ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ DÙNG LM35

Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độGiáo Viên Bộ Môn :TỐNG THỊ LÝSinh viên thực hiện :VŨ THỊ LAN ANHMã sinh viên: 0941040611Lớp: Điện 7K9LỜI NÓI ĐẦUĐất nước ta hiện nay đang trên đà phát triển trở thành một nước công nghiệp.Vì vậy vấn đề điều khiển và vận hành các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao năng xuất và chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề quan trọng đáng để chú ý.Trong thực tế có rất nhiều bài toán liên quan đến vấn đề đo và điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: lò sấy công nghiệp, các lò luyện gang, sắt, thép...Trong kì này sau khi học môn vi mạch tương tự vi mạch số và các môn liên quan nhóm chúng em được giao đề tài: Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dung IC cảm biến nhiệt độ.Trong quá trình làm đề tài được sự giúp đỡ hết sức tận tình của cô giáo hướng dẫn “ Tống Thị Lý ” đã giúp đỡ em hoàn thành đúng thời hạn đề tài này. Nhưng do lượng kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài này không tránh khỏi thiếu sót. Em mong được sự đóng góp của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN VI MẠCH TƯƠNG TỰ Đề Tài: Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo và cảnh báo và hiển thị nhiệt độ Giáo Viên Bộ Môn : TỐNG THỊ LY Sinh viên thực : BÙI VĂN CHUNG Mã sinh viên: 0941040398 Lớp: ĐIỆN 5-K9 LỜI NÓI ĐẦU Với mục tiêu công nghiệp hóa , hiện đại hóa và tốc độ phát triển chóng mặt về công nghệ và kĩ thuật cũng chất lượng đời sống của đất nước thời kì hiện thì vấn đề điều khiển và vận hành các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao xuất lao động và chất lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí là vấn đề quan trọng đáng để Có thể nhận thấy:Trong thực tế có rất nhiều vấn đề liên quan đến đo và điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: lò sấy công nghiệp, các lò luyện gang, sắt, thép,đèn báo cháy Suốt thời gian học vừa qua em được tích lũy một lượng kiến thức mà thầy cô truyền đạt để xây dựng đề tài : Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ Trong quá trình làm đề tài được giúp đỡ hết sức tận tình của cô giáo hướng dẫn “ Tống Thị Lý ” các thầy cô bộ môn “Đo lường điều khiển số” giúp đỡ em hoàn thành thời hạn đề tài này Nhưng lượng kiến thức tiếp thu hạn chế nên đề tài này không tránh khỏi thiếu sót Em mong được đóng gó pcũng lời nhận xét của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Mục lục Chương : Tổng quan về mạch đo Chương : Giới thiệu các thiết bị, linh kiện cần cho hệ thống Chương : Tính toán, thiết kế mạch đo 3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến 3.2 Tính toán, thiết kế mạch nguồn cấp 3.3 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa 3.4 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED 3.5 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo 3.6 Sơ đồ tổng thể mạch và dùng phần mềm mô mạch 3.7 Bộ giải mã BCD Kết luận và phương hướng phát triển Chương : Tổng • Khái niệm nhiệt độ • Khái niệm: quan mạch đo 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 khác Ở trạng thái lỏng, các phân tử dao động quanh vị trí cân vị trí cân của nó dịch chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định.Còn trạng thái rắn,các phần tử,nguyên tử 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 lượng không sinh công, thì quá trình trao đổi lượng nói gọi là truyền nhiệt.Quá trình truyền nhiệt tuân theo nguyên lý: Bảo toàn lượng : Nhiệt có thể 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 và bức xạ nhiệt Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt có truyền nhiệt đối lưu Đó là hiện tượng vận chuyển lượng nhiệt cách vận chuyển các phần của khối vật chất các vùng khác của hệ chênh lệch về tỉ trọng 1 Thang đo nhiệt độ: Từ xa xưa người nhận thức được hiện tượng nhiệt và đánh giá cường độ của nó cách đo và đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo của thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng được định nghĩa theo từng vùng,từng thời kỳ phát triển của khoa học kỹ thuật và xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: • Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) • Thang Celsius ( C ): • Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 