0

Nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.

23 656 1
  • Nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 11/04/2016, 10:45

1Khái niệm về nhiệt độNhiệt 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.Ởtrạng 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. Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của môi trường, không có điện trong đại lượng cần đo.Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ. Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp.Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt trực tiếp trong môi trường cần đo.Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường cần đo(áp dụng với trường hợp đo ở nhiệt độ cao).Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải ở quá cao.Vì vậy ta sẽ dùng cảm biến đo nhiệt độ để đo trực tiếp. Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK MỤC LỤC Lời Mở Đầu Cảm biến định nghĩa thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi đại lượng vật lý không mang tính chất điện thành đại lượng đo Nhiệt độ tín hiệu vật lý Việc đo cảnh báo nhiệt độ yêu cầu thiết thực quan trọng 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 đóng góp thầy cô để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Trang-1 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO Bộ Môn ĐLĐK 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.Ởtrạng 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 Đo nhiệt độ phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên môi trường, điện đại lượng cần đo 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) Ta khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo cao.Vì ta dùng cảm biến đo nhiệt độ để đo trực tiếp Trang-2 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Hình thành sơ đồ khối 2.1 Sơ đồ khối ADC0804 t Cảm biến U đặt Mạch khuếch đại Khối hiển thị BCD Chuyển đổi U-I Mạch so sánh Cơ cấu thị Cảnh báo Hình Sơ đồ khối hệ thống 2.2 Yêu cầu cho khối : - Cảm biến: biến đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu mang tính điện - Mạch khuếch đại: có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận từ cảm biến cho phù hợp với yêu cầu kết đo thị - Khối hiển thị BCD: chuyển đổi đầu vào bit bit sang bảng mã BCD để hiển thị nhiệt độ tương ứng - Bộ ADC:chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.Sau đưa lên phận giải mã để hiển thị - Mạch 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 - Cảnh báo: thực chức báo động nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép 2.3 Tổng quan 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 thông số cần đo thành đại lượng điện U = – 10V I = – 20mA Trang-3 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Sau qua bọ lọc khuếch đại tín hiệu Tín hiệu sau hiệu chỉnh chuyển qua 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 Chương 2:GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 1.IC cảm biến nhiệt độ LM35 1.1Giới 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 1.2Cấu tạo đặc điểm 1.2.1 Cấu tạo Gồm chân có chân cấp nguồn chân xuất điện áp tùy theo nhiệt độ mà cảm biến nhận o Chân 1: Chân nguồn Vcc o Chân 2: Đầu Vout o Chân 3: GND 1.2.2 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 -550C 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 Trang-4 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK • Nhiệt độ 150 C điện áp đầu 1500mV 2.Bộ chuyển đổi tương tự số bit ADC0804 2.1 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 2.2 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 Trang-5 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 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= Trang-6 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 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 - Chân VCC (chân số 20): Đây chân nguồn nối +5V, dùng điện áp tham chiếu đầu vào REFV/2 (chân số 9) để hở - Chân REFV/2 (chân số 9): Là điện áp đầu vào dùng cho điện áp tham chiếu Nếu chân hở (không nối) điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm dãy 0-5V→(giống chân VCC) Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin cần phải khác dãy 0→5V Chân /2REFV dùng để thực thi điện áp đầu vào khác dãy 0→5V Ví dụ: Nếu dãy đầu vào tương tự cần phải →4V REFV/2 nối với +2V - Các chân liệu D0 – D7 (Từ chân 11 đến chân 18): Các chân liệu D0 – D7 (D7 bit cao MSB D0 bit thấp LSB) chân đầu liệu số Đây chân đệm ba trạng thái liệu chuyển đổi truy cập chân CS = chân RD bị đưa xuống thấp Để tính điện áp đầu ta sử dụng công thức sau: Dout= Với Dout đầu liệu số (dạng thập phân) Vin điện áp đầu vào tương tự độ phân dãy thay đổi nhỏ tính (2x/2REFV) chia cho 256 ADC bit - Chân GND (chân số 10): Đây chân đầu vào cấp đất chung cho tín hiệu số tương tự Đất tương tự nối tới đất chân Vin tương tự, đất số nối tới đất chân VCC Lý mà ta phải có hai đất để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ điện áp ký sinh tạo việc chuyển mạch số xác Trong phần trình bày chân nối chung với đất Tuy nhiên, thực tế thu đo liệu chân đất nối tách biệt 3.Opam 741 Trang-7 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Hình 5: Opam 741 OPAM 741 công cụ có nhiều chức Khuếch đại hiệu hai điện nhập: Khuếch Đại Điện Âm or Dương: So sánh hai điện nhập: Khi V+ > V- Khi V+ < V- Khi V+ = V- 4.IC 555 Hình 6: IC 555 IC 555 loại linh kiện phổ biến với việc dễ dàng tạo xung vuông thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế độ rộng xung • Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung 555: Trang-8 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Hình 2.5 sơ đồ đấu nối IC 555 Nhìn vào sơ đồ mạch ta có công thức tính tần số , độ rộng xung + Tần số tín hiệu đầu : f = 1/[ln2.C1.(R1 + 2R2)] + Chu kì tín hiệu đầu : T = 1/f = ln2.C1.(R1+2R2) + Thời gian xung mức H (1) chu kì : t1 = ln2 (R1 + R2).C1 + Thời gian xung mức L (0) chu kì : t2 = ln2.R2.C1 5.IC 7483 Là IC dùng để biến đổi số đầu vào tạo số đầu khác , với mạch mã hoá cấu tạo cổng logic hình ta có nhận xét trường hợp nhiều phím nhấn lúc biết mã số Do để đảm bảo hay nhiều phím nhấn, mã số tương ứng với ngõ vào có số cao nhấn, người ta sử dụng mạch mã hoá ưu tiên Hình : IC7483 Trang-9 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 6.IC 7447 IC dùng để giải mã tín hiệu đưa tín hiệu giải mã hiển thị qua LED Hình : IC 7447 7.LED Hình 9: LED Tại khối hiển thị ta dùng IC giải mã ngõ vào thành ngõ để hiển thị lên LED giá trị nhiệt độ thời điểm hệ thống hoạt động Mạch thực chức đo hiển thị nhiệt độ, báo động nhiệt độ khoảng lập trình trước cho IC điều khiển 7.1 Nguyên lý hoạt động Mạch hiển thị giá trị nhiệt độ đo thời điểm hệ thống hoạt động, giá trị thị 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 biến, tức thay đổi nhiệt độ môi trường cần đo mã 74LS47 thay đổi phù hợp, tần số quét LED thiết kế hợp lý để tránh mắt thường quan sát 7.2 Tính toán thiết kế Trang-10 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Để LED sang cách bình thường đoạn LED cần cung cấp giá trị dòng điện khoảng 10mA Điện áp rơi LED vào khoảng 2mV Nguồn cung cấp điện áp cho mạch Vcc= 5V Với IC 74LS47 ta có thông số ngõ sau: Vo1= 0.4 V Io1= 40mA Trường hợp ta thiết kế cho LED sang với dòng điện 10mA Như vậy: Rhd =(Vcc - V LED – Vo1 )/ ILED=(5V- 2V- 0.4V)/ 10mA= 260 (Ω) Trong thực tế thiết kế ta chỉnh giá trị R hd cho LED sang rõ lúc ta đo giá trị điện trở hạn dòng Rhd =330 (Ω) Tại ngõ IC 74LS47, ta mắc thêm điện trở hạn dòng cho IC trường hợp LED sang điện áp LED khoảng 2V, V CE SAT =0.2 V, nên phải có điện trở hạn dòng cho IC để không sảy cháy IC mã hóa 8.LED báo Là thiết bị dùng để báo sáng nhấp nháy mạch đo thấy nhiệt độ phạm vi cho phép Hình 10: LED 9.Transistor Hình 11 : transistor Transitor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận,nếu ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược Trang-11 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 10.