kt) o Kênh 1| -1 Kênh n LƯU VÀ Luận LuậnAn AnTô"t Tô"t TôứNghiêp Nghiêp Thiết ThiếtKế KếKit KitĐiều ĐiềuKhiển KhiểnNhiệt NhiệtĐộ Độ Mạch Gia công lệch ,thử nghiệm nguyên VíDỒN dụ:vàhệsửa.Đây thông điều khiểntắcmáy công cụ điều CNCkhiển ,điều khiển tự động nhà máy xi măng Hoàng Thạch ,hệ thông thu thập truyền sô" liệu hệ thông Nguvên đa máy dang tương xứng; điện, quản lý vật tưtắc nhà KÊNH Muốn trình điều khiển có chất lượng đa dạng quan Tự Mạch điều tương khiển Điềuphải khiển theo xứng dõi: với đa dạng đôi tượng Tính đa dạng Gia công n quan điều khiển dùng vào để chế ngự đôi thểhàm hiệnkhông :khảbếtnăng thu Nếu tín hiệu tác động hệ thông r(t)tượng trước thậpthời thông tin ,,yêu lưu trữ xử đáp lý ,chọn ,tổ bám chức sát thựcđược hiện.r(t) ,ta có theo gian cầu,phân điều tích khiển ứng c(t)định Máy hệ thông theo dõi.Điều khiển theo dõi sử dụng rộng rãi hệ chủ sung ngoài: thông3.điềuNguvẽn khiển vũtắc khíbổ,hệ thông lái tàu ,máy bay Một hệ thông tồn hoạt động môi trường cụ thể có ADC Điểuqua khiển Ưu chẽ hàm với muc môi tiêu đat CƯC tri: tác 4.động lại tổĩ chặt trường Trong điều kiện thừa nhận dụ bổ sung toán qui sau:thừa hoạch /vận trù có ,kỹ thuật nguyênVítắc nhận mộtkinh đôitế tượng chưađềubiết (hộp phương pháp điều khiển ưu đen)tác động vào hệ thống ta phải điều khiển hệ thông lẫn hộp đen Nguvẽn tắc dư trự; y(t) Vì nguyên tắc coi thông tin chưa đầy đủ phải đề phòng bất trắc xảy không dùng toàn lực lượng điều kiện bình thường Vô"n dự trữ không sử dụng ,nhưng cần để bảo đảm cho hệ thông vận hành an toàn Nguyên tắc phân cấp:ADC CẢM BIẾN Đôi với hệ thông phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều khiển bổ sung cho trung tâm ,để khuếch đại khả điều khiển Phải tránh khuynh hướng hình thức phân cấp đáng ,xử lý cho nhiên vụ quyền hạn Hệ thống đo điều khiển nhiệt độ dạng hệ thông thu thập cấp liệu Nhìn chung hệ thông thu thập liệu đầy đủ có thành phần sau: Ỏ.Nguvẽn tắc cân nôi: Mỗi hệ thông cần xây dựng với chế cân nội để có khả • Phần thu thập liệubiến từ động đôi tượng tự giải xảy bên vào hệ thông vi xử lý-máy tính Phần gồm cảm biến ,mạch gia công tín hiệu ,bộ chuyển đổi hiệu tương đồng sang tín hiệu sô" (ADC) thiết bị ngoại vi khác IILCáctínloai điều khiến: nguồn, dây khiển truyềncódữtính liệuchất quy ước Sự phânđường loại điều • Phần gồm hệ vi xử lý , máy tính hệ thông tác động vào điều Điểu khiển khiến :ổnbao đinh hỏa: đôi tượng điều khiển kết đầu đầu vào chuẩn r(t) = const Mục tiêu với sai lệch cho phép eX| (sai sô" chế độ xác lập) = r(t)mềm: - c(t) < • e(t)Phần echương trình cho kít xử lý chổ chương trình cho máy X| tính nhằm thu nhận liệu điều khiển nhiệt độ giao tiếp với GVHD GVHDTS:(cô)Nguyễn TS:(cô)NguyễnThị ThịPhương PhươngHà HàCŨI CŨI SV:Võ SV:VõQuang QuangHậu Hậu Luận An Tô"t Nghiêp • Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ CẢM BĨẾN Phần tử biến đổi đại lượng không điện sang đại lượng điện,bộ phận thường dùng thermocouple • BỘ CHẾ BIEN TÍN HIỆU Biến đổi tín hiệu điện thu từ thermocouple cho phù hợp với mức vào mạch biến đổi tín hiệu A/D • BỘ HIỂN THỊ KẾT QUẢ Hiển thị kết thu dạng hiển thị sô" • BỘ ĐIỀU KHIỂN Thực điều khiểntheo phương