MẠCH cảm BIẾN NHIỆT độ dùng LM35

có sơ đồ nguyên lý, mạch in, sơ đồ khối, sơ đồ thuật toán và hướng dẫn chi tiết về MẠCH cảm BIẾN NHIỆT độ dùng LM35 .......................................................................................................................................

MẠCH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

MỤC LỤC

Mục Lục 1

Lời nói đầu 2

Chương 1: Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 3

1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm 3

1.2 Giới thiệu một số sản phẩm đo nhiệt độ trên thị trường 3

1.2.1 Sản phẩm 1: Nhiệt Ẩm Kế Có Dây HTC2 3

1.2.2 Sản phẩm 2: Máy đo nhiệt độ phòng 4

1.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 5

1.3.1 Chức năng của sản phẩm 5

1.3.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm 5

1.3.3 Các yêu cầu phi chức năng 5

Chương 2: Lựa chọn phương án kỹ thuật 6

2.1 Sơ đồ khối của mạch 6

2.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch 6

2.3 Nguyên lí và chức năng của từng khối 6

2.4Thiết kế mạch 15

Chương 3: Thi công mạch và chạy mạch thực nghiệm 24

Chương 4: Nhận xét và kết luận 27

Tài liệu tham khảo 28

Ngày nay, với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật nói chung và kỹ

thuật điện tử nói riêng, việc ứng dụng các IC tích hợp đã làm giảm đi rất nhiều sự phức tạp của các mạch điện tử, mang lại tính tin cậy cao và phần nào giảm bớt được giá thành sản phẩm so với mạch có cấu tạo ghép nối nhiều IC đơn chức năng và cách linh

kiện rời rạc Thông qua việc làm Đồ Án 1 đã giúp cho sinh viên chúng em đưa kiến

thức đã được học vào trong thực tiễn Từ đó, chúng em có cơ hội được tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn kiến thức đã được học và phát triển thêm kỹ năng thiết kế và lắp ráp các mạch điện tử

Mạch đo nhiệt độ được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta.Ví dụ như đo nhiệt độ phòng làm việc, phòng bảo quản lạnh, lưu trữ hay những khu vực cần nhiệt độ chính xác và mạch đo nhiệt độ giúp chúng ta điều chỉnh nhiệt độ cho thích hợp

Chính vì lý do đó mà em lựa chọn thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng IC ICL7107

Dưới sự hướng dẫn của thầy: Ts Trần Thanh Phương đã giúp em đã hoàn thành đồ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG VÀ XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

CỦA SẢN PHẨM

- Ngày nay nền công nghiệp phát triển mạnh, sản phẩm tạo ra ngày càng phong phú thì nhu cầu lưu trữ hàng hóa trong kho lưu hàng càng nhiều.Việc kiểm soát nhiệt dộ, độ ẩm khi bảo quản, lưu trữ các sản phẩm công - nông nghiệp trong các kho chứa hàng là rất quan trọng.Thông thường với các loại hàng hóa được lưu trữ, nhiệt độ, độ ẩm trong phòng lưu trữ phải luôn duy trì ở 1 mức nhất định

- Cùng với đó, trong các phòng thí nghiệm, trong bệnh viện, trong các nhà kính trồng cây cảnh, trong các khu sản xuất rau sạch… kỹ thuật viên cũng cần giám sát nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng… để điều chỉnh môi trường thích hợp với cây trồng

- Đặc biệt, trong các kho hàng cất giữ hàng hóa, gạo thóc, các điểm bảo quản máy móc, vũ khí, đạn dược v.v… thì vấn đề đo nhiệt độ, độ ẩm và điểm sương của môi trường không khí là rất cần thiết

-Trong các yếu tố môi trường kể trên, nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất đến việc bảo quản sản phẩm và sức khỏe của con người Biết được giá trị của nhiệt

độ chúng ta có thể có biện pháp phòng tránh và có biện pháp xử lý

-Chính vì thế mà em thiết kế “Nhiệt kế điện tử sử dụng ICL7107 và LM35” ICL7107 là một IC rất thông dụng và có rất nhiều ứng dụng trong kỹ số

1.2.1 Sản phẩm 1: Nhiệt Ẩm Kế Trong Nhà, Ngoài Trời Có Dây HTC2

1.3 • Thông số của sản phẩm:

