Xây dưṇ g môṭ số bà i toán thưc̣ nghiêṃ bằng chương trình Proteus8 và KeilC dùng trong ứng duṇ g kỹthuâṭ haṭ nhân

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iii LỞI MỞ ĐẦU I PHẦN TỔNG QUAN Tình hình phát triển trang thiết bị ứng dụng kỹ thuật hạt nhân 2 Cảm ứng nhiệt độ 2.1 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc 2.2 Đo nhiệt độ cao phương pháp tiếp xúc 2.3 Các loại cảm biến nhiệt Phần mềm mô Proteus 3.1 Các chức proteus 3.2 Tạo mạch mô proteus 4.1 Phần mềm biên dịch Keil C 10 Dùng Keil C để viết chương trình cho vi điều khiển 10 4.1.1 Tạo Project 10 4.1.2 Biên dịch chương trình 14 Kỹ thuật giao diện 16 5.1 Dữ liệu hiển thị máy tính 16 5.2 Dữ liệu hiển thị hình LCD 17 II PHẦN THỰC NGHIỆM 19 Các thiết bị thực nghiệm 19 6.1 Vi xử lý AT89C52 19 6.2 Bộ chuyển đổi ADC0804 21 6.3 Màn hình hiển thị TEXT LCD 24 6.4 Thạch anh 11.0592MHz 25 6.5 IC cảm ứng nhiệt LM35 26 6.6 RS232 MAX232 28 Mạch cảm ứng nhiệt dùng IC 29 i 7.1 Lưu đồ thuật toán 30 7.1.1 Lưu đồ phần cứng 30 7.1.2 Lưu đồ phần mềm 31 7.2 Sơ đồ mạch cảm ứng nhiệt 32 7.2.1 Mạch mô Proteus 32 7.2.2 Mạch thực nghiệm 33 7.2.3 Kết 33 III PHẦN TỔNG KẾT 35 Kết luận nhận xét 35 8.1 Mạch cảm ứng nhiệt mô thực nghiệm 35 8.2 Kết đo 35 8.3 Đặc điểm mạch 37 Hướng phát triển đề tài 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 ii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 3.1: Biểu tượng Proteus Profehhssinal Hình 3.2: Giao diện chương trình Proteus Hình 3.3: Giao diện vẽ mạch mơ Hình 3.4: Thư viện lấy linh kiện mô Hình 3.5: Lưu đồ Keil C 10 Hình 4.1: Tạo Project 11 Hình 4.2: Đặt tên cho Project 11 Hình 4.3: Chọn vi điều khiển cho Project 12 Hình 4.4: Tạo trang để soạn thảo chương trình 12 Hình 4.5: Giao diện soạn thảo chương trình 13 Hình 4.6: Lưu chương trình soạn thảo 13 Hình 4.7: Thêm chương trình vào Project 14 Hình 4.8: Cửa sổ chọn chương trình để thêm vào Project 14 Hình 4.9: Tạo file Hex biên dịch chương trình lần đầu 15 Hình 4.10: Biên dịch chương trình cập nhập file Hex 15 Hình 5.1: Cổng song song 16 Hình 5.2: Cổng nối tiếp DB25 DB9 17 Hình 6.1: Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C52 20 Hình 6.2: Sơ đồ chân ADC0804 21 Hình 6.3: Sơ đồ chân LCD 25 Hình 6.4: Thạch anh 11.0592Mhz 26 Hình 6.5: Sơ đồ chân cảm ứng nhiệt LM35 27 Hình 6.6: Kí hiệu chân hình dạng cổng DB9 28 Hình 7.1: Sơ đồ khối mạch cảm ứng nhiệt 29 Hình 7.2: Lưu đồ phần cứng mạch cảm biến nhiệt 30 Hình 7.3: Lưu đồ chương trình điều khiển mạch cảm biến nhiệt 31 iii Hình 7.4: Mạch cảm biến nhiệt mơ Proteus 32 Hình 7.5: Mạch cảm biến thực nghiệm 33 Hình 7.6: Chạy mơ mạch nhiệt độ 0oC 33 Hình 7.7: Chạy mô mạch nhiệt độ 50oC 34 Hình 7.8: Chạy mơ mạch nhiệt độ 1000oC 34 iv LỞI MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ hạt nhân khơng cịn khái niệm mẻ Trải qua 50 năm, công nghệ hạt nhân ngày phát triển đóng vai trị quan trọng hầu hết lĩnh vực ứng dụng sống ngày: Y tế, Công nghiệp, Nông nghiệp, Chính trị, Kinh tế,… Khơng đem lại hiệu đối tượng nghiên cứu, công nghệ hạt nhân đóng góp nguồn lợi khơng nhỏ cho nhiều quốc gia giới Do đó, việc cải tiến mở rộng công nghệ hạt nhân mối quan tâm hàng đầu Cơ Quan Năng Lượng Nguyên Tử Quốc Tế IAEA nói riêng tồn cầu nói chung Trong q trình học tập sinh viên khoa Kỹ Thuật Hạt Nhân, thiếu cơng việc thực hành Do đó, tơi chọn nghiên cứu đề tài với mong mỏi tìm hiểu, tiếp cận ứng dụng cơng nghệ hạt nhân Công nghiệp giới đồng thời dựa vào kiến thức học tập trường trang bị thêm vốn kiến thức cho thân để nghiên cứu, thiết kế trang thiế t bi ̣ha ̣t nhân phu ̣c vu ̣ nhu cầ u thực tế về thăm dò, đánh giá mô ̣t vài tham số vâ ̣t lý liên quan đế n quá trình hoa ̣t đô ̣ng của ̣ thiế t bi đo ̣ đa ̣c với mục đích hồn thiện trang thiết bị hạt nhân Trong giới hạn viết này, xin giới thiệu viê ̣c xây dựng bài toán mô phỏng nhiê ̣t đô ̣, hiể n thi ̣ dữ kiê ̣n qua cảm biế n và bô ̣ chỉ thi ̣kế t quả dưới sự điề u khiể n của phầ n mề m qua Keil C cho thiế t bi ̣ ngoa ̣i vi Đề tài Xây dựng một số bài toán thực nghiê ̣m bằ ng chương trình Proteus8 và KeilC dùng ứng dụng kỹ thuật hạt nhân với đối tượng nghiên cứu Kỹ thuật Hạt nhân ứng dụng cơng nghiệp điều khiển tự động hóa Chúng nghiên cứu Phương pháp mô và điề u khiể n tự đô ̣ng vi điề u khiể n th ̣c dòng 80X51 thiết bị qua chương trình Proteus 8; Phát triể n chương trình ứng du ̣ng điề u khiể n bằ ng phầ n mề m KeilC cho vi điề u khiể n AT89C52 ở thiế t bi ̣ngoa ̣i vi Với đề tài này, hy vọng đóng góp phần cơng sức vào trình xây dựng trang thiết bị điện tử phu ̣c vu ̣ ứng du ̣ng kỹ thuâ ̣t ̣t nhân cơng nghiê ̣p góp phần khai thác có hiê ̣u quả phương pháp mô phỏng và vâ ̣n hành thiế t bi ̣ bằ ng phương pháp tự đô ̣ng hóa giúp nước nhà ngày nhanh chóng thực mục tiêu cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước I PHẦN TỔNG QUAN Tình hình phát triển trang thiết bị ứng dụng kỹ thuật hạt nhân Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị hạt nhân phục vụ cho hoạt động ngành khoa y học hạt nhân, sở công nghiệp lĩnh vực nghiên cứu khác hướng triển khai thành công ngành hạt nhân nhằm tạo điều kiện cho ngành hình thành phát triển việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân đồng vị phóng xạ, góp phần mở rộng nhu cầu thị trường hạt nhân nước Chẳng hạn, nhiều khoa y học hạt nhân trang bị thiết bị đo đếm phân tích hạt nhân hệ đo độ tập trung iốt, xạ ký thận, đo suất liều, v.v ; để phục vụ nhu cầu phân tích đánh giá chất lượng vàng, nhiều hệ phân tích huỳnh quang tia X chế tạo chuyển giao cho sở có nhu cầu; cải tiến thiết bị hình scanner sở ghép nối với máy vi tính để đại hóa việc chẩn đốn bệnh cho khoa y học hạt nhân; chế tạo interface đa chức để xây dựng hệ phổ kế hạt nhân máy vi tính phục vụ nghiên cứu dịch vụ phân tích, v.v Nghiên cứu thiết kế, xây dựng hệ đo công nghiệp kỹ thuật hạt nhân đo mức chất lỏng bình kín dây chuyền sản xuất, bình trộn phối liệu nhà máy cơng nghiệp, v.v phát triển sở ngành hạt nhân Bên cạnh kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu hướng đặc thù ngành hạt nhân mà nhiều trường hợp khơng có phương pháp khác thay thế, chẳng hạn sử dụng phương pháp xạ truyền qua để chụp kiểm tra chất lượng mối hàn đường ống kim loại nhà máy, kiểm tra đánh giá tình trạng bên tháp chưng cất tháp hấp thụ với đường kính đến 4m chiều cao đến 30m cơng nghiệp hóa chất, kiểm tra chất lượng cọc nhồi cơng trình xây dựng; sử dụng phương pháp xạ tán xạ ngược để xác định chất lượng cơng trình đường giao thông, đo mật độ vật liệu, v.v Cảm ứng nhiệt độ Trong nghiên cứu khoa học, sản xuất đời sống sinh hoạt ngày, luôn cần xác định nhiệt độ mơi trường hay vật Vì việc đo nhiệt độ trở thành việc làm vô cần thiết Đo nhiệt độ phương thức đo lường không điện Nhiệt độ cần đo thấp (một vài độ Kelvin), cao (vài ngàn, vài chục ngàn