pháp PID hay ON/OFF • MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUAT đại tín hiệu điều khiển điều điểu chỉnhkhiến; nhiệt độ Khuếch Chức khôi hêđể thông 2.1 KÍÌ chủ vi xử lv: 3.2.Các phương Kit sửpháp dụngđo:một chip vi xử lý ,là đơn vị master nhận yêu cầu từ người códữrấtliệu nhiều :từkỹđơn giảntruyền đến sử dụngHiện truyền cho phương slavepháp khácđo,ở khác sử dụng thuật phức tạp, từ loại có độ xác vừa đến loại xác cao thông đa xử lý để giao tiếp kit chủ kit xử lý slave,giữa kit chủ máy tính, giao tiếp tác động phím từ kit • Đo nhiệt độ cột thủy ngân Kit chủ có thiết kế phần cứng kit slave, có thêm phần• cứng Đo nhiệt mạngđộtruyền điện trở phần chương trình quản lý thông số đơn vị slave • Đo nhiệt độ cặp nhiệt điện 2.2 khôi thu thâp liêu thu thập liệu_có nhiệm vụ thu nhận giá trị đo từ cảm biến • Khôi Đo nhiệt độ diode transistor biến đổi sang tình hiệu sô'để kít xử lý 2.4 Chương trình điểu khiển: • Dụng cụ đo nhiệt theo nhiệt nóng chảy chất Thực việc giao tiếp vi xử lý kit chủ ,giữa kit chủ GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà CŨI 87 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ T°c =T(°K)-273.15 T°c ={T(°F)-32} x5/9 GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà CŨI SV:Võ Quang Hậu Luận An Tô"t Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương II: CẢM Mllí l ĐÔ Cảm biến nhiệt độ dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành đại lượng vật lý khác chẳng hạn điện, áp suất, độ giãn nở dài, độ giãn nở khôi, điện trở, Cảm biến nhiệt độ phần tử thiếu hệ thông đô lường điều khiển nhiệt độ cảm biến nhiệt độ có khả nhận biết tín hiệu nhiệt độ cách xác, trung thực chuyển đổi thành tín hiệu đo lường điện áp, dòng điện, điện trở, thể tích áp suất Ĩ.CẨC THỐNG SỐ CẢM BIỂN: Thông sô' cấu tao: định nhà sản xuất phụ thuộc vào loại cảm biến Thông sô' sứ dung: bao gồm yếu tô" sau: ♦ Khoảng làm việc : khoảng nhiệt độ mà cảm biến có khả df: thay đổi đại lượng đo cảm biến dx : thay đổi đại lượng vật lý ♦ Ngưỡng độ nhạy: mức thấp mà cảm biến phát ♦ Tính trễ: gọi quán tính cảm biến Tính trễ cảm biến tạo sai sô" phép đo Tô"c độ thay đổi cuẩ đại lượng đo phải phù hợp với tính trễ cảm biến Nếu đại lượng đo thay đổi nhanh mà quán tính cảm biến lớn đo xác Mọi cảm biến có tính trễ ảnh hưởng vỏ bảo vệ II.CẢC LOAI CẢM BIẾN THỐNG DUNG: l Căp nhiêt điên : GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 10 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tô"t Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ • Hiệu ứng Pentier: có dòng điện qua môi nôi hai dây dẫn vị trí môi nôi có hấp thụ hay tỏa nhiệt • Hiệu ứng Seebcck: dây dẫn , có chênh lệch nhiệt độ điểm điểm xuất suất điện động • Định luật Macmut: mạch điện kín dây dẫn đồng phân bô" nhiệt độ sao, suẩt điện động tổng cộng mạch không • Nguyên tắc: Nguyên tắc câu tạo cặp nhiệt điện dựa theo sở thực nghiệm sau: Khi nung nóng dây kim loại hay đoạn dây dại tập trung điện tử tự có khuynh hướng khuếch tán từ nơi tập trung nhiều đến nơi tập trung Có nghĩa đầu nóng (+)sang đầu nguội(-) (hiệu ứng seebeck) Ớ đoạn dây xuất suất điện động Thomson phụ thuộc vào châ"t dây kim