BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ: cảm biến nhiệt độ

MỤC LỤC Giới thiệu 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO 3 1. Tổng quan 3 2. Biến nhiệt thành điện 4 3. Hình thành sơ đồ khối 7 Chương 2: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 9 1. IC cảm biến nhiệt độ LM35 9 2. Bộ chuyển đổi tương tự số 8 bit ADC0804 9 3. Opam 741 12 4. IC 555 13 5. IC 7483. 13 6. IC 7447 14 7. LED 7 thanh. 14 8. LED báo. 15 9. Transistor 16 10. Điện trở, tụ điện… 17 11. Còi báo. 17 Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO. 18 1. Tính toán lựa chọn cảm biến. 18 2. Tính toán thiết kế mạch đo. 18 3. Tính toán thiết kế mạch nguồn cung cấp. 19 4. Tính toán thiết kế mạch khuếch đại chuẩn hóa. 20 5. Tính toán thiết kế mạch nhấp nháy cho LED. 22 6. Xây dựng bộ hiển thị số BCD. 24 Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 28 1. Kết luận. 28 2. Hướng phát triển. 29  

GV:Bùi Thị Khánh Hòa MỤC LỤC GV:Bùi Thị Khánh Hòa Giới Thiệu 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 Ngô Văn Tu GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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.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 1.1Các 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,từng 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 2.1Nhiệt 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 • 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 : GV:Bùi Thị Khánh Hòa Eab(t1,to)= E’ab(t1,to)+Ucd 2.2Nhiệt 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 2.3Lựa 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 mình.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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình thành sơ đồ khối 3.1Sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối hệ thống - - 3.2Yêu 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa - 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 3.3Tổng quan mạch đo 3.1.1 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=4÷20mA 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 3.1.2 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa Chương 2:GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 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 ± 0.50C + 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 a 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 b 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 CS = 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 số nhị phấn bit Lượng thời gian GV:Bùi Thị Khánh Hòa Transistor Hình 11 : transistor Transitor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược Nguyên lý hoạt động: Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho chân cực điện áp chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P N-P-N có nguyên lý làm việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào chân cực ngược dấu + Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược Tranzito có điện trở lớn có dòng điện nhỏ chạy qua nêntranzito coi không dẫn điện + Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc PN phân cực thuận Tranzito có điện trở nhỏ dòng điện qua lớn Ở chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc phần tử tuyến tính mạch điện Ở chế độ tranzito khóa điện tử sử dụng mạch xung, mạch số + Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận,và tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất có khả tạo dao động khuếch đại tín hiệu GV:Bùi Thị Khánh Hòa 10.Điện trở, tụ điện 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO Yêu cầu tính toán thiết kế với n = 73, a = a) Dải đo: từ 00C đến tmax = (50+73)0C = 1230C b) Giới hạn nhiệt độ bình thường: từ 00C đến t = 2*tmax/3 = 820C c) Thời gian sáng tắt đèn báo nhiệt độ giới hạn bình thường là: τ = (1+0.5*3) = 2.5 giây d) Khi nhiệt độ 820C còi báo hoạt động Tính toán lựa chọn cảm biến Căn vào yêu cầu đề tài khả áp dụng thực tế Em lựa chọn sử dụng IC cảm biến nhiệt độ LM35 Khi nhiệt độ thay đổi 10C đầu cảm biến thay đổi 10mV 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) 4mA ÷ 20mA Sau đưa tới cấu thị 2.1Cơ cấu thị Vì dòng điện dòng chiều điện áp chiều với giá trị bé nên ta dùng cấu thị từ điện để hiển thị giá trị nhiệt độ thời điểm xác định 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 thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi 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 dây gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo Hình 14: Cơ cấu thị từ điện GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 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 vòng 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 - 2.1.3 Các đặc tính chung: Từ biểu thức suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: đo dòng điện chiều đặc tính thang đo có độ nhạy số 2.2Tính toán thiết kế cấu thị nhiệt độ Giới hạn đo: 00C đến 1500C Độ chia nhỏ nhất: 0.10C Sai số: ± 0.10C Hình 15: Cơ cấu thị nhiệt độ (ví dụ) 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 Hình 17: Phân áp tạo điện áp +1.275V 10V 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 1230C (1.23 Vôn) Sử dụng IC khuếch đại thuật toán opam uA741 mạch khuếch đại không đảo để chuẩn hóa tín hiệu điện áp GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình 18: Mô mạch khuếch đại chuẩn hóa đầu 10 V – 1230C Tính