- Đo nhiệt độ, độ ẩm cả trong

nhà lẫn ngoài trời

- Đơn vị nhiệt độ ℃ / ℉ thay

đổi Bộ nhớ của MAX / MIN giá

- Chức năng hiển thị Calendar

- Chức năng Đồng hồ & hiển thị ngày, tự động trao đổi trong

1.8.1 Sản phẩm 2: Máy đo nhiệt độ phòng

- • Thông số sản

phẩm - Đo nhiệt độ, độ ẩm cả trong nhà

lẫn ngoài trời

- Hiển thị đồng thời nhiệt độ, độ ẩm

trong nhà và nhiệt độ ngoài trời

- Hiển thị trực đồng thời cả thời gian

và lịch ngày tháng năm

- Màn hình LCD to rõ ràng dễ quan

sát từ xa

- Đơn vị nhiệt độ ℃ / ℉ thay đổi

- Bộ nhớ của MAX / MIN giá trị của

nhiệt độ và độ ẩm

- 2 chế độ hiển thị thời gian: 12h/24h

- Chức năng chỉ tay vào mỗi giờ

- Chức năng báo động hàng ngày

- Dây gắn đầu dò nhiệt độ dài 200 cm

- Nhiệt độ trong nhà: -10 ℃ ~ 50 ℃ (14 ℉ ~ 122 ℉)

- Nhiệt độ ngoài trời: -50 ℃ ~ 90 ℃ (-58 ℉ ~ 194 ℉)

Độ ẩm: 20% RH trong nhà ~ 90 % RH

Kích thước sản phẩm: 145 × 80 × 24 mm

Nguồn cung cấp: 1.5V (AAA) x2

Tiêu chuẩn Mỹ, EU

-

1.9.1 Chức năng của sản phẩm

- Sản phẩm hiển nhiệt độ của những nơi chúng ta muốn đo như: nhiệt

độ trong phòng bảo quản, nhiệt độ của nước, môi trường Qua đó chúng

ta có thể điều chỉnh sao cho phù hợp

1.9.2 Chỉ tiêu kĩ thuật của sản phẩm

Khối

nguồn

Khối cảm biến nhiệt độ

Khối xử lý

và giải mã tín hiệu

Khối hiển thị

-

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KỸ THUẬT2.1 Sơ đồ khối của mạch:

- Mạch đo nhiệt độ gồm 4 khối chính -

2.2 Các linh kiện sử dụng trong mạch

- IC: ICL7107, LM7805, LM7905, LM 35

- Biến trở, điện trở, tụ điện, cầu diode

- LED 7 đoạn anode chung

- 2.3 Nguyên lý và chức năng của từng khối

- A Khối Nguồn

- - Nguồn điện được sử dụng ở đây là nguồn xoay chiều lấy từ máy biến áp và cấp nguồn 12V AC đi qua cầu diode, IC LM7805 và IC LM7905 tạo ra nguồn cung cấp điện áp ±5V DC ổn định cho mạch

- - IC LM7805 có nhiệm vụ tạo ra điện áp ổn định

là 5V DC Dòng ra từ LM7805 có giá trị cực đại là 1.5 A

hoặc 1A tùy từng nhà sản xuất Tuy nhiên lưu ý cần giữ

áp vào lớn hơn áp ra khoảng 2V cho IC hoạt động bình

thường.Ví dụ dùng 7805 thì cần có lối vào ít nhất là 7V

- - LM7805 được đóng vỏ dạng TO220 Hình bên

là sơ đồ chân của LM7805, chân 1 ngoài cùng bên trái là

chân INPUT, ta đưa điện áp dây dương (+) cần hạ xuống

5V vào đây Chân thứ 2 là chân mass chung của mạch

điện vào và mạch điện ra Chân 2 này được nối chung với phiến tản nhiệt ở trên đỉnh của IC Chân 3 ngoài cùng bên phải là chân OUTPUT, điện áp 5V (so với chân 2) được đưa ra tại đây

- - IC LM7905 có nhiệm vụ tạo ra điện áp ổn định là -5V DC Dòng ra từ LM7905 có giá trị cực đại là 1.5A hoặc 1A tùy từng nhà sản xuất

LM7905 được đóng vỏ dạng TO220 Hình bên là sơ đồ chân của

LM7905, chân 2 ở giữa là chân INPUT, ta đưa điện áp dây dương

(+) cần hạ xuống -5V vào đây Chân thứ 1 là chân mass chung của

mạch điện vào và mạch điện ra Chân 1 này được nối chung với

phiến tản nhiệt ở trên đỉnh của IC Chân 3 ngoài cùng bên phải là

chân OUTPUT, điện áp -5V (so với chân 1) được đưa ra tại đây

-Hình A.1: IC 7805

Hình A.2: IC 7905

- Hình A.3: Khối nguồn

- B Khối cảm biến nhiệt độ

- - Khối cảm biến nhiệt độ được sử dụng bao gồm một IC cảm biến nhiệt độ là LM35 Tín hiệu đưa ra được nối trực tiếp vào chân Vin của IC ILC7107

- - Chúng ta xác định chân của LM35 theo hình vẽ bên Chân 1 bên trái là chân cấp điện Vs, chân 2 là chân tín hiệu ra, chân 3 bên phải là chân nối mass.

