Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO • Tổng quan • Khái niệm về nhiệt độ Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên tử, phân tử của một hệ vật chất. Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất (rắn, lỏng, khí) mà chuyển động này có sự khác nhau. Ỏ trạng thái lỏng, các phân tử dao động quanh vị trí cân bằng nhưng vị trí cân bằng của nó luôn dịch chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định. Còn ở trạng thái rắn, các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng. Các dạng vận động này của các phân tử, nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt trên tuân theo nguyên lý: Bảo toàn năng lượng. Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất. Ở trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt. Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách vận chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch về tỉ trọng.
Lời Nói Đầu Nhiệt độ tín hiệu vật lý mà ta thường gặp đời sống ngày kỹ thuật công nghiệp, điều khiển tự động hóa Việc đo cảnh báo nhiệt độ yêu cầu thiết thực Hiện cảm biến đo nhiệt độ loại cảm biến sử dụng nhiều công nghiệp dân dụng Bài tập lớn nghiên cứu dùng vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ Trong trình thiết kế, kiến thức hạn hẹp trình độ hiểu biết chuyên môn tương đối hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót, khuyết điểm Em mong nhận góp bảo nhiệt tình từ phía thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn, áp dụng vào thực tiễn Sinh viên làm đề tài Nguyễn Thái Sơn Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO • Tổng quan • Khái niệm nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử, phân tử hệ vật chất Tuỳ theo trạng thái vật chất (rắn, lỏng, khí) mà chuyển động có khác Ỏ trạng thái lỏng, phân tử dao động quanh vị trí cân vị trí cân dịch chuyển làm cho chất lỏng hình dạng định Còn trạng thái rắn, phần tử, nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân Các dạng vận động phân tử, nguyên tử gọi chung chuyển động nhiệt Khi tương tác với bên có trao đổi lượng không sinh công, trình trao đổi lượng nói gọi truyền nhiệt Quá trình truyền nhiệt tuân theo nguyên lý: Bảo toàn lượng Nhiệt tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất Ở trạng thái rắn, truyền nhiệt xảy chủ yếu dẫn nhiệt xạ nhiệt Đối với chất lỏng khí dẫn nhiệt xạ nhiệt có truyền nhiệt đối lưu Đó tượng vận chuyển lượng nhiệt cách vận chuyển phần khối vật chất vùng khác hệ chênh lệch tỉ trọng • Các thang đo nhiệt độ Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng định nghĩa theo vùng, thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: • Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) • Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 • Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 Đây thang đo nhiệt độ dùng phổ biến Trong thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) quy định mét đơn vị đo hệ đơn vị quốc tế (SI) Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ Vi mạch số, vi mạch tương tự lĩnh vực không mang tới thời nóng bỏng ẩn chứa vô số điều bí ẩn có sức hấp dẫn lạ kỳ, ngày thâm nhập vào đời sống Nhưng thực tế dạng lượng thường dạng tương tự Do muốn xử lý chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Xuất phát từ ý tưởng đó, em đă thưc việc xây dựng mạch điện đo nhiệt độ hiển thị đèn LED Mạch mang tính chất thử nghiệm thực tế vấn đề chuyển đổi ADC, vấn đề cảnh báo nhiệt độ đèn vấn đề đo lường đại lượng không điện điện • Biến nhiệt thành điện Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật giải nhiệt độ Phân làm phương pháp : Đo trực tiếp đo gián tiếp • Đo trưc tiếp phương pháp đo chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt trực tiếp môi trường cần đo • Đo gián tiếp phương pháp đo dụng cụ đo đặt môi trường cần đo (áp dụng với trường hợp đo nhiệt độ cao) Trong khuôn khuôn khổ yêu cầu đề tài ta khảo sát phương pháp đo trực tiếp giải nhiệt độ cần đo cao Đo nhiệt độ phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát loại nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu nhiệt kế nhiệt điện trở • Nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu: Cấu tạo : Gồm hai kim loại a, b hàn với đầu t1 hai đầu t0 đầu tự Nguyên lý làm việc: dựa hiệu ứng Thomson hiệu ứng seebek: Khi nhiệt độ đầu t1 khác nhiệt độ đầu t0 chúng tạo nên suất điện động: Eab(t1,t0)=Eab(t1)-Eab(t0) Nếu giữ nhiệt độ đầu t0 không đổi : Eab(t1,t0)=Eab(t1-c)=F(t1) • Rd: điện trở đường dây (quy định 5Ω) • Rdc: điện trở điều chỉnh (điều chỉnh cho Rd = 5Ω) · • Những nguyên nhân gây sai số: + Điện trở mạch đo thay đổi nhiệt độ môi trường thay đổi + Nhiệt độ đầu tự to đươc trì nhiệt độ chuẩn không độ C Et thực tế thường nhỏ lý thuyết Phương pháp khắc phục: có phương pháp: • Giữ ổn nhiệt độ đầu đo hoăc dùng thiết bị bù nhiệt Với cách thứ ta việc ngâm đầu đo vào nước đá • Khi nhiệt độ tư thay đổi Rt thay đổi làm cho mạch bù cân dẫn đến việc xuất điện áp Ucd bù vào sức điện động bị thay đổi Ta có : Eab(t1,to)= E’ab(t1,to)+Ucd • Nhiệt kế điện trở Dùng nhiệt điện trở (là môt thiết bị biến đổi nhiệt độ thành thay đổi thương số điện trở R:Rt=f(t) ) Phân làm loại : • Nhiệt điện trở kim loại :thuường đươc làm Niken,Cu,platin Quan hệ R-t: Rt=Ro(1+at) Ro: điện trở nhiệt độ chuẩn a:hệ số nhiệt độ t:nhiệt độ môi trường Dải nhiệt độ:0 - 125 độ C • Nhiệt điện trở bán dẫn: Chế tạo từ hỗn hợp chất oxit bán dẫn đa tinh thể như: MgO, MgẠl2O2 Đặc tính quan trọng có độ nhạy nhiệt cao gấp hàng chuc lần loại ` Dải nhiệt độ rộng Quan hệ điện trở nhiệt độ: Rt=Ro Exp[B.(1/T-1/To) Trong đó: To nhiệt độ chuẩn tuyệt đối Ro la điện trở chất bán dẫn nhiệt độ To Rt la điện trở chất bán dẫn nhiệt độ T môi trường B số có giá trị từ 3000 đến 5000 K Giá trị điện trở thường cỡ 50 - 500 Ôm • Đo nhiệt độ = diot tranzitor Linh kiện điện tử nhạy nhiệt nên ta sử dụng 1số linh kiện bán dẫn diot tzt nối theo kiểu diode (Bazơ nối với Colector) Khi điện áp U hai cực diode hàm nhiệt độ Độ nhạy xác định theo biểu thức : S = dU/dt (độ nhạy có giá trị thường cỡ 2.5 mV/độ C) Khi nhiệt độ thay đổi ta có: Ud = Ebe1 - Ebe2 = (K.T.ln(Ic1/Ic2))/q Trong đó: K hệ số T nhiệt độ môi trường tính theo độ K q điện tích Ic1 ḍng collector cua tzt1 Ic2 ḍng collector cua tzt Với tỉ số Ic1/Ic2=const Ud tỉ lệ thuận với nhiệt độ T mà không cần nguồn ổn định Độ nhạy nhiệt mạch mạch xác định theo biểu thức sau: S=d(U1-U2)/dT Hiện thị trường có sẵn IC tích hợp sử dụng phần tử bán dẫn làm nhiệm vụ cảm biến nhiệt tiện lợi • • Lựa chọn phương pháp biến đổi nhiệt thành điện Việc sử dụng IC cảm biến nhiệt áp dụng vào thiết bị đo nhiệt độ phương pháp phổ biến, tiện lợi Do đó, em đă lựa chọn phương pháp áp dụng vào đề tài Hơn nữa, em đă nói phần tử bán dẫn nhạy nhiệt, để đảm bảo độ chuẩn xác tương đối cao, thoả măn tiêu chuẩn yêu cầu, chấp nhận • Hình thành sơ đồ khối • Sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối hệ thống • Yêu cầu cho khối : • Khối nguồn: cung cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động, tất thiết bị hai nguồn +5v – 5v • Cảm biến: nhận tín hiệu cần đo ,dùng làm mạch đệm tín hiệu lọc nhiễu tín hiệu trước chuyển vào khối khác • Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu điện nhận từ chuyển đổi cho phù hợp với yêu cầu kết đo thị • Cơ cấu thị: Là thiết bị hiển thị cho người dùng biết nhiệt độ đối tượng cần đo Có nhiều cấu thị khác như: từ điện, điện động • So sánh: làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu vừa đưa với tín hiệu cài đặt.Tuỳ theo tín hiệu ngõ ra, định để cấu chấp hành gia tăng, giảm, hay giữ nguyên nhiệt độ chí kết hợp để báo động hiển thị • Chỉ thị: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận từ mạch đo để thể kết đo • Hiển thị: cho phép người quản lý thấy thời điểm hệ thống đo để kịp thời sử lý • Cảnh báo: thực chức báo động nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép • Tổng quan mạch đo • Mạch đo Đối tượng cần đo đại lượng vật lý, dựa vào đặc tính đại lượng cần đo mà chọn loại cảm biến phù hợp để thực việc biến đổi thong số cần đo thành đại lượng điện hay điện áp U = – 10V I = - 20mA Sau qua bọ lọc khuếch đại tín hiệu Tín hiệu sau hiệu chỉnh chuyển qua sang cấu thị chuyển đổi ADC (Analog Digital Converter) chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số chuyển qua để so sánh phát cảnh báo nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép chuyển tới phần thị để hiển thị kết LED • Các phương pháp đo nhiệt độ Đo nhiệt độ phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên môi trường, điện đại lượng cần đo • Nhiệt độ phân làm nhiều dải để đo: + dải mức thấp + dải mức trung bình + dải mức cao • Nhiệt độ đo với cảm biến hỗ trợ + cặp nhiệt kế + nhiệt điện kế kim loại + nhiệt điện trở kim loại + nhiệt điện trở bán dẫn + cảm biến thạch anh Chương 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CHÍNH • IC cảm biến nhiệt độ LM35 • Giới thiệu chung Hình 2: IC cảm biến LM35 Cảm biến nhiệt độ LM35 loại cảm biến tương tự hay ứng dụng ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực Vì hoạt động xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ giá thành rẻ ưu điểm Vì cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta dễ dàng đọc giá trị • Cấu tạo đặc điểm • Cấu tạo Gồm chân có chân cấp nguồn chân xuất điện áp tùy theo nhiệt độ mà cảm biến nhận • Chân 1: Chân nguồn Vcc • Chân 2: Đầu Vout • Chân 3: GND • Đặc điểm + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V + Độ xác cao 25 0.5 + Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải + Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55 0C đến 1500C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau : • Nhiệt độ -55 C điện áp đầu -550mV • Nhiệt độ 25 C điện áp đầu 250mV • Nhiệt độ 150 C điện áp đầu 1500mV • Bộ chuyển đổi tương tự số bit ADC0804 • Giới thiệu chung Chíp ADC0804 chuyển đổi tương tự số họ loạt ADC800, làm việc với +5V có độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thời gian chuyển đổi yếu tố quan trọng khác đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Trong ADC0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới chân CLK R CLK IN nhanh 110μs Hình 3: IC chuyển đổi tương tự - số bit ADC0804 • Nguyên lý làm việc Chức chân ADC0804: • Chân CS (chân số 1) chọn chíp: Là đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt chíp ADC0804 Để truy cập ADC0804 chân phải mức thấp • Chân RD (chân số 2): Đây tín hiệu đầu vào tích cực mức thấp Các ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với giữ ghi RD sử dụng để nhận liệu chuyển đổi đầu ADC0804 Khi 0CS = xung cao – xuống – thấp áp đến chân RD đầu số bit hiển diện chân liệu D0 – D7 Chân RD coi cho phép đầu • Chân ghi WR (chân số 3) Thực tên xác “Bắt đầu chuyển đổi”): Đây chân đầu vào tích cực mức thấp dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao – xuống – thấp ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin số nhị phấn bit Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN CLK R Khi việc chuyển đổi liệu hoàn tất chân INTR ép xuống thấp ADC0804 Ngoài , cần tạo xung IC 555 cho chân WR Hình : Sơ đồ khảo sát ADC0804 • Chân CLK IN (chân số 4) CLK R (chân số 19): Chân CLK IN chân đầu vào nối tới nguồn đồng hồ đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 có máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ ADC0804 chân CLK IN CLK R nối tới tụ điện điện trở Trong trường hợp tần số đồng hồ xác định biểu thức: f= Giá trị tiêu biểu đại lượng R = 10kΩ C = 150pF tần số nhận f = 606kHz thời gian chuyển đổi 110sμ • Chân ngắt INTR (chân số 5): Đây chân đầu tích cực mức thấp Bình thường trạng thái cao việc chuyển đổi hoàn tất xuống thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, ta đặt CS = gửi xung cao xuống – thấp tới chân RD lấy liệu ADC0804 dùng Hoặc ta hạ xuống 12V dùng biến trở để chỉnh xuống 5V tiêu tốn lượng lượng nên dùng chỉnh lưu điện áp Một phương pháp khác ta dùng khối ổn áp chiều để có đầu thay đổi Phương án thiết kế : Dùng IC ổn áp chiều • Biến áp : Do yêu cầu đặt nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V điện áp 12V • Mạch chỉnh lưu : ưu điểm mạch chỉnh lưu cầu điện áp nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ so với phương pháp cân nên ta chọn chỉnh lưu cầu pha nửa chu kỳ • Bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san điện áp để dòng điện phẳng hơn, lọc tụ điện đơn giản chất lượng học cao Nên ta dùng tụ điện • Khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp +5V, +12V/-12V Ta dùng IC7812/IC7912 7805 • Sơ đồ khối mạch nguồn: Nguồn cấp mô hình vẽ: Hình 16: Sơ đồ mạch tạo nguồn cấp • Tính toán thiết kế mạch khuếch đại chuẩn hóa Chuẩn hóa đầu với mức điện áp • U = ÷ 10V • I = ÷ 20mA • Thiết kế tính toán mạch khuếch đại chuẩn hóa điện áp Mạch chuẩn hóa đầu cảm biến LM35 thay đổi từ 0C (0 vôn) đến 1070C (1.07 Vôn) Sử dụng IC khuếch đại thuật toán opam uA741 mạch khuếch đại không đảo để chuẩn hóa tín hiệu điện áp + Hình 18: Mô mạch khuếch đại chuẩn hóa đầu 10 V – 1180C Tính toán: UI = 1.07 (Vol) U0 = 10 (Vol) Hệ số khuếch đại mạch: = 8.35 • Chọn R2 = K => Ku = + RF = 8.35K = = 9.35 • Thiết kế tính toán mạch chuẩn hóa dòng điện Sử dụng mạch biến đổi điện áp – dòng điện với sơ đồ không đảo Mạch chuẩn hóa đầu cảm biến LM35 thay đổi từ 0C (4 mA) đến 1070C (20mA) Hình 19: Mô mạch chuẩn hóa I với sơ đồ không đảo Tính toán: Ta có hệ số biến đổi điện áp – dòng điện: Khi Ura = 10 V => UI0 = 10 (V) • KUI = = = = ; • R6 = 500 Ω Khi Ura = V => UI1= = (V) • I5 = UI1 KUI = = (mA) • Tính toán thiết kế mạch nhấp nháy cho LED Tính toán thiết kế mạch nháy cho LED với thời gian sáng thời gian tắt Ta có τ = (1 + 0.5*a) giây với a = • τ = 4,5 giây Với yêu cầu đặt giải pháp dùng mạch so sánh + mạch tạo xung vuông đối xứng với T=10s Cụ thể ta dùng mạch tạo xung vuông đối xứng sử dụng IC555 Nguyên lý hoạt động chung mạch: Khi nhiệt độ nằm giới hạn độ C ÷ 71,3 độ C U- < U+ điện áp mạch so sánh mức H, qua cổng logic AND điện áp Uo mức (dựa vào bảng chân lý) Khi chân (RST) đưa lên mức cao, IC555 hoạt động chân có xung làm cho LED nhấp nháy Tương tự U- > U+ điện áp mạch so sánh mức L, qua cổng logic AND điện áp Uo mức (dựa vào bảng chân lý) Khi chân (RST) kéo xuống mức thấp (0V), IC555 ngừng làm việc => LED không nhấp nháy Mô mô hình proteus: Hính 20: Mạch nhấp nháy cho LED • Thiết kế mạch so sánh Hình 21: Mạch so sánh Nguyên lý hoạt động mạch so sánh: Khi U- < U+ mạch chuyển từ trạng thái L sang H Ngược lại mạch chuyển từ trạng thái H sang L Khi nhiệt độ giới hạn bình thường: t°C = ÷ tmax/2 (từ ÷ 71.3) Điện áp mạch đo 6.71V nên ta chọn điện áp đặt 6.75V, điện áp tao mạch phân áp đơn giản Ta có U+ = 6.75V, chọn R15 = 100kΩ => I== 0.0525 mA Vậy =128 kΩ Yêu cầu nhiệt độ giới hạn cho phép (< 800C ) đèn LED nhấp nháy với chu kỳ tắt sáng 4,5 giây Tương ứng với điện áp cảm biến LM35 sau chuẩn hóa < +6.75V Tín hiệu điện áp IC cảm biến nhiệt độ sau chuẩn hóa đưa vào cửa đảo opamp LM358 Dùng mạch phân áp (với thông số mạch mô tả hình vẽ mô phỏng) đưa vào cửa không đảo opamp LM358 điện +6.75 V làm điện áp so sánh Khi điện áp cảm biến nhỏ điện áp so sánh (< 6.75 V) Ở đầu LM358 LOGIC (hight) Khi điện áp cảm biến lớn điện áp so sánh (> 6.75 V) Ở đầu LM358 LOGIC (low) • Mạch logic (Cổng logic): Mạch sử dụng AND, đầu Bảng chân lý phép nhân logic A B Z=A.B 0 0 1 0 1 Hình 22 Ký hiệu bảng chân lý phép nhân logic • Thiết kế mạch tạo xung sử dụng IC 555 với chu kì nạp xả (led nhấp nháy) T = tsáng + ttối = giây Khi chân số ( R) mức logic (hight) IC 555 hoạt động, tạo xung vuông với chu kỳ = T = giây Tính toán: T = tsáng + ttối = 0.69 * ( R19 + R20)* C2 = giây Chọn R19 = R20 = 45K • C2 = 145 (uF) Hình 23: Mạch đèn nháy nhiệt độ phạm vi cho phép • Tính toán thiết kế mạch cảnh báo còi Khi nhiệt độ vượt tmax/2 =71.3oC đưa tín hiệu cảnh báo tới loa Với yêu cầu ta sử dụng mạch so sánh, cổng logic + van bán dẫn đơn giản sử dụng transistor Nguyên lý hoạt động chung mạch: Khi nhiệt độ vướt t max/2 = 71.3oC U- > U+ điện áp mạch so sánh mức L, qua cổng logic AND điện áp Uo mức (dựa vào bảng chân lý) Chân B transistor kéo xuống mức 0, đồng thời transistor phân cực thuận, xuất dòng điện IEC qua loa làm loa kêu Ngược lại transistor bị phân cực ngược dòng qua loa Hình 24: Mạch cảnh báo nhiệt độ vượt phạm vi cho phép • Tính toán giá trị linh kiện mạch: • Ở để đơn giản ta sử dụng loa thạch anh với điện áp danh định 5V Van bán dẫn PNP sử dụng 2N3906, A1015 • Điện trở tương ứng chân ta chọn sau: R12 = 1kΩ, R13 = 220Ω • Để ứng dụng thực tế, sử dụng van bán dẫn kết hợp với rơle để cảnh báo chuông điện xoay chiều 220V thiết bị bạn muốn điều khiển • Xây dựng hiển thị số BCD • Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân • ADC0804 chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit • Nguyên lý hoạt động chung mạch: Để ADC0804 làm việc chân CS phải đặt mức thấp Chân RD nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp, đồng thời chân RW phải có xung cao xuống thấp để IC bắt đầu trình chuyển đổi Cụ thể mạch sử dụng IC555 để tạo xung vuông LED D1 tắt báo cho người dùng biết trình chuyển đổi hoàn tất RD mức thấp, tín hiệu số đưa PORT D (DB0-BD7) Quá trình lặp lặp lại điện áp chân VIN chuyển đổi sang mã nhị phân • Sơ đồ mô Proteus Hình 3.9.Bộ chuyển đổi điện áp sang mã nhị phân bit • Xây dựng hiển thị số BCD • Số nhị phân bit có giá trị lớn 255 Vì ta sử dụng LED đoạn để hiển thị kết tương ứng với số hàng đơn vị, hàng chục hàng trăm • Từ nhận xét chúng em chia thành khối mạch sau: khối hiển thị LED đoạn hàng đơn vị, khối mạch hiển thị hàng chục khối hiển thị hàng trăm • Cách chuyển đổi số nhị phân tự nhiên bit thành số BCD: • Đầu tiên ta chuyển số bit thành số BCD: hai số BCD có giá trị từ 010 đến 910 cộng lại cho kết từ 010 đến 1810 , để đọc kết dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết có từ mạch cộng nhị phân • Dưới kết tương đương loại mã: thập phân, nhị phân BCD • Nhận thấy: • Khi kết = 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm cho mã nhị phân • Để