độ Kelvin) Độ xác nhiệt độ có cần tới vài phần ngàn độ, có vài chục độ chấp nhận Việc đo nhiệt độ tiến hành nhờ dụng cụ hỗ trợ chuyên biệt cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, diode transistor, IC cảm biến nhiệt độ, cảm biến thạch anh, Tùy theo khoảng nhiệt độ cần đo sai số cho phép mà người ta lựa chọn loại cảm biến phương pháp đo cho phù hợp 2.1 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường nhiệt xúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với mơi trường đo Đối với mơi trường khí nước, chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt Khi đo nhiệt độ chất hạt (cát, đất, ), cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ngồi 2.2 Đo nhiệt độ cao phương pháp tiếp xúc Ở môi trường nhiệt độ cao từ 1600oC trở lên, cặp nhiệt ngẫu khơng chịu lâu dài, để đo nhiệt độ mơi trường người ta dựa tượng q trình q độ đốt nóng cặp nhiệt: θ=f(t)=∆T(1-eτ ) (1.1) Trong đó: 𝜃- lượng tăng nhiệt độ đầu nóng thời gian t ∆𝑇- hiệu nhiệt độ môi trường đo cặp nhiệt 𝜏- số thời gian cặp nhiệt ngẫu Dựa quan hệ xác định nhiệt độ đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu làm việc cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ Nhúng nhiệt ngẫu vào môi trường cần đo khoảng (0,4 - 0,6)s, ta phần đầu đặc tính q trình q độ nhiệt ngẫu theo tính nhiệt độ môi trường Nếu nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu thời gian nhúng vào môi trường cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng nửa nhiệt độ mơi trường nhiệt độ tính có sai số không hai lần sai số nhiệt kế nhiệt nhẫu đo trực tiếp Phương pháp dùng để đo nhiệt độ thép nấu chảy 2.3 Các loại cảm biến nhiệt Thermistor: Thermistor làm từ vật liệu bán dẫn, thay đổi điện trở vật liệu tỉ lệ với nhiệt độ dải đo Tuy nhiên nhiệt độ tăng điện trở lại giảm, Thermistor có hệ số nhiệt âm Mặc dù vậy, có số thermistor có hệ số nhiệt dương Nhiệt điện trở (RTD-resitance temperature detector): RTD chế tạo từ dây dẫn nhậy cảm với nhiệt độ (phần tử điện trở), vật liệu phổ biến platium, nickel, đồng, nickel-sắt Chúng đặt ống bảo vệ Đối với RTD trở kháng tăng tuyến tính với nhiệt độ cần đo, RTD có hệ số nhiệt dương Cặp nhiệt điện (Thermocouple): Được cấu tạo từ cặp kim loại, làm từ vật liệu khác đầu nối với đặt vùng nhiệt độ, chênh lệch nhiệt độ tạo sức điện động đầu cặp nhiệt ngẫu Hỏa kế- Pyrometer: Nhiệt kế xạ (hỏa kế ) loại thiết bị chuyên dụng dùng để đo nhiệt độ môi trường mà cảm biến thông thường tiếp xúc (lị nung thép, hóa chất ăn mịn mạnh, khó đặt cảm biến) Gồm có loại: Hỏa kế xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc Chúng hoạt động dựa nguyên tắc vật mang nhiệt có tượng xạ lượng Và lượng xạ có bước sóng định Hỏa kế thu nhận bước sóng phân tích nhiệt độ vật cần đo Cảm biến nhiệt Bán dẫn: loại cảm biến chế tạo từ chất bán dẫn Có loại Diode, Transistor, IC Nguyên lý chúng dựa mức độ phân cực lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ mơi trường Ngày với phát triển ngành công nghệ bán dẫn cho đời nhiều loại cảm biến nhiệt với tích hợp nhiều ưu điểm: Độ xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch điện xử lý đơn giản… Dễ dàng bắt gặp cảm biến loại dạng diode (hình dáng tương tự Pt100), loại IC như: LM35, LM335, LM45 Nguyên lý chúng nhiệt độ thay đổi cho điện áp thay đổi Điện áp phân áp từ điện áp chuẩn có mạch Phần mềm mơ Proteus Trong lĩnh vực khoa học công