loại Rỏ ràng ta dùng hai dây kim loại đồng châ"t a ,nốì với qua hai điểm TI T2 mạch xuất hai suâ"t điện động ngược chiều nên tổng suất điện động không Nhưng mạch kín cấu tạo hai dây kim loại khác a b tổng suất điện động xuất mạch suâ"t điện động Trong đó: + Eab(Tl ,T2) : tổng suất điện động mạch kín hai đầu môi ghép có nhiệt độ T1,T2 +Eab(Tl) : suất điện động Thomson xuâ"t mạch môi ghép có nhiệt độ Tl +Eab(T2) : suất điện động Thomson xuâ"t mạch môi ghép có nhiệt độ T2 GVHDTS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 11 SV:Võ Quang Hậu n °22 Luận An Tô"t Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ /7 +— BT 2sô"phụ + —CTthuộc A,B,C=làATcác vào vật liệu chế tạo Như suất điện động E() hàm phi tuyến đôi với nhiệt độ Nói cách khác độ nhạy cặp nhiệt thay đổi khoảng đo.Hoặc mặt toán học hàm Eo xem tuyến tính với nhiệt độ B,c< A Tóm lại: suất điện động xem tuyến tính với nhiệt độ khoảng làm việc tùy theo câu tạo loại kim loại để làm cặp nhiệt • Câu tạo : Cặp nhiệt điện chế tạo hai sợi kim loại khác ,và có nhâ"t hai môi nôi.Một đầu giữ nhiệt độ chuẩn gọi đầu đầu lại tiếp xúc với đối tượng đo Cặp nhiệt điện có cực dương cực âm,cực dương thường đánh dâu màu đỏ E: Chromel/constantan J: Sắt/constantan T: Đồng/constantan K: Chromel/Alumel T(°C) • Vật liệu câu tạo nguyên tắc ,khi đốt nóng môi hàn hai kim loại phát sinh suâ"t điện động nhiệt Nhưng tất kim loại hợp kim dùng làm cặp nhiệt được.vật liệu làm cặp nhiệt điện đòi hỏi sô" yêu cầu sau: + độ tinh khiết cao GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 12 SV:Võ Quang Hậu Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Luận An Tôt Nghiêp + tính chông ăn mòn tốt + độ nóng chảy cao nhiệt môi trường cần đo + sô" tính chủ yếu dẫn điện ,dẫn nhiệt tốt + tính lặp lại khoảng thời gian dài Ngoài độ xác cặp nhiệt điện phụ thuộc vào độ xác chế tạo lý tính môi trường đo • Cách sử dụng: Để cặp nhiệt độ làm việc tốt lâu bền ,khi sử dụng cần lưu ý: + Cặp nhiệt điện cần có vỏ bảo vệ để chông tác động xâm thực môi trường yêu cầu đôi với vỏ bọc cách điện không cách nhiệt + Phải đặt cặp nhiệt nơi thích hợp thường nhiệt không phân bố + Vị trí lắp đặt phải tránh chổ có từ trường ,điện trường mạnh +Để cặp nhiệt thẳng đứng đề phòng ông bảo vệ bị biến dạng nhiệt cao +Nên lắp đặt dây bù vào ông sắt nôi đất để tránh nhiễu 2.Nhiẽt kế điên trở: Nguyên lý làm việc nhiệt kế dựa vào thay đổi điện trở theo nhiệt độ vật liệu dẫn điện S = AR/R = a X R a : hệ sô" nhiệt điện trở R0: điện trở 0°C • Hệ sô" nhiệt điện trở: Hệ sô" nhiệt điện trở kim loại tính sau: Hệ sô" nhiệt a phụ thuộc vào tính đồng kim loại 2.2 Nhiêt điên trd bán dẫn: Thay đổi nhiệt độ chê" tạo châ"t bán dẫn thường gọi Thermistor Thành phần thermistor bột oxyt kim loại Máy GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 13 SV:Võ Quang Hậu Luận Luận LuậnAn An AnTô"t Tôứ TôúNghiêp Nghiêp Nghiêp Thiết Thiết ThiếtKế Kế KếKit Kit KitĐiều Điều ĐiềuKhiển Khiển KhiểnNhiệt Nhiệt NhiệtĐộ Độ Độ / KHỐI HIÊN THI: Gồm led anod chung,hoạt động theo phương pháp chốt thời điểm Dovịmắt khả ảnhkhi LED hiển dùngthịđểtừng hiểnledthị trí người chức cónăng tươnglưuứng 50ms