giải vấn đề hiệu chỉnh trước tiên ta thực mạch phát kết trung gian mạch cộng số nhị phân bit Mạch nhận kết trung gian phép cộng số nhị phân bit cho ngõ Y=1 kết qủa >= 10, ngược lại, Y=0 • Bảng thật: • Mạch cộng số BCD thực theo sơ đồ: Hình 3.10 Mạch cộng số nhị phân bit • Vận hành: • IC thứ cho kết trung gian phép cộng hai số nhị phân • IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết số BCD • Khi kết =10,IC nhận ỡ ngõ vào A số 0110 (do Y=1) kết hiệu chỉnh nói • Như vậy, ta chuyển đổi số nhị phân bit thành số BCD • Tiếp theo ta đổi số bit, bit, bit bit thành số BCD • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 16 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 32 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 64 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục Lúc xuất bit tràn hàng chục nên ta đưa vào khối hiển thị hàng trăm • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 128 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục (nếu có bit tràn cộng vào khối hiển thị hàng trăm) cộng vào khối hiển thị hàng trăm • Tiếp theo phần hiển thị kết quả: ta sử dụng IC 7447 để giải mã LED đoạn • Sơ đồ mô Proteus Hình 3.11.Bộ chuyển đổi bit sang BCD Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN • Kết luận • Thông qua việc hoàn thành đề tài “thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ” em rút số nhận xét sau: • Vừa hội vừa thách thức để em áp dụng kiến thức học lớp để ứng dụng thiết kế mạch điện tử • Hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức chuyên biệt số linh kiện điện tử • Biết cách thiết kế tính toán mạch điện tử thực công việc • Cảm thấy yêu thích ngành chọn hơn, thấy lựa chọn đắn thân Hạn chế: Với đề tài giao em cố gắng hoàn thành thời gian quy định Trong trình thiết kế, kiến thức hạn hẹp trình độ hiểu biết chuyên môn tương đối hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót, khuyết điểm Em mong nhận góp bảo nhiệt tình từ phía thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn, áp dụng vào thực tiễn • Hướng phát triển • Do cấu thị từ điện làm việc dựa nguyên lý từ trường nên có quán tính lớn Kết phụ thuộc nhiều vào người đọc nên có tính chủ quan Dẫn đến kết chưa xác • Em xin đề xuất hướng phát triển cho đề tài thay cấu thị từ điện cấu thị sử dụng mạch chuyển đổi ADC để hiển thị kết dạng số thông qua led Kết xác khách quan hơn, dễ dàng giúp cho người kiểm tra, người sử dụng dễ dàng theo dõi xử lý có cố xảy [...]... nhiệt độ trong giới hạn bình thường là: τ = (1+0.5*a) = 4,5 giây • Khi nhiệt độ quá 71,30C còi báo sẽ hoạt động • Tính toán lựa chọn cảm biến Căn cứ vào yêu cầu của đề tài và khả năng áp dụng thực tế Em lựa chọn sử dụng IC cảm biến nhiệt độ LM35 Khi nhiệt độ thay đổi 10C thì đầu ra cảm biến sẽ thay đổi 10mV • Tính toán thiết kế mạch đo Nguyên lý cơ bản hoạt động của mạch đo: Vì điện áp đầu ra của IC cảm. .. đổi 8 bit sang BCD Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN • Kết luận • Thông qua vi c hoàn thành đề tài “thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ em rút ra được một số nhận xét sau: • Vừa là cơ hội vừa là thách thức để em có thể áp dụng những kiến thức được học trên lớp để ứng dụng thiết kế một mạch điện tử • Hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng chuyên biệt... IC7 483 • IC 7447 IC dùng để giải mã tín hiệu rồi đưa tín hiệu đã được giải mã hiển thị qua LED 7 thanh Hình 8 : IC 7447 • LED 7 thanh Hình 9: LED 7 thanh Tại khối hiển thị ta dùng IC giải mã 4 ngõ vào thành 7 ngõ ra để hiển thị lên LED giá trị nhiệt độ tại mọi thời điểm hệ thống hoạt động Mạch thực