- C Khối xử lý và giải mã tín hiệu.

- - ICL7107 là một bộ chuyển đổi AD 3 ½ digit công suất thấp, hiển thị tốt Bao gồm trong IC này là bộ giải mã LED 7 đoạn, bộ điều khiển hiển thị, bộ tạo chuẩn và

bộ tạo xung đồng hồ Các đặc tính của nó bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ hơn 10 uV, điểm “0” trượt không quá 1uV/oC, độ dốc dòng ngõ vào tối đa là 10pA

trọng sau:

- Độ chính xác rất cao.

- Không bị ảnh hưởng bởi nhiễu.

- Không cần mạch lấy mẫu và mạch giữ.

- Điện áp ngõ vào analog: V+ →

V Điện áp ngõ vào tham chiếu: V+ →

V Ngõ vào clock: GND → V+

- • Các điều kiện bên ngoài:

Hình C.1: sơ đồ chân IC

- + Điện áp toàn giai ngõ vào analog:

- VINFS (typical) = 200mV hoặc 2V

chia thành ba pha: (1) Tự chỉnh “0” (A – Z), (2) tích hợp tín hiệu (INT) và (3) giải tích (DE) và 1 số thông số khác

- - Trong pha này thực hiện 3 việc:

- • Ngõ vào cao và thấp bị ngắt kết nối khỏi các chân và ngắn mạch nội với chân COMMON analog

- • Tụ tạo chuẩn được nạp tới điện áp chuẩn

- • Một vòng lặp hồi tiếp nối kín quanh hệ thống để nạp cho tụ tự chỉnh “0” CAZ để bù cho điện áp offset (trôi) trong bộ khuếch đại đệm, bộ tích hợp và bộ

so sánh Vì bộ so sánh nằm trong vòng lặp nên độ chính xác A-Z chỉ bị giới hạn bởi nhiễu của hệ thống Trong bất cứ trường hợp nào, điện áp offset do ngõ vào nhỏ hơn 10uV

- - Trong quá trình tích hợp tín hiệu, vòng lặp tự chỉnh “0” được mở, ngắn mạch nội không còn, ngõ vào cao và thấp được nối với các chân ngoại vi Bộ chuyển đổi lúc này tích hợp điện áp khác biệt giữa chân IN HI và chân IN LO trong một khoảng thời gian cố định Điện áp sai biệt này có thể nằm trong phạm vi rộng: lên tới 1V từ cả hai nguồn Mặt khác nếu tín hiệu vào không hồi trở lại nguồn cung cấp thì

IN LO có thể bị nối với chân COMMON analog để thiết lập điện áp mode chung chính xác Cuối pha này các cực của tín hiệu tích hợp được xác định

- - Còn gọi là tích hợp tham chiếu Ngõ vào thấp luôn được kết nối nội với chân COMMON và ngõ vào cao được kết nối qua tụ chuẩn đã được nạp từ pha trước Mạch trong IC đảm bảo rằng tụ điện sẽ được nối đúng cực để làm bộ tích hợp ngõ ra chuyển về “0”.Thời gian cần thiết để ngõ ra chuyển về giá trị “0” tỉ lệ với tín hiệu vào Đặc biệt số được hiển thị là:

- - Ngõ vào có thể chấp nhận các điện áp chênh lệch trong phạm vi của bộ khuếch đại ngõ vào, hay cụ thể là từ 0.5V dưới nguồn dương đến 1V trên nguồn âm Trong phạm vi này hệ thống có CMRR(common mode rejection ratio) 86 dB Tuy nhiên cần bảo đảm ngõ ra bộ tích hợp không bão hòa Trường hợp xấu nhất là điện áp mode chung tích cực lớn với một điện áp ngõ vào tích cực âm toàn giai Tín hiệu ngõ vào âm điều khiển bộ tích phân dương khi phần lớn độ lắc ngõ ra đã được tận dụng bởi điện thế mode chung tích cực dương Dành cho những ứng dụng cao độ lắc của tích hợp ngõ ra có thể được giảm xuống nhỏ hơn độ lắc toàn giai 2V với ít sai số hơn.Bộ tích phân ngõ ra có thể lắc trong khoảng 0.3V với cả hai nguồn mà không mất sự tuyến tính

- - Điện áp tham chiếu có thể được tạo ra mọi nơi từ điện áp nguồn của bộ chuyển đổi Nguồn chính của lỗi mode chung là điện áp vòng tạo bởi tụ tham chiếu nạp hay xả làm sai lạc giá trị điện dung của nó Nếu

có điện áp mode chung lớn, tụ tham chiếu có thể được nạp (tăng điện áp) khi được dùng đến để giải tích một tín hiệu dương nhưng sẽ xả

trong tham chiếu điện áp vào dương và âm sẽ gây ra lỗi.Tuy nhiên, bằng cách chọn tụ tham chiếu chẳng hạn tụ có điện dung đủ lớn thì lỗi này có thể được kiểm soát hơn 0.5 lần đếm.

led được nối chung nhau một chân Trong thực tế có hai

loại led 7 đoạn là led 7 đoạn anod chung và led 7 đoạn

katot chung Trong bài này ta sử dụng led 7 đoạn anod

- - Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần Điện trở có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.