nghệ ngày phát triển khơng ngừng ngành tin học nói chung có mặt tất ngành nghề từ đơn giản đến phức tạp Ngành công nghệ tin học đóng góp khơng nhỏ vào cơng việc giảng dạy mang lại nhiều kết đáng kể Proteus VSM (Virtual Simulation Microprocessor): chương trình tạo chạy mạch điện tử, mạch có vi xử ý mơ trình làm việc mạch nguyên lý, giúp người làm mạch điện tử hình dung trực quan vào thực tế linh kiện điện tử 3.1 Các chức proteus Ưu điểm: - Dễ tạo sơ đồ nguyên lý đơn giản từ mạch đơn giản đến mạch có vi xử lý phức tạp - Dễ chỉnh sửa đặc tính linh kiện sơ đồ nguyên lý, chỉnh sửa nguồn nuôi mạch, thay đổi tần số hoạt dộng vi xử lý… - Mơ phỏng, phân tích kết từ mạch ngun lý Proteus giúp người sử dụng thấy trước mạch thiết kế chạy hay sai trước thiết kế bo mạch - Các công cụ phục vụ cho việc phân tích có độ xác cao đo vôn hay ampe, máy đo dao động… - Mô cơng cụ phát thu tín hiệu từ mạch giao tiếp với máy tính thơng qua RS232 Trong người dung điều khiển trình truyền phát, tốc độ Baud… giúp người lập trình mơ mạch truyền phát liệu - Lưu lại kết phân tích Khả ứng dụng: - Khả Proteus mơ phỏng, phân tích kết từ mạch nguyên lý Proteus giúp cho người sử dụng thấy mạch thiết kế chạy hay sai trước thiết kế bo mạch - Khả áp dụng chương trình Proteus vào giảng dạy tốt cho thầy cô sinh viên học tập kỹ thuật điện tử Proteus cung cấp đầy đủ từ đến phức tạp cho người học điện tử vi xử lý - Proteus giúp cho sinh viên tự học, tự nghiên cứu thiết kế phần dã học, chạy xem kết rút học tốt Điều tiết kiệm tiền cho sinh viên khơng có điều kiện mà ham học hỏi, tìm tịi nghiên cứu Khả phân tích: - Phân tích mạch đơn giản Phân tích mạch qua họ vi xử lý - Phân tích mạch qua đồ thị, máy đo ví dụ Phân tích Analogue - Phân tích Digital - Phân tích tần số - Phân tích âm - Phân tích truyền phát liệu - Phân tích tải, áp, đủ tải…giúp cho người sử dụng hình dung tải ảnh hưởng đến linh kiện mà khơng phí an toàn tuyêt đối Nhiệm vụ Proteus đề tài: Tạo mạch cảm biến nhiệt LM35 xử dụng vi xử lý AT89C52 cung chuyển đổi ADC0804 hình LCD Từ chạy mơ mạch để người sử dụng phân tích kết đạt - Các chân liệu D0 - D7: Các chân liệu D0 - D7 (D7 bít cao MSB D0 bít 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: Ud  V in Step size Với Ud đầu liệu số (dạng thập phân) Vin điện áp đầu vào tương tự độ phân dải thay đổi nhỏ tính (2  Vref/2) chia cho 256 ADC bít 6.3 Màn hình hiển thị TEXT LCD Trong năm gần LCD ngày sử dụng rộng rãi thay dần cho đèn LED (các đèn LED đoạn hay nhiều đoạn) Đó ngun nhân sau: - Các LCD có giá thành thấp - Khả hiển thị số, ký tự đồ hoạ tốt nhiều so với đèn LED (vì đèn LED hiển thị số số ký tự) - Nhờ kết hợp điều khiển làm tươi vào LCD làm giải phóng cho CPU cơng việc làm tươi LCD Trong đèn LED phải làm tươi CPU (hoặc cách đó) để trì việc hiển thị liệu - Dễ dang lập trình cho ký hiệu đồ họa - Text LCD loại hình tinh thể lỏng nhỏ dùng đề hiển thị dòng chữ số bảng mã ASCII Không giống loại LCD lớn, Text LCD chia sẵn thành ô nhỏ ô thể ký tự ASCII Cũng lý nên loại LCD gọi Text LCD (để phân biệt với Graphic LCD hiển thị hình ảnh) Trong Text LCD, mẫu ký tự định nghĩa 24 sẵn Kích thước LCD định nghĩa số ký tự tối đa hiển thị dịng số dịng mà LCD có Hình 6.3: Sơ đồ chân LCD Các chân LCD có chức sau: - Chân VCC, VSS VEE: Cấp dương nguồn 5v đất - Tương ứng VEE dùng để điều khiển độ tương phản LCD - Chân chọn ghi RS (Register Select): Có