Điện trở, tụ điện Bộ Môn ĐLĐK Hình 12: Điện trở tụ điện - Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác - Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện môi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu - Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lượng điện trường tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều 11.Còi báo Hình 13: Còi báo động Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm báo động xảy cố nhiệt độ tăng giới hạn cho phép Trang-12 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO Với n = 59, a = thì: - Dải đo: từ 00C đến tmax = (50+n)0C = 1090C - Giới hạn nhiệt độ bình thường: từ 00C đến t = 2= 730C - Thời gian sáng tắt đèn báo nhiệt độ giới hạn bình thường là: τ = (1+0.5a) = 5.5 giây - Khi nhiệt độ 730C còi báo hoạt động 1.Tính toán lựa chọn cảm biến • Độ xác cao, với sai số +-1/40 C • Đầu tuyến tính LM35 : 10mV/ºC • Hoạt động tốt dải nhiệt độ từ -550C đến +1300C 2.Tính toán thiết kế mạch đo Nguyên lý hoạt động mạch đo: Vì điện áp đầu IC cảm biến nhiệt độ LM 35 nhỏ nên đưa tới mạch khuếch đại chuẩn hóa với mức điện áp (U) ÷ 10V dòng điện (I) 0mA ÷ 20mA Sau đưa tới cấu thị 2.1 Khối thị 2.1.1 Cấu tạo chung Gồm hai phần bản: phần tĩnh phần động - Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ cực từ lõi sắt hình thànhmạch từ kín Giữa cực từ l.i sắt có có khe hở không khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động - Phần động: gồm: khung dây quay quấn bắng dây đồng Khung dâyđược gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản 7mắc ngược nhau, kim thị thang đo Hình 14: Cơ cấu thị từ điện 2.1.2 Nguyên lý làm việc chung Khi có dòng điện chạy qua khung dây (phần động),dưới tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm Trang-13 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mômen quay tính theobiểu thức: Mq ==B.S.I.W với B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số v.ng dây khung dây Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dòng điện I chạy qua khung dây 2.2 Tính toán thiết kế cấu thị nhiệt độ - Giới hạn đo: 00C đến 1500C - Độ chia nhỏ nhất: 0.10C - Sai số: ± 0.10C 3.Tính toán thiết kế mạch nguồn cung cấp Trong mạch sử dụng nguồn điện chiều với cấp điện áp +1.275V , +5V, -12V, +12V, 10V Tùy theo yêu cầu mạch thực tế nguồn điện chiều thường chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều Nguồn cấp mô hình vẽ: Hình 16: Sơ đồ mạch tạo nguồn cấp Đối với nguồn +1.275 +10 ta sử dụng mạch phân áp mô tả sơ đồ Trang-14 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Hình 17: Phân áp tạo điện áp +1.275V 10V 4.Tính toán thiết kế mạch khuếch đại chuẩn hóa Chuẩn hóa đầu với mức điện áp U = ÷ 10V I = ÷ 20mA 4.1 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 1090C (1.09 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 – 1090C Tính toán: UI = 1.09 (Vol) U0 = 10 (Vol) Hệ số khuếch đại mạch: Ku = + = = 9.17 Trang-15 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội  = 8.17  Chọn R1 = R2 = 1K => RF = 8.17K 4.2 Thiết kế tính toán mạch chuẩn hóa dòng điện Bộ Môn ĐLĐK Đầu khối chuẩn hóa – 1,09V ta sử dụng biến đổi U-I với sơ đồ không đảo để chuẩn hóa dòng – 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: KUI = = = = ;  R6 = 500 Ω Trang-16 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 5.Tính toán thiết kế mạch so sánh cảnh báo còi Bộ Môn ĐLĐK Hình 20: Mạch so