giá trị cho cuổì LED có đấu châm tĩnh sang lên LED nhập Nên kì quét thiểu chu kid giá hiển trị thị thiểu kích để chu phân biệt led giưã phầnlà 20Hz,nên chức tương ứng để nhập phần chức đố 20*6=120 Hz Nạp sô" bước điều khiển Nguồn cung cấp cho nhớ :bộ nhớ dùng để lưu giử giá trị điều khiển giá THỊ trị 1đolần nên ta cần có nguồn nuôi kit KHỐI HIỂN GồM trước : không hoạt động IC 74247 để giải mã cho led anod chung ,các ngỏ vào IC lấy từ bit thấp TC chốt U4 (D0,Dl,D2,D3),ngỏ ĨC74247 nôi với R4 chân data 61ed có điện trở 330Q để hạn dòng cho led IC74138 dùng để giải mã chọn cho led sáng thời điểm,ngỏ IC Ư5 nốĩ vào cực B transito AI015 led tương ưng , cực c A1015 nôi vói chân 3&chân chân cung cấp nguồn dương cho led,ngỏ vào U5 lấy tứ bit cao IC chốt U4 (D4,D5,D6) NGUON NUOI RAM dùng PIN 3,6v cung cấp tắt nguồn Diod DI dùng để ngăn không cho nguồn PIN đổ vào nguồn Vcc, diod D2 dùng việc nguồn nạp vào PIN mạch hoạt động LED 6:dùng để hiển thị kênh đo điều khiển ,các giá trị từ 0-7 tương ứng vởi kênh đo điều khiển chứa tronh ô GVHD GVHDTS:(cô)Nguyễn TS:(cô)NguyễnThị ThịPhương PhươngHà Hà04 oa68 67 SV:Võ SV:VõQuang QuangHậu Hậu T Điều khiển Luận LuậnAn AnTôứ TôứNghiêp Nghiêp Thiết ThiếtKế KếKit KitĐiều ĐiềuKhiển KhiểnNhiệt NhiệtĐộ Độ VII / THIẾT KẾ KHỐI HIỂU CHỈNH PID ZIEGER NICHOL: /Đặt tính nhiệtkế chọn phòng thí nghiệm điều khiển tự động có Bô hiêu chỉnh pid cầnlòthiết là: đặc điểm: Đe thiết kế khâu hiệu chỉnh PID ta phải xem khái quát tòan hệ thống minh họa sau Es Công suất vận hành 600W Điện áp vận hành 220V ZOH Buồng đốt 20cm X 25cm X 25cm E(iT) KDCS Hàm truyền lò p 600 Điện trở lò :R=80Q _Khôi đo lường Lò nhiệt có đặc tính lấy điện cung cấp đầu vào qua điện trở đốt G(s) = k„(l T + TdS) (*) nóng sản+ ;phẩm nhiệt dộ ,thực tế lương nhiệt nầy việc đốt nóng để tăng nhiệt độ bên lò mà cung cấp hay viết theo dạng khác: nhiệt bên ,nên thực tế phương trình cân bang lượng nầy khó thếtG(s) lập nên = kp ta +^xem + kdSgần toán thánh môi trường nung đẳng nhiệt ta có hàm truyền LEDđồng 4,LED 3,LED 2,LED hiển thịcủa giálò trị nhập giáthiết trị đo chức năngthìhiển đo vê LEDrời1 rạc dùngđểđể viết hiển k khiển T° sô" Để kế vềbộp đổì điềuvới cầnthịphẩi tìm dạng ——■► —r— —» thichương phần trình lẽ còn3 lại phần giữmềm nhiệm hiểhbiến thị đổi phần điềuLED khiểncònbằng thựcvụhiện rời chẳng rạc c cho giá hiệu trị chỉnh đo ta.cuối hóa khâu được: LED ta sử dụng dấu chấm tĩnh TS + -Đối với khâu Các chân vào ICtỷ lệ: giải mã cho LED đượlấy bit thấp va P:công suất cung cấp dạng điện chân vao để giái mã chọn LED lấy 3bit kế từ ngỏ IC chốt Gp(z) =vào Z(K p) = Kp LED có địa từ 4000H,ngỏ IC chọn LED lấy giá trị trực K:hệ sô" tỷ lệ quan hệ ngỏ vào ngỏ trạng thái xác lập T:thời giankhâu quánvitính -Đôi với phâncủa lò nhiệt tiếp port IC xữ lý KHỐI HIỂN THỊ GỒM: 8u led đơn để phục vụ cho mạch nút nhấn Gd(z) = zị kxe = - (1 - z ■' )F(z) = - X — H(s) nguồn điện cung cấp cho=mạchTS + Lrthờil dt gian JkTtrể T lò nhiệt Tz 3LED d0,dl,d2dùng để báo hiệu cho biết mạch có nguồn cung cấp Hàm không,khỉ có vinguồn cung cấp LED sáng lên ,khi truyền khâu phân: khai ttriển Tay Lo gần e'Ls ta hàm truyền hệ thông nguồn cung