toán: UI = 1.23 (Vol) U0 = 10 (Vol) Hệ số khuếch đại mạch: Ku = + = = 8.13  = 7.13  Chọn R10 = 1KΩ => RF = 7.13KΩ 4.2 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 1230C (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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 = 2.5 giây 5.1Thiết kế mạch so sánh sử dụng LM358 Hình 20: Mạch so sánh Nguyên lý hoạt động mạch so sánh: Yêu cầu nhiệt độ giới hạn cho phép (< 820C) đèn LED nhấp nháy với chu kỳ tắt sáng 2.5 giây Tương ứng với điện áp cảm biến LM35 < +0.82V Tín hiệu điện áp IC cảm biến nhiệt độ 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 +0 V làm điện áp so sánh Khi điện áp cảm biến nhỏ điện áp so sánh (< 0.82 V) Ở đầu LM358 LOGIC (hight) Khi điện áp cảm biến lớn điện áp so sánh (< = 0.82 V) Ở đầu LM358 LOGIC (low) 5.2Thiết kế mạch tạo xung sử dụng IC 555 với chu kì nạp xả: 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 + 2*R20)* C2 = giây Chọn R19 = R20 = 30K  C2 = 80 (uF) GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình 21: Mạch đèn nháy nhiệt độ phạm vi cho phép Tính toán thiết kế mạch cảnh báo còi hú (loa) Hình 22: Mạch cảnh báo nhiệt độ vượt phạm vi cho phép Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ phạm vi cho phép, đầu logic AND mức cao logic Dẫn đến tranzitor phân cực ngược, chuông báo động không cấp nguồn, nên không hoạt động Khi nhiệt độ vượt giới hạn cho phép, đầu logic AND mức thấp logic Dẫn đến tranzitor Q1 phân cực thuận, Q1 mở thông mạch Chuông cấp nguồn hoạt động Xây dựng hiển thị số BCD 7.1Nguyên lý hoạt động hiển thị số BCD GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình 25: Khối giải mã bit đầu ADC0804 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình 26: K hối hiển thị LED Hình 27:Khối giải mã LED GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình 28: mạch đo nhiệt độ cảnh báo 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: GV:Bùi Thị Khánh Hòa 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 [...]... của đèn báo khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường là: τ = (1+0.5*3) = 2.5 giây d) Khi nhiệt độ quá 820C còi báo sẽ hoạt động 1 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 2 Tính toán thiết kế mạch đo Nguyên lý cơ bản hoạt động của mạch đo: Vì điện... Khánh Hòa Hình 21: Mạch đèn nháy khi nhiệt độ trong phạm vi cho phép 6 Tính toán thiết kế mạch cảnh báo bằng còi hú (loa) Hình 22: Mạch cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá phạm vi cho phép Nguyên lý hoạt động: Khi nhiệt độ trong phạm vi cho phép, đầu ra của logic AND ở mức cao logic 1 Dẫn đến tranzitor phân cực ngược, chuông báo động không được cấp nguồn, nên không hoạt động Khi nhiệt độ vượt quá giới hạn... giây 5.1Thiết kế mạch so sánh sử dụng LM358 Hình 20: Mạch so sánh Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh: Yêu cầu khi nhiệt độ trong giới hạn cho phép (< 820C) thì đèn LED nhấp nháy với chu kỳ tắt sáng bằng nhau và bằng 2.5 giây Tương ứng với điện áp ra của cảm biến LM35 < +0.82V Tín hiệu điện áp của IC cảm biến nhiệt độ được đưa vào cửa đảo của opamp LM358 Dùng mạch phân áp ( với thông số mạch được mô tả... của led 7 thanh để hiển thị thông số nhiệt độ đo được từ cảm biến GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình 26: K hối hiển thị LED 7 thanh Hình 27:Khối giải mã và LED 7 thanh GV:Bùi Thị Khánh Hòa Hình 28: mạch đo nhiệt độ và cảnh báo Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1 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... thực hiện GV:Bùi Thị Khánh Hòa chức năng đo và hiển thị nhiệt độ, báo động nhiệt độ tại những khoảng được lập trình trước cho IC điều khiển 7.1 Nguyên 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... nêntranzito coi như không dẫn điện + Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc PN đều phân cực thuận Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn Ở chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm vi c như một phần tử tuyến tính trong mạch điện Ở chế độ này tranzito như một khóa điện tử và nó được sử dụng trong các mạch xung, các mạch số + Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện... 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 đất của chân VCC Lý do mà ta phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ các... chiều thích hợp Có ba chế độ làm vi c của tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P và N-P-N đều có nguyên lý làm vi c giống nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau + Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược Tranzito có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện... dòng điện 1 chiều đặc tính thang đo có độ nhạy là 1 hằng số 2.2Tính 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) 3 Tính toán thiết kế mạch nguồn cung cấp Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với các cấp điện áp +1.275V , +5V, -12V, +12V, 10V Tùy theo yêu cầu của mạch trên thực tế thì nguồn điện 1 chiều... 7.2.1 Khối tạo xung vuông kích cho ADC0804 hoạt động Xung vuông được tạo ra từ IC 555 sẽ được lấy ra từ chân số 3 của IC 555 sau đó cấp vào chân số 3 của ADC0804 Hình 23: Mạch tạo xung vuông IC 555 GV:Bùi Thị Khánh Hòa 7.2.2 Hoạt động giải mã của ADC0804 Hình 24: Khối chuyển tín hiệu cảm biến sang mã nhị phân 8 bit Cấp tín hiệu được từ cảm biến vào chân VIN+ của ADC0804 Cấp xung cho chân số 3 được tạo