Bước 2: Chọn linh kiện

- Để lấy linh kiện, ta sẽ chọn nút Component

Sau đó chọn nút Pick Devices:

- Cửa sổ thư viện linh kiện hiện lên

- Để lấy điện trở, vào thư viện DEVICE, rồi chọn RES (nhấp đôi chuột)

trong danh mục linh kiện của thư viện:

- Cũng trong thư viện DEVICE:

- Để lấy tụ điện chọn CAP

- Để lấy biến trở ta vào thư viện Resistors, trong khung Sub-category chọn Variable, chọn 3252W-1-103LF và chọn tiếp 3252W-1-503LF

- Tương tự ta vào keywords:

- Gõ 7805 để chọn IC LM7805

- Gõ 7905 để chọn IC LM7905

-

Bước 3: Sắp xếp và nối dây cho các linh kiện Sử dụng các linh kiện có

sẵn, các lệnh trong phần mềm ta thực hiện nối dây, nối đất, nối nguồn cho các linh kiện với nhau Sắp xếp một cách hợp lý, dễ quan sát Ta đã thiết kế được mạch nguyên

BR2

CAU-1A

VI 2 VO

1

J2

DOMINO3

- Hình 11: Mạch nguyên lý

- Bước 4: Chuyển từ mạch nguyên lý sang mạch in Để chuyển sang mạch

in ta phải kiểm tra xem các linh kiện đã có chân trong thư viện của mạch in chưa Ta

lựa chọn từng linh kiện rồi ấn phải chuột, rồi chọn Pakaging Tool Nếu linh kiện đã có

chân thì ta sẽ hiện ra bảng

- Chọn Netlist Transfer to ARES :

- Xuất hiện hộp thoại Create New Layout, ta chọn DEFAULT =>OK

- Ta chọn default tức là để chế độ mặc định, không cần phần mềm hỗ trợ board mạch sẵn Chúng ta sẽ tự thiết kế board mạch riêng

-

- Sau đó ta vẽ bord mạch,ta lựa chọn biểu tượng 2D Graphics Box Mode

- Rồi vẽ một hình chữ nhật, sau đó ta nhấn phải chuột vào hình chữ nhật

vừa tạo chọn Change Layer =>Board Edge

- Ta sẽ sắp xếp linh kiện tự động bằng cách chọn Tools =>Auto Place

=>OK

- Khi đó trên mành hình các linh kiện đã đc sắp xếp tự động như hình:

- Bây giờ ta sẽ sắp xếp lại cho hợp lý hơn Sau khi đã sắp xếp lại các linh kiện trên board mạch cho phù hợp ta tiến hành đi dây cho mạch.

- Trước khi đi dây cho mạch ta cần phải lựa chọn một số thông số, click

vào Design Rule Manage, trong hộp thoại Design Rule Manage ta chọn Net classes, trong ô Pair 1 ta chon None (vì ta chỉ đi dây 1 lớp) sau đó chọn OK.

CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH

- Thực hiện triển khai thiết kế và lắp ráp mạch

- Dưới đây là phần layout PCB mạch đo nhiệt độ:-

biến nhiệt và hiển thị ra led 7 đoạn với kết quả đô nhiệt độ thực tế của môi trường bằng các sản phẩm có sẵn trên thị trường cho thấy kết quả của sản phẩm trên khá chính xác so với trên thực tế.

- Qua việc thực hiện đố án 1 này giúp sinh viên nâng cao kĩ năng phân tích tìm hiểu các linh kiện điện tử, từ đó giúp lựa chọn các linh kiện phù hợp với mạch

mà mình thiết kế với mục đích tiết kiêm chi phí cho sản phẩm

- Giúp sinh viên nâng cao các kĩ năng thi công mạch phần cứng với các kĩ năng thực hành để hoàn thiện sản phẩm nhanh nhất và có tính thẩm mỹ cao

- Qua đó sinh viên có thể vận dụng các kiến thức đã được học vào thực tế qua đó kiểm tra được lý thuyết với thực tế ra sao