cấp bị cô" LED tương ứng â"y bị tắt LED nầy có gắn điện trở nốĩ tiếp(TS để +hạn dòng,giá lXLS + l) trị điện trở :chọn R=330Q ziegler Nichol xấp xỉ hệ thông với hệ bậc có khâu trể hay 5V hệ có khâu tuyến tính bậc 2và xác định hàm truyền thực nghiệm vẽ trình độhệ thông với ngõ vào hàm nâ"c GVHD GVHD GVHD TS:(cô)Nguyễn TS:(cô)Nguyễn TS:(cô)Nguyễn Thị Thị Thị Phương Phương Phương Hà Hà Hà oaoa oa 6970 71 SV:Võ SV:Võ SV:Võ Quang Quang Quang Hậu Hậu Hậu p T z Z -1 Kp ( 2*) Ti Td Phốông phaùp hieãu chaenh p Luận An Tô"t Nghiêp % 00 Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Pi 0.9x1/ L/ Pid 1.2x% 2xL 0.5xLF[(k-1)T] F n [k-l|T f(KT) kT Theo cách ta có : u(kT) = u[(k -1 )T] - |[f[(k - 1)T] + f(kT)] MxỊ±Ị = G i (z ) = Ki ‘ F(z) z -1 Bộ điều khiển nhiệt độ thiết dạngkế tổng khâu hiệu chỉnh quát: tính toán phần mềmvà thực thông qua phương pháp điều rộng xung ,ưu điểm phần cứng Z -1 đổi K ị cho xT Zphù + hợp với đốì tựơng d thay n , V dể thực ,hoc tính linh động caoK,dễ Gc(z) = k n + X V ——— X —— điều khiển Zieger Nichol đề xuất xác định sô" kp ,thời tích phân Ti ,hằng sô" vi phân Td hàm hiệu chỉnh thích hợp ứng vói hàm truyền với thông sô" (k,T,L)xác định Luận Luận LuậnAn AnTôứ Tô"t TôứNghiêp Nghiêp Thiết Thiết ThiếtKế Kế KếKit Kit KitĐiều Điều ĐiềuKhiển Khiển KhiểnNhiệt Nhiệt NhiệtĐộ Độ Độ E(Z) 2E(Z)X2 +E(Z)XZ : u(z) =thái K P [ E (Z)-E(z)Xz"] + Kd chuyển trạng sang mứclbáo hiệu~ kết " thúc ' chuyển đổi,do ta cung có thể+lợi -2É-dụng [E(Z)chân + E(Znầy ) X Zđể ]+ đọc U(z) X zliệu ,tuy nhiên thòi gian đổi khoảng lOOps nên ta co thể lập chờ 120ps chuyển đối xong đế đọc nên chân EOC không dùng tới U(kT) = Kp[E(kT) - E[(k -1 )T]]+ Kd ECT-2E[(k- 1)T]+ E[(k- 2)T] Tính tóan thiết kế mạch chuyển đổi adc: + [E(kT) + E[(k -1 )T]] + U[(k -1 )T] +Tính hiệu đầu đo cảm biến đưa đọan dây bù kéo tới mạch đo để nôi vào kênh kd k XT m 2K, K xT +LỢĨ dụng hệ sô" nhiệt diod (hay transitor) để bù nhiệt đầu tự U(kT) + tóan +cho E[(ntổng -1 )T](K của= E(nT)(k cảm biến ,tính điệnp +áp^ Ỷ~) diod nhiệt độ thay p + y đổi điện áp bị thay đối đầu tự khổng Ta có: + E[(n-2)T]^f + U[(n-l)T) V VVV Để đọc xác giá trị đo ta cần phải bù nhiêt ,bù cuối đầu tự donhằmỊKtránh nhiệt tậi thay đổi làm ảnh hưởng giá trị đo,đế VIII /+THIẾT KÊ MA 1ỊL + 1± + 1R4 = - đa X R1 Đôi với khâu hiệu dạng có: +Dòng yhụ bé tối R4 chỉnh RI c takhỏang0.3mA +Nguồn 5V đặt tính củanuôi thermocuople: Kp=Kp có tầm diod có hệ sô" nhiệt Cd=-2 đo đến 16000 +hoạt động theo phương pháp boến đổi xấp xĩ liên tiếp chọn Rl=l,5kQ hoạt Xđo 10 ~3 gọn cách=> thức động: muốn vàobé chân nhỏ đochuyển nhũngđổi,ta nơi cókichs tích sức 1.5 = 75knên có R4 =Đầu start chânKd=KpxTd ALE xung thìlà adc0809(Ull) xét với chân 10 ,11,12 độđể điện động xem tuyến tính nhiệt 40x 10”một chọn kênhs=40pV/0C nhận giá trị diện áp analog cần chuyển chuyển đổi xong Độ nhạy xuất giáTatrichọn vè R4=68kQ+6,8kn chốt IC chờ lệnh đọc vi xữ lý Trong trình Ta có tương vềnhiệt độ ởvàinúc suấtkhông,khi điện độngchuyển Thermocuople chuyểnquan đổi chân EOC đổi xong Chân EOC Các điện trở R R5=820Q dùng để phân cực cho diod GVHD GVHD GVHD GVHDTS:(cô)Nguyễn TS:(cô)Nguyễn TS:(cô)Nguyễn