hai ghi quan trọng bên LCD, chân RS dùng để chọn ghi sau: Nếu RS = ghi mà lệnh chọn phép người dùng gửi lệnh chẳng hạn xoá hình, đưa trỏ đầu dịng v.v… Nếu RS = ghi liệu chọn cho phép người dùng gửi liệu cần hiển thị LCD - Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD R/W = đọc thơng tin từ R/W = - Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E sử dụng LCD để chốt thông tin hữu chân liệu Khi liệu cấp đến chân liệu xung mức cao xuống thấp phải áp đến chân để LCD chốt liệu chân liêu Xung phải rộng tối thiểu 450ns - Chân D0 - D7: Đây chân liệu bít, dùng để gửi thơng tin lên LCD đọc nội dung ghi LCD 6.4 Thạch anh 11.0592MHz Thạch anh dao động ổn định để tạo tần số dao động cho vi điều khiển Đa số mạch điều khiển dùng thạch anh Thạch anh 12Mhz, 24Mhz…mỗi loại cho xung nhịp khác 25 Chúng ta sử dụng thạch anh 11.0592MHz khơng phải loại khác vì: - Mạch sử dụng vi điều khiển 8051 sử dụng truyền liệu kiểu nối tiếp để giao tiếp với bên - Khi sử dụng thạch anh 11.0592MHz xác lập tốc độ truyền thông theo tiêu chuẩn 9600bps, 19200 bps chuẩn xác - Nếu sử dụng thạch anh 12MHz gặp khó khăn xác lập tốc độ theo tiêu chuẩn, tỉ lệ lỗi truyền thông khoảng 7%, số thay đổi phụ thuộc vào tốc độ truyền tiêu chuẩn - Khi hiển thị kết qua máy tính với giao tiếp cổng nối tiếp, ta phải dùng thêm MAX232 mà linh kiện hoạt động tần số 11.0592MHz Hình 6.4: Thạch anh 11.0592Mhz Ứng dụng thạch anh điện tử đa phần để tạo tần số ổn định tần số thạch anh tạo bị ảnh hưởng nhiệt độ mạch dao động RC 6.5 IC cảm ứng nhiệt LM35 IC đo nhiệt độ mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu điện dạng dòng điện hay điện áp Dựa vào đặc tính nhạy bán dẫn với nhiệt độ, tạo điện áp dòng điện, tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đo tín hiệu điện ta biết giá trị nhiệt độ cần đo Có nhiều loại IC cảm biến nhiệt, sử dụng thông dụng, rẻ tiền dễ kiếm LM35 Đây cảm biến nhiệt tích hợp xác cao hãng National Semiconductor Điện áp đầu tỉ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngồi LM35 có dạng: TO-46, SO-8, TO-92, TO-220 Nhưng thường dùng dạng TO-92 hình 26 Hình 6.5: Sơ đồ chân cảm ứng nhiệt LM35 Đặc điểm LM35: - Điện áp nguồn từ -0.2V đến +35V Điện áp từ -1V đến +6V - Dải nhiệt độ đo từ -55°C đến +150°C - Điện áp đầu thay đổi 10mV có thay đổi 1°C - LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV/1oC - Độ xác cao, tính cảm biến nhiệt độ nhạy, nhiệt độ 25oC có sai số khơng q 1% Với tầm đo từ 0oC đến 128oC, tín hiệu ngõ tuyến tính liên tục với thay đổi tín hiệu ngõ vào - Khả tự làm nóng thấp, 0.08oC khơng khí Thơng số kỹ thuật: - Tiêu tán cơng suất thấp - Dịng làm việc từ 400µA đến 5mA - Dịng ngược 15mA - Dịng thuận 10mA - Độ xác: làm việc nhiệtđộ 25oC với dịng làm việc 1mA điện áp ngõ từ 2.94V đến 3.04V - Đặc tính điện: Theo thông số nhà sản xuất LM35, quan hệ điện áp ngõ sau: Vout =0.01*T(oK)=2.73+0.01*T(oC) 27 6.6 RS232 MAX232 Vấn đề giao tiếp PC vi điều khiển quan trọng ứng dụng điều khiển, đo lường Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 kỹ thuật sử dụng rộng rãi để ghép nối thiết bị ngoại vi với máy tính Nó chuẩn giao tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều thiết bị, chiều dài kết nối lớn cho phép để đảm bảo liệu 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s tốc độ 115kbit/s với số thiết bị đặc biệt Ý nghĩa chuẩn truyền thông nối tiếp nghĩa thời điểm có