sánh cảnh báo nhiệt độ vượt phạm vi cho phép Nguyên lý hoạt động mạch so sánh cảnh báo: Tín hiệu điện áp IC cảm biến nhiệt độ đưa vào cửa không đảo OPAMP Yêu cầu đề tài : đưa cảnh báo nhiệt độ vượt giá trị : o C==73 Để tạo cảnh báo nhiệt độ vượt giới hạn ta cần phải đưa tín hiệu đo vào so sánh để so sánh với tín hiệu đặt hình vẽ - Khi nhiệt độ 730C đầu cảm biến U = 0,73V Do ta cần tạo nguồn áp chuẩn 0,73V để so sánh với giá trị trả từ mạch đo - Nguyên lí so sánh LM358 : - Nếu Up>Un IC trả mức logic cao đầu - Nếu UpUn ngõ mức cao(HIGHT) transistor kích dẫn, dẫn nguồn cho còi kêu Tính toán thiết kế mạch nhấp nháy cho LED: Để led có thời gian sáng thời gian tắt 5,5s nhiệt độ giới hạn bình thường – 730C em sử dụng IC555 để tạo xung nhấp nháy cho led T = tsáng + ttối = 11 giây Khi chân số ( R) mức logic (hight) IC 555 hoạt động, tạo xung vuông với chu kỳ = T = 11 giây Tính toán: T = tsáng + ttối = ln2(R1 + 2R2)C2 = 11 giây Chọn R1 = R2 = 10K C2 = 528.9 (uF) Hình 21: Mạch đèn nháy nhiệt độ từ - 73 Trang-18 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 7.Xây dựng hiển thị số BCD 7.1 Nguyên lý hoạt động hiển thị số BCD Tín hiệu điện áp từ IC cảm biến LM35 analog đưa trực tiếp vào IC ADC0804 chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Sau tín hiệu chuyển sang hệ thống chuyển đổi giải mã để hiển thị hình LED 7.2 Xây dựng khối 7.2.1 Khối tạo xung vuông kích cho ADC0804 hoạt động Xung vuông tạo từ IC 555 lấy từ chân số IC 555 sau cấp vào chân số ADC0804 Hình 23: Mạch tạo xung vuông IC 555 Trang-19 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 7.2.2 Hoạt động giải mã ADC0804 Hình 24: Khối chuyển tín hiệu cảm biến sang mã nhị phân bit Cấp tín hiệu từ cảm biến vào chân VIN+ ADC0804 Cấp xung cho chân số tạo từ IC 555 Chân VREF/2 cấp vào nguồn +1.275V Các chân lại dây mô ADC0804 giải mã tín hiệu analog đầu vào thành bít đầu 7.2.3 Khối giải mã bít đầu ADC0804 Khối giải mã bít tiến hành giải mã tín hiệu đưa vào chân IC 7447 để tiếp tục chuyển đôi, giải mã trước cấp vào cho khối hiển thị LED Trang-20 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Hình 25: Khối giải mã bit đầu ADC0804 Trang-21 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 7.2.4 Khối hiển thị (LED thanh) Sau giải mã IC 7447, tín hiệu đưa vào chân led để hiển thị thông số nhiệt độ đo từ cảm biến Hình 26: Khối hiển thị LED Trang-22 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Bộ Môn ĐLĐK Kết luận - Với việc kết hợp dùng cảm biến đo nhiệt độ với vi mạch tương tự vi mạch số ta dùng mạch kết hợp vào mạch mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa không khí, hay lò ấp trứng, nhà bảo quản lạnh … Hạn chế: 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 ý hướng dẫn từ phía thầy cô để đề tài hoàn thiện 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 - Bộ giải mã cồng kềnh, để tiết kiệm diện tích chi phí sản xuất thực tế em xin đề xuất dùng vi xử lý 8051 để giải mã hiệu Trang-23 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 [...]... bởi IC 7447, tín hiệu được đưa vào các chân của led 7 thanh để hiển thị thông số nhiệt độ đo được từ cảm biến Hình 26: Khối hiển thị LED 7 thanh Trang-22 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Bộ Môn ĐLĐK 1 Kết luận - Với vi c kết hợp dùng cảm biến đo nhiệt độ cùng với các vi mạch tương tự và vi mạch số ta có thể dùng các mạch kết hợp này vào các mạch. .. Nội 5.Tính toán thiết kế mạch so sánh và cảnh báo bằng còi Bộ Môn ĐLĐK Hình 20: Mạch so sánh và cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá phạm vi cho phép Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh và cảnh báo: Tín hiệu điện áp của IC cảm biến nhiệt độ được đưa vào cửa không đảo của OPAMP Yêu cầu của đề tài : đưa ra cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá giá trị : o C==73 Để tạo được bộ cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá giới hạn... sáng và tắt của đèn báo khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường là: τ = (1+0.5a) = 5.5 giây - Khi nhiệt độ quá 730C còi báo sẽ hoạt động 1.Tính toán lựa chọn cảm biến • Độ chính xác cao, với sai số +-1/40 C • Đầu ra tuyến tính LM35 : 10mV/ºC • Hoạt động tốt trong dải nhiệt độ từ -550C đến +1300C 2.Tính toán thiết kế mạch đo Nguyên lý cơ bản hoạt động của mạch đo: Vì điện áp đầu ra của IC cảm biến nhiệt. .. Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK -Ban đầu nhiệt độ dưới mức cảnh báo thì điện trở của cảm biến nhỏ và điện áp ở ngõ vào P sẽ nhỏ hơn điện áp ở ngõ vào N nên mức ra của IC sẽ là LOW chưa đủ kích dẫn cho transistor nên mạch còi -Khi nhiệt độ tăng lên thì làm điện áp đầu ra tăng theo Đến khi nhiệt độ vượt quá mức cho phép thi khi đó điện áp tại ngõ vào bộ so sánh sẽ là Up>Un và ngõ ra là mức cao(HIGHT) transistor... +1.275V và 10V 4.Tính toán thiết kế mạch khuếch đại chuẩn hóa Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp 1 U = 0 ÷ 10V 2 I = 4 ÷ 20mA 4.1 Thiết kế tính toán mạch khuếch đại chuẩn hóa điện áp Mạch chuẩn hóa đầu ra của cảm biến LM35 thay đổi từ 0 0C (0 vôn) đến 1090C (1.09 Vôn) Sử dụng IC khuếch đại thuật toán opam uA741 và mạch khuếch đại không đảo để chuẩn hóa tín hiệu điện áp Hình 18: Mô phỏng mạch khuếch... kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều 11.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 Trang-12 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO Với n = 59, a = 9 thì: - Dải đo: từ 00C đến tmax = (50+n)0C = 1090C - Giới hạn nhiệt độ bình thường: từ 00C... kết hợp này vào các mạch như mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa không khí, hay trong các lò ấp trứng, nhà bảo quản lạnh … Hạn chế: Trong quá trình thiết kế, do kiến thức còn hạn hẹp và trình độ hiểu biết chuyên môn còn tương đối hạn chế nên sẽ khó tránh khỏi những sai sót, khuyết điểm Em rất mong nhận được sự góp ý và hướng dẫn từ phía các thầy cô để đề tài được hoàn... LED sang rõ nhất và lúc này ta đo được giá trị điện trở hạn dòng là Rhd =330 (Ω) Tại ngõ ra của IC 74LS47, ta mắc thêm điện trở hạn dòng cho IC này trong trường hợp LED sang thì điện áp trên LED khoảng 2V, V CE SAT =0.2 V, vậy nên phải có điện trở hạn dòng cho IC này để không sảy ra cháy IC mã hóa 8.LED báo Là thiết bị dùng để báo sáng nhấp nháy khi mạch đo thấy nhiệt độ trong phạm vi cho phép Hình... phải đưa tín hiệu đo được vào bộ so sánh để so sánh với tín hiệu đã được đặt như hình vẽ - Khi nhiệt độ là 730C thì đầu ra của cảm biến là U = 0,73V Do đó ta cần tạo 1 nguồn áp chuẩn 0,73V để so sánh với giá trị trả về từ mạch đo - Nguyên lí so sánh của LM358 là : - Nếu Up>Un thì IC trả về mức logic cao tại đầu ra - Nếu Up ... Trang-20 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Hình 25: Khối giải mã bit đầu ADC0804 Trang-21 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK 7.2.4 Khối... Trang-7 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Bộ Môn ĐLĐK Hình 5: Opam 741 OPAM 741 công cụ có nhiều chức Khuếch đại hiệu hai điện nhập: Khuếch Đại Điện Âm or Dương: So sánh hai... tính đại lượng cần đo mà chọn loại cảm biến phù hợp để thực việc biến đổi thông số cần đo thành đại lượng điện U = – 10V I = – 20mA Trang-3 Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ., Nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ., Nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ., Chương 2:GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CHÍNH, Bộ chuyển đổi tương tự số 8 bit ADC0804, Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO., Xây dựng bộ hiển thị số BCD.

Từ khóa liên quan