hiện chức năng đo và hiển thị nhiệt độ, báo động nhiệt độ tại những khoảng được lập trình trước cho IC. .. lý hoạt động Mạch sẽ hiển thị giá trị nhiệt độ đo được tại mọi thời điểm hệ thống hoạt động, giá trị hiện thị sẽ được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 qua các Input, với tính năng giải mã của vi mạch này, sẽ cho ra dữ liệu song song trên các Bus đến các LED song song Chương trình sẽ chọn LED nào và hiển thị nhiệt độ lên LED Khi có 1 sự biến đổi điện áp từ cảm biến, tức sự thay đổi nhiệt độ môi... trong mạch điện xoay chiều • Còi báo Hình 13: Còi báo động Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm thanh báo động khi xảy ra sự cố nhiệt độ tăng quá giới hạn cho phép Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO Yêu cầu tính toán và thiết kế với n = 57, a = 7 • Dải đo: từ 00C đến tmax = (50 + n)0C = 1070C • Giới hạn nhiệt độ bình thường: từ 00C đến t = 2*tmax/3 =71.30C • Thời gian sáng và tắt của đèn báo khi nhiệt. .. dây • Các đặc tính chung: Từ biểu thức suy ra cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc tính cơ bản sau: • chỉ đo được dòng điện 1 chiều • đặc tính thang đo đều độ nhạy là 1 hằng số • Tính toán thiết kế cơ cấu chỉ thị nhiệt độ • Giới hạn đo: 00C đến 1500C • Độ chia nhỏ nhất: 0.10C • Sai số: ± 0.10C Hình 15: Cơ cấu chỉ thị nhiệt độ (ví dụ) • Tính toán thiết kế mạch nguồn cung cấp Vì hầu hết các nguồn sử dụng. .. Tính toán thiết kế mạch nháy cho LED với thời gian sáng và thời gian tắt bằng nhau Ta có τ = (1 + 0.5*a) giây với a = 8 • τ = 4,5 giây Với yêu cầu đặt ra như vậy thì giải pháp là dùng một mạch so sánh + mạch tạo xung vuông đối xứng với T=10s Cụ thể ta sẽ dùng mạch tạo xung vuông đối xứng sử dụng IC5 55 Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Khi nhiệt độ nằm trong giới hạn 0 độ C ÷ 71,3 độ C thì U- < U+... ra của cảm biến nhỏ hơn điện áp so sánh (< 6.75 V) Ở đầu ra của LM358 là LOGIC 1 (hight) Khi điện áp ra của cảm biến lớn hơn điện áp so sánh (> 6.75 V) Ở đầu ra của LM358 là LOGIC 0 (low) • Mạch logic (Cổng logic): Mạch sử dụng một con AND, đầu ra chỉ là 0 hoặc 1 Bảng chân lý của phép nhân logic A B Z=A.B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Hình 22 Ký hiệu và bảng chân lý của phép nhân logic • Thiết kế mạch tạo... loa và làm loa kêu Ngược lại thì transistor bị phân cực ngược và không có dòng đi qua loa Hình 24: Mạch cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá phạm vi cho phép • Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch: • Ở đây để đơn giản ta sử dụng loa thạch anh với điện áp danh định là 5V Van bán dẫn PNP có thể sử dụng 2N3906, A1015 • Điện trở tương ứng trên các chân ta chọn như sau: R12 = 1kΩ, R13 = 220Ω • Để ứng dụng. .. điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công thức sau: Dout= Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân) Vin là điện áp đầu vào tương tự và độ phân dãy là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là (2x/2REFV) chia cho 256 đối với ADC 8 bit • Chân GND (chân số 10): Đây là những chân đầu vào cấp đất chung cho cả tín hiệu số và tương tự Đất tương tự được nối tới đất của chân Vin tương tự, còn đất số được nối tới ... đưa đến ngõ vào IC giải mã 74LS47 qua Input, với tính giải mã vi mạch này, cho liệu song song Bus đến LED song song Chương trình chọn LED hiển thị nhiệt độ lên LED Khi có biến đổi điện áp từ cảm... : Gồm hai kim loại a, b hàn với đầu t1 hai đầu t0 đầu tự Nguyên lý làm việc: dựa hiệu ứng Thomson hiệu ứng seebek: Khi nhiệt độ đầu t1 khác nhiệt độ đầu t0 chúng tạo nên suất điện động: Eab(t1,t0)=Eab(t1)-Eab(t0)