TS:(cô)NguyễnThị Thị Thị ThịPhương Phương Phương PhươngHà Hà Hà HàCũ oa oa oa72 74 75 73 SV:Võ SV:Võ SV:Võ SV:VõQuang Quang Quang QuangHậu Hậu Hậu Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Luận An Tôt Nghiêp Ta chọn điện áp vào chân Vref ADC0809 5vtương ứng bit O-ỉ-255 nên độ phân giải : Ta thiết kế cho kênh (tầm đo 0-Ỉ-1250) mổi bit đọc tương ứng 0,50.Khi ngõ vào ADC Ov ngõ ADC 00H(tương ứng 00), ngõ vào ADC 5v ngõ FFh(tức 127.50)chọn hệ sô" khuếch đại tầng 25 lần: R6=25xRl chọn Rl=1.5kQ => R6=37,5kn Ta chọn R6=R61+R62=33kQ+VR10kQ Chọn hệ sô" khuếch đại tầng 40 lần V V 4^ - R8 R7 V = 4° v0 R8 = - ™ LR = 40xR chọn R7=2,7kQ =>R8=40x2,7=108kn Ta chọn R8=100kQ+VR10kQ Khi đố tầng ngõ vào 0.04mv/0C ngõ lmv/oc tầng ngõ vào lmv/OCALL ngõ 40mv/0C Đốì với việc thiết kế kênh 2(tầm đo 0-Ỉ-2500C) thiết kê" tương tự khác tầng ta chọn hệ sô" khuếch đại 20 lần R8=20x2,7kQ = 54kQ Ta chọn r8 = 49kQ+ VRlOkn Khi tầng ngõ vào có độ phân giải 0,04 rnv/oc ngõ vào tầng có độ phân giải lmv/oc ngỏ 20mv/0C Tầng sô" xung clock cho ADC hoạt động khỏang 700 Khz ta lây từ chân xtal2 vi xữ lý (có tầng sô" khỏang 12 Mhz) qua IC7493 chia 16 lần để tầng sô"còn 750Khz đưa vào chân clk ADC Câ"p áp vào VREF choADC ta cần áp chuẩn 5v,ta sữ dụng IC TL431dòng tiêu thụ khoang lOma cần điện trở RI 1,ngõ IC TL431 nôi thẳng vào chân VREF ADC 12-5 RI =— - = 700 10xl 0“3 ta chọn R11=680Q GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 76 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chân OE nôì vào ngỏ công NOR để lấy tín hiệu đảo tín hiệu /cso /RD Khi trình chuyển đổi xong ta cần cho lệnh đọc từ địa 0000H để lấy giá tri chuyển đổi kit để xũ lý Do thời gian chuyển đổi khỏanglOOps nên ta không cần sử dụng chân EOC mà tạo vòng lập để chờ khỏangl20|ns sau cho thực việc đọc data Cân chỉnh cho mạch hoạt động:đầu tiên ta chỉnh biến trở VR14 để ta có điện áp chuẩn 5v vào VREF cho ADC Ta đưa nhiệt độ OOc ta chỉnh biến trở VR11 để điẹn áp ngỏ vào tầng đầu Ov,kế ta đưa nhiệt độ lOOOc chỉnh biến trở VR12 để điện áp ngỏ tầng đầu lOOmv, sau ta chỉnh biến trở VR13 đế có điện áp ngỏ tầng sau 4v Sau ta thử vài nhiệt độ để đánh giá trình cân chỉnh cho mạch đo GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 77 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương VI: LƯU Pổ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG THÌ MI chương trình ( 't Khởi động điều khiển \ Phục hồi thông sô" điều GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 78 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Thay đổi thông sô' Chọn kênh ( Chọnphương pháp điều khiển \ Bước điều khiển T thay đổi GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 79 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ — GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 80 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương trình ngắt tỉmer : phục vụ cho thời gian điều khiển Ton _ (50000x20)/ x ; “ /255 s T Ngắt timer Nạp lại giá trị (196) /' Ngừng timer Ngừng điều khiển Kết thức GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 81 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương trình ngắt tỉmer : tạo thời gian cho chu kí điều khiển ứng với giá trị Ts(giây) nhập vào chu kì T cho điều khiển Ngắt timer Nạp lại giá trị (-50000) , Cho timer chay Udk=Un Ngừng timer v Ngừng điều khiển , Kết thúc _ GVHDTS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 82 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương trình ngắt tỉmer 2: phục vụ ngắt cà ô nhớ để đếm tạo bước nhảy cho nhiệt độ ứng sau 10 phút tăng giá trị nhiệt độ điều Ngắt timer Nạp lại giá trị (-50000) Cho timer chaiy _y_ Ngừng timer Ngừng timer Ngừng điều khiển T đặ t=T đặt+T thayđổi Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 83 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Giải thuât PID : tính toán giá trị Un cho điều khiển có giá trị từ O-i-255 làgiá trị bit cho điều khiển công suất Un=0 ngắt nguồn ngược lại Un=255 cung cấp nguồn chu kì điều khiển Chương trình Tính En=Tđăt-Tđ0 =En(Kp+Kd/T+KiT/2) Kl=En-i(Kp+2Kd/T-KiT/2) K2=En.2(Kd/T) Un=K0+Kl+K2+Un I ^ En-2=En-l Kết thúc GVHDTS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 84 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Gỉái thuât điểu khiến ON OFF:đươc thiết kế theo phương pháp dùng điều khiển rờ le có trễ sai lệch lớn giá trị ON ro le đóng mạch,ngược lại sai lệch bé giá trị OFF rờ le ngắt nguồn ON_OFF En=Tđặt-Tđo ON=Tđặt-20 '" Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 85 SV:Võ Quang Hậu Luận An Tôứ Nghiêp GVHD TS:(cô)Nguyễn Thị Phương Hà oa 86 Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ SV:Võ Quang Hậu [...]... của chế độ port nơi tiếp Luận LuậnAn AnTốt Tơứ Tơ"tNghiêp Nghiêp Nghiêp Thiết ThiếtKế K Kit KitĐiều ĐiềuKhiển KhiểnNhiệt Nhiệt ộ Độ Bit 1 của chế độ port nơi tiếp SCON, #0101001OB dữ liệu để MOV thu hoặc phát Thanh ghi điều khiển port nơi tiếp (SCON) ở điạ chỉ 98H là thanh ghi có điạ chỉ bit chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển Mode tách ra Cho (MODE 3) : Bitbit 2 3.4 của ch khiển độTimer... năng kếthợp với các thiết bị điện tử khác R2IN C2+ II/ THIẾT KẾ KIT VI XỬ LÝ 8952 Là bộ xử lý trung tâm của bộ điều khiển ,có thể thích ứng với nhiều ứng dụng khác nhau do chương trình mà nó chứa như : điều khiển động cơ một chiều ,điều khiển nhiệt ộ , điều khiển thiết bị báo cháy Có nhiệm vụ xử lý các sơ" liệu của bộ điều khiển ,giao tiếp với các thiết bị ngoại vi,giao tiếp máy tính 74LS244 Do đó kit. .. lò nhiệt thơng qua việc đọc giá trị ở vùng nhớ ngồi sau khi cho lò hoạt động Optron trỉac: ho moc của Motorola 6 4 U1 * MOC3020 GVHD TS:(cơ)Nguyễn Thị Phương Hà oa 61 60 □ SV:Võ Quang Hậu A14 /csĐịa chỉ AI3 0 0 0 1 Luận LuậnAn AnTốt Tơ"tNghiêp Nghiêp 12000H—»3FFFH Thiết ThiếtKế K Kit KitĐiều ĐiềuKhiển KhiểnNhiệt Nhiệt ộ Độ Sử dụng đường địa chỉ cho bộ nhớ ngồi ngồi Chế độ2 : Chế độ chạy: trong chế độ. .. SV:Võ Quang Hậu Bộ Xử Lý Trimg Tâm Giao Tiếp điều khiển Nhận dữ liệu về Luận LuậnAn AnTơ"t Tơ"t Tơứ Tốt Nghiêp Nghiêp Nghiêp Thiết ThiếtKế K Kit KitĐiều ĐiềuKhiển KhiểnNhiệt Nhiệt ộ Độ TC 74LS573 : Là thanh ghi chốt 8 bit khi truy xuất bộ nhớ ngồi Nó Chương V 8 D-FF có ngõ 3ra 3trạng trạng thái thái được khiển chốtriêng và xuất liệu bằng Là gồm bộ đệm 1 