bit gửi dọc theo đường truyền Ưu điểm giao diện nối tiếp RS232: - Khả chống nhiễu cổng nối tiếp cao - Thiết bị ngoại vi tháo lắp máy tính cấp điện - Các mạch điện đơn giản nhận điện áp nguồn nuôi qua cổng nối tiếp Hình 6.6: Kí hiệu chân hình dạng cổng DB9 Chức chân DB9 sau: - Chân 1: Data Carrier Detect (DCD): Phát tín hiệu mang liệu Chân 2: Receive Data (RxD): Nhận liệu Chân 3: Transmit Data (TxD): Truyền liệu Chân 4: Data Termial Ready (DTR): Đầu cuối liệu sẵn sàng kích hoạt phận muốn truyền liệu - Chân 5: Singal Ground (SG): Mass tín hiệu - Chân 6: Data Set Ready (DSR): Dữ liệu sẵn sàng, kích hoạt truyền sẵn sàng nhận liệu - Chân 7: Request to Send: yêu cầu gửi, truyền đặt đường lên mức hoạt động sẵn sàng truyền liệu 28 - Chân 8: Clear To Send (CTS): Xóa để gửi, nhận đặt đường lên mức kích hoạt động để thơng báo cho truyền sẵn sàng nhận tín hiệu - Chân 9: Ring Indicate (RI): Báo chng cho biết nhận nhận tín hiệu rung chuông Max232 IC chuyên dùng cho giao tiếp RS232 thiết bị ngoại vi Max232 IC hãng Maxim Đây IC chạy ổn định sử dụng phổ biến mạch giao tiếp chuẩn RS232 Dịng tín hiệu thiết kế cho chuẩn RS232 Mỗi đầu truyền cổng nhận tín hiệu bảo vệ chống lại phóng tĩnh điện Ngồi Max232 thiết kế với nguồn +5V cung cấp nguồn công suất nhỏ Mạch cảm ứng nhiệt dùng IC Mạch cảm ứng nhiệt mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển thành tín hiệu dạng điện áp tín hiệu dịng điện Dựa vào đặc tính nhạy cảm bán dẫn với nhiệt độ cao, tạo điện áp dòng điện tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Đo tín hiệu điện, ta biết giá trị nhiệt độ cần đo Ảnh hưởng nhiệt độ tạo điện tích tự lỗ trống chất bán dẫn phá vỡ phân tử, bứt electron thành dạng tự di chuyển qua vùng cấu trúc mạng tinh thể, tạo xuất lỗ trống nhiệt làm cho tỷ lệ điện tử tự lỗ trống tăng lên theo quy luật hàm mũ với nhiệt độ Khối cảm biến Khối chuyển đổi ADC Khối xử lý trung tâm Khối hiển thị Khối nguồn Hình 7.1: Sơ đồ khối mạch cảm ứng nhiệt - Khối nguồn: Cung cấp điện cho hệ thống - Khối cảm biến: để đo nhiệt độ xác, tất nhiên cần có đầu dị thích hợp Đầu dị cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ vận chuyển từ nhiệt độ qua tín hiệu điện 29 - Khối chuyển đổi ADC dùng ADC0804 để chuyển đổi tín hiệu tương tự từ cảm biến sang tín hiệu số Sau chuyển đổi ADC xuất liệu vi xử lý - Khối xử lý trung tâm điều hành hoạt động hệ thống Vi điều khiển AT89C51 để xử lý đưa hiển thị LCD - Khối hiển thị LCD Khối có chức hiển thị liệu vi xử lý xuất 7.1 Lưu đồ thuật toán 7.1.1 Lưu đồ phần cứng Bắt đầu Đo nhiệt độ ban đầu LM35 chuyển nhiệt độ sang điện áp Chuyển đổi sang tín hiệu số Tính tốn liệu Xuất liệu hình Hình 7.2: Lưu đồ phần cứng mạch cảm biến nhiệt Sau khởi động thiết bị, cảm ứng nhiệt LM35 đo nhiệt độ môi trường, sau chuyển đổi nhiệt độ thành điện áp đưa liệu vào ADC Sau nhận liệu ADC tiến hành chuyển đổi chúng sang tín hiệu số nhập chúng vào vi điều khiển Lúc này, vi điều khiển đọc, tính tốn theo chương trình thiết lập sẵn hiển kết mà hình LCD, kết nhiệt độ mơi trường mà cảm biến nhiệt ghi nhận 30 7.1.2 Lưu đồ phần mềm Khi bắt đầu hoạt động, chương trình thiết lập cho LCD ADC Tiếp đến lấy liệu từ bit ADC, sử dụng lệnh viết sẵn để tính tốn nhiệt độ mơi trường xuất kết hình LCD Kết thúc chu trình Begin Khởi tạo LCD Thiết lập ADC Đọc giá trị bit ADC Tính nhiệt độ Xuất liệu LCD End Hình 7.3: Lưu đồ chương trình điều khiển mạch cảm biến nhiệt 31 7.2 Sơ đồ mạch cảm ứng nhiệt 7.2.1 Mạch mơ Proteus Hình 7.4: Mạch cảm biến nhiệt mô Proteus Mạch cảm ứng vẽ phần mềm Proteus gồm có: - Một vi điều khiển AT89C52 - Vi điều khiển nối với hình LCD qua port - Port nối với chân liệu ADC0804 - Port vi xử lý nối với chân điều khiển ADC0804, LCD giao tiếp với PC - Port để trống Tín hiệu Vin từ ADC lấy từ Vout cảm ứng nhiệt LM35 32 7.2.2 Mạch thực nghiệm Hình 7.5: Mạch cảm biến thực nghiệm Mạch thực nghiệm nối gần giống mạch mơ Proteus 7.2.3 Kết Hình 7.6: Chạy mơ mạch nhiệt độ 0oC 33 Hình 7.7: Chạy mơ mạch nhiệt độ 50oC Hình 7.8: Chạy mơ mạch nhiệt độ 1000oC Tóm tắt phần thực nghiệm: Ở phần này, khóa luận giới thiệu linh kiện dùng mạch cảm ứng nhiệt, cách hoạt động chức chúng Cùng với cách hoạt động mạch cảm ứng nhiệt dùng IC LM35 lưu đồ phần mềm mạch Ngoài ra, phần thực nghiệm cho ta thấy sơ đồ mạch cảm ứng nhiệt mô phần mềm Proteus mạch thực tế với kết mạch chạy chương trình mơ 34 III PHẦN TỔNG KẾT Kết luận nhận xét 8.1 Mạch cảm ứng nhiệt mô thực nghiệm Mạch thực nghiêm nối giống mạch mô Proteus Tuy nhiên cần phải mắc thêm thạch anh 11.0592MHz để cung cấp tần số dao động cho vi điều khiển hoạt động, mạch khơng hoạt động Cịn mạch mơ Proteus tích hợp sẵn tần số giao động vi điều khiển nên ta không cần lắp chúng vào Cả mạch thực nghiệm Proteus phải có MAX232 Như biết phần mềm mơ Proteus có chức tích hợp số linh kiện hỗ trợ vào linh kiện làm cho mạch thiết kế trở nên đơn giản mà hoạt động bình thường Tuy nhiên giao tiếp với PC, mạch vẽ Proteus phải thêm MAX232, không mạch không hoạt động 8.2 Kết đo Khi nhiệt độ môi trường 0oC, 50oC 100oC kết thu mạch cảm ứng 0oC, 47oC 94oC Sở dĩ có chênh lệch lớn điện áp Vref/2 tương đối lớn 2.66949V Vì step size cao, từ dẫn đến nhiệt độ mạch đo với nhiệt độ môi trường chênh lệnh cao Trong thực tế, nhiệt độ môi trường lúc số nguyên Khi tính tốn kết tính hệ thống làm trịn xuống Vì trước xuất nhiệt độ hình Tơi cộng thêm 0.5oC vào kết để giảm bớt sai số khâu tính tốn Ví dụ 1: Hệ thống tính tốn nhiệt độ môi trường 40.2oC, trước khi xuất hình tơi cộng thêm 0.5oC Nhiệt độ lúc 40.7oC, hệ thống làm tròn xuống 40oC Sai số khoảng 0.2oC Ví dụ 2: Hệ thống tính tốn nhiệt độ môi trường 40.7oC, trước khi xuất hình tơi cộng thêm 0.5oC Nhiệt độ lúc 41.2oC, hệ thống làm tròn xuống cịn 41oC Sai số khoảng 0.3oC Ví dụ 3: Hệ thống tính tốn nhiệt độ mơi trường 40.5oC, trước khi xuất hình tơi cộng thêm 0.5oC Nhiệt độ lúc 41oC, hệ thống làm tròn xuống 41oC Sai số khoảng 0.5oC 35 Từ ví dụ ta thấy sai số tối đa tính tốn hệ thống 0.5oC Độ xác phép đo: - Khả tự làm nóng LM35 khơng khí 0,1oC Sai số tính tốn: 0.5oC - Cảm biến LM35 có hệ số nhiệt 10mV/oC, sai số nhiệt độ LM35 0.5oC Khi điện áp đầu vào Vin làm tròn lên xuống Khi Vin vào so sánh với điện áp Ud ADC, ta nhận thấy mức điện áp ADC 10mV nên sai số mà gây 0,5mV tương ứng với giá trị nhiệt độ 0.5oC - Vậy sai số tổng cộng hệ thống 1.6oC - Do nhiệt độ thực tế ta là: treal = tđo  1.6 oC - Độ xác ADC0804 bị giới hạn tần số lấy mẫu (thường 600640KHz) số bít liệu đầu (8 bít) tương ứng với tối đa 256 mức điện áp chuyển đổi so sánh, điện áp đưa vào chân Vref/2 định điện áp vi phân bậc thang phép chuyển đổi ADC Nếu điện áp đưa vào chân 1.28 V điện áp so sánh max 2x1.28= 2.56 V kết hợp với dải nhiệt độ chuyển đổi LM35 từ 0-100oC (vẫn nhỏ 255) nên bước điện áp ứng với 2.56/256=10mV