chiều gồmđiều 2 bộ đệm rẻ.dữKhi chân /1G ở I/ GIỚI... Luận An Tơ"t Tơứ Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ lò Vì thế khi mn tăng độ nóng của lò ta sẽ thay đổi cơng suất của lò bằng cáchthay đổiKÊ thờiMACH gian kích Ton KHIÊN thơng qua port P3.3 m/ THIẾT ĐĩẾU Có 2 phương pháp đê điều khiển lò : Phương pháp điều rộng xung Phương pháp điều khiển tuyến tính Đơi tượng điều khiển là lò nhiệt có qn tính lớn ,nên dùng phương pháp điều rộng xung có ưu điểm...Luận An Tơ"t Nghiêp • Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Phân loại: Nhiệt điện trở bán dẫn được chia thàn hai loại : ■ Nhiệt điện trở Pct :là loại nhiệt điện trở có hệ sơ" nhiệt dương ,nghĩa là nhiệt độ tăng thì R giảm ■ Nhiệt điện trở Nct: thành phần chính là bột kim loại như: MnAl 204 và Zn2Ti04 Độ tin cậy của nhiệt điện trở bán dẫn phụ thuộc vào độ tinh khiết của vật liệ chế tạo Nct... AnAn Tơứ Tơ"t Tơ"t Tơứ Nghiêp Nghiêp Dao động trên chip SYMBOL BIT rm 1 1 1 1 1 1 1 Mã lênh PC hoặc DPTR -r- 32 Thiết Thiết K Kế KitKit Điều Điều Khiển Khiển Nhiệt Nhiệt Độ ộ SMOD=l lệnhcho này trong Địa chỉ khoảng từSMOD chiếu -128 dùng đến một ơthanh nhớ ghi Trước cơ khi cộng (hoặc , chế thanh thanh PC thêm thành việc Như 32 nhận đã (hoặc nói, và đang 16 tốc nếu độ đợi baud đểtốc đọc cơ" tức =1 định... 74LS244 Do đó kit vi xử lý 8952 được thiết kê" là kit vi xử lý vạn năng có sơ đồ ngun lý như trên hình ở trang kê" với các tính năng sau: Ĩ1 Max232 U3 +Dùng để đo và điều khiển nhiệt độ KIT có thể hoạt động điều khiển nhiệt độ theo đặc tuyến nằm ngang hoặc đặc tuyến theo hàm nâ"c với sơ" bước có thể thay đổi theo được nhập trong q trình nhập giá trị điều khiển ,lượng nhiệt độ thay đổi theo mỗi bước ,thời... nhiệt độ: Thermistor sẽ bị đơ"t nóng khi khi nhiệt độ mơi trường xung quanh tăng từ nhiệt độ TO đến T ,như vậy là nhiệt điện trở đã tiêu thụ được một cơng s"t theo cơng thức như sau: w= C(T-T0) c : là hệ sơ" thu nhiệt của điện trở :là năng lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của Thermistor lên l°c so với nhiệt độ xung quanh,có đơn vị là wm/°c • Cách sử dụng: Khi sử dụng nhiệt kê" khơng nên dùng nhiệt. .. bit,rel JNB bit,rel JBC bit,rel ONE A,data,rel ONE A,#data,rel (1.2) (2.2) : Trở về từ lệnh gọi ngắt : Nhảy tuyệt đơi Luận Luận An An Tốt Tốt Nghiêp Nghiêp (3.2)A RRC (2.2) Thiết Kế Kế Kit Kit Điều Điều Khiển Khiển Nhiệt Nhiệt Độ Độ Thiết : Nhảy dài (1,1): Quay phải nội dung thanh ghi A qua cờ nhớ :Nhảy ngắn lcnhgián chuyển licu:trỏ dữ liệu (1.2) c) Nhổm : Nhảy tiếp dữ từ con MOV A,Rn (1.1) :Chuyển nội ... Tơứ TơúNghiêp Nghiêp Nghiêp Thiết Thiết ThiếtKế Kế K Kit Kit Kit iều Điều ĐiềuKhiển Khiển KhiểnNhiệt Nhiệt NhiệtĐộ Độ Độ / KHỐI HIÊN THI: Gồm led anod chung,hoạt động theo phương pháp chốt thời... Nghiêp Thiết Thiết ThiếtKế Kế K Kit Kit Kit iều Điều ĐiềuKhiển Khiển KhiểnNhiệt Nhiệt NhiệtĐộ Độ Độ E(Z) 2E(Z)X2 +E(Z)XZ : u(z) =thái K P [ E (Z)-E(z)Xz"] + Kd chuyển trạng sang mứclbáo hiệu~ kết... Nghiêp Thiết ThiếtKế K Kit KitĐiều ĐiềuKhiển KhiểnNhiệt Nhiệt ộ Độ Mạch Gia cơng lệch ,thử nghiệm ngun VíDỒN dụ:vàhệsửa.Đây thơng điều khiểntắcmáy cơng cụ điều CNCkhiển ,điều khiển tự động nhà