Điện áp Vref/2 lớn bước điện áp bậc thang lớn độ xác phép đo nhỏ hay nói cách khác ta mắc phải sai số lớn Giải pháp khắc phục sai số: - Để tăng độ xác phép đo lên ta dùng cảm biến khác có độ xác cao hơn, giảm điện áp đưa vào chân Vref/2 để giảm bước điện áp vi phân bậc thang ADC Tuy nhiên, bước điện áp ADC cảm biến không đồng gây khó khăn cho q trình xử lý liệu đưa khâu hiển thị gây sai số Tùy thuộc vào phép thị mà người ta đặt giá trị điện áp cho chân Vref/2 cho hợp lý 36 8.3 Đặc điểm mạch Ưu điểm: - Khả đáp ứng nhanh với thay đổi nhiệt độ mơi trường Màn hình hiển thị LCD dễ dàng cho người sử dụng theo dõi nhiệt độ - Mạch thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng, tiện lợi dùng nhiều loại nguồn: pin, sạc điện thoại… nên động Nhược điểm: - Tính ổn định không cao sử dụng di chuyển - Cịn có sai số nhiệt độ đo sai số linh kiện sai số tính tốn thiêt kế mạch chấp nhận Tính thực tế sản phẩm thiết kế: - Mạch sử dụng để đo nhiệt độ khoảng từ 0°C đến 100°C - Mạch nhỏ gọn, dễ sử dụng cho tất người đáp ứng nhanh với nhiệt độ mơi trường Mạch động dùng nhiều loại nguồn Hướng phát triển đề tài Vì thời gian có giới hạn nên đề tài thiết kế mạch cảm ứng nhiệt dùng cảm ứng LM35 với vài chức đơn giản đo nhiệt độ gửi liệu lên máy tính Trong tương lai tơi muốn phát triển thêm nhiều chức cho mạch cảm biến ví dụ như: - Đo nhiệt độ dãi tần cao Có thể nhận lệnh từ người sử dụng để thục số thao tác đơn giản di chuyển vị trí đến nhiều hoạt động phức tạp - Đo nhiều loại liệu - Thay đổi loại cảm biến để thu loại liệu khác ví dụ hàm lượng phóng xạ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng việt Đặng Lành (2015), “Giáo trình điều khiển tự động”, Trường Đại học Đà Lạt, chương I chương II Phạm Hùng Kim Khánh (2008), “Giáo trình vi điều khiển”, Trường Đại học Kỹ thuật Cơng Nghệ Tp Hồ Chí Minh., trang 1-33 Tài liệu tham khảo tiếng anh Atmel, “DATASHEET 89C52”, Atmel, n.d Intersil, “DATASHEET ADC0804”, Intersil, n.d Texas Instruments, “DATASHEET LM35”, Texas Instruments, n.d Vishay, “DATASHEET LCD”, Vishay, n.d DOE-HDBK-1013/1-92 (1992), “DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK INSTRUMENTATION AND CONTROL”, volume of 2, module Tài liệu tham khảo internet Biên Tấn (2012), “Tổng quan loại cảm biến”, đăng ngày 14 tháng năm 2012, truy cập ngày 10 tháng 11 năm 2016 KeilC & Proteus & Vi điều khiển 8051, đăng ngày tháng năm 2014, video recording, Nguyễn Thanh Dâng, truy cập ngày 10 tháng 11 năm 2016 10 Ngơn ngữ lập trình C, đăng ngày tháng năm 2014, video recording, Nguyễn Thanh Dâng, truy cập ngày 25 tháng 10 năm 2016 11 Trần Trung Đức (2015), “ Cơ ghép nối chuẩn giao tiếp RS232”, đăng ngày 15 tháng 10 năm 2015 Truy cập ngày 10 tháng 11 năm 2016 < http://diendanvetinh.com.vn/t1413-topic> 38 ... cổng liệu truyền song song, nên g? ? ?i cổng song song Hình 5.1: Cổng song song Giao tiếp cổng n? ?i tiếp: Cổng n? ?i tiếp RS232 giao tiếp phổ biến Ngư? ?i ta g? ? ?i cổng COM Giống cổng song song, cổng COM... sống ngày: Y tế, Cơng nghiệp, Nơng nghiệp, Chính trị, Kinh tế,… Không đem l? ?i hiệu đ? ?i tượng nghiên cứu, cơng nghệ hạt nhân đóng g? ?p nguồn l? ?i không nhỏ cho nhiều quốc gia gi? ?i Do đó, việc c? ?i. .. v? ?i mục đích hồn thiện trang thiết bị hạt nhân Trong gi? ?i hạn viết này, xin gi? ?i thiệu viê ̣c xây dựng ba? ?i toán mô phỏng nhiê ̣t đô ̣, hiể n thi ̣ dữ kiê ̣n qua cảm biế n và bô ̣ chỉ