Đây là thang đo nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay.Trong đó thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) được quy định là mét đơn vị đo bản của hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo này có thể đánh giá được nhiệt độ 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường là các nhiệt kế tiếpxúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở và nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo Đối với môi trường khí hoặc nước, chuyển đổi được 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 và gây tổn hao nhiệt, nhất là với vật dẫn nhiệt Do vậy diện tích tiếp xúc vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.Khi đo nhiệt độ của các chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo và thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ngoài 1.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc: Đây là phương pháp dựa định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối,tức là vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn nhất Bức xạ nhiệt của vật thể đặc trưng nghĩa là số lượng bức xạ một đơn vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật xảy một đơn vị của độ dài sóng 1.4 Tổng quan phương pháp đo nhiệt độ 1.4.1: Sơ đồ khối Để thực hiện phép đo của một đại lượng nào đó thì phụ thuộc vào đặc tính của đại lượng cần đo ,điều kiện đo, cũng độ xác yêu cầu của một phép đo mà ta có thể thực hiện nhiều cách khác sở của hệ thống đo lường khác sở của các hệ thống đo lường khác Sơ đồ khối hệ thống đo: 1.4.2: Vai trò tác dụng khối: • Khối nguồn : làm nhiệm vụ đảm bảo nguồn cấp cho cảm biến là +5V nguồn nuôi cảm biến • Cảm biến : đo nhiệt độ, đưa điện áp đầu cho các mạch so sánh, khuếch đại, vào ADC • Mạch khuếch đại : khuếch đại và chuẩn hóa các điện áp, dòng điện theo yêu cầu bài toán • Chỉ thị: là các Ampmeter hoặc Volmeter hiển thị dòng hoặc áp vị trí cần đo và trước sau chuẩn hóa • Mạch so sánh: so sánh điện áp đầu của cảm biến với điện áp đặt, để đưa cảnh báo hoặc để LED nhấp nháy bình thường • Còi báo: báo động nhiệt độ vượt quá giá trị đặt • Mạch nhấp nháy: đèn LED nhấp nháy chế độ nhiệt độ bình thường, tắt vượt quá nhiệt theo yêu cầu bài toán • Hiển thị mã BCD Chương : Giới thiệu linh kiện thiết bị sử dụng hệ thống đo 2.1 Giới thiệu IC cảm biến nhiệt LM35 : Hình ảnh LM35 (Chân VCC, chân OUT, chân GND) Cảm biến LM 35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius.Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng được cân chỉnh Đặc điểm của cảm biến LM35 : + Điện áp đầu vào từ 0V đến 10V + Độ xác cao 25℃ là 0.5℃ + Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ 0℃ - 150℃ với các mức điện áp khác Xét một số mức điện áp sau Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 0℃ đến +103℃ LM35 có chân : chân cấp nguồn và chân xuất điện áp tùy theo nhiệt độ Nhiệt độ tăng 1C thì điện áp xuất chân out của LM35 tăng 10mV 2.2 Giới thiệu IC 7805 ( IC ổn áp 5V) Với mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao,sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx,với xx là điện áp cần ổn áp.Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7912 ổn áp -12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự LM7805 ( kiểu chân TO220: 1-IN, 2-GND, 3-OUT) Ngõ OUT ổn định +5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch này dùng để bảo vệ linh kiện hoạt động điện áp +5V (các loại IC, vi điều khiển thường hoạt động điện áp này) Mạch lấy nguồn một chiều từ một nguồn ngoài với điện áp 5V và nhỏ 20V để đưa vào ngõ IN 7805 Khi kết nối mạch điện, nhiều nguyên nhân người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp đấu nối vào mạch, trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện board mạch.Vì lí đó gắn nối tiếp diode có dòng phù hợp trước chân IN của LM7805 để tránh gây hư hại các linh kiện phía sau lắp ngược cực 2.3 Giới thiệu IC 555 Đây là IC loại chân được sử dụng rất phổ biến để làm: mạch đơn ổn, mạch dao động đa hài, bộ chia tần, mạch trễ, … Nhưng mạch này, IC 555 được sử dụng làm bộ phát xung Thời gian được xác lập theo mạch định thời R, C bên ngoài Dãy thời gian tác động hữu hiệu từ vài micro giây đến vài giờ IC này có thể nối trực tiếp với các loại IC: TTL/ CMOS/ DTL 2.3.1 Sơ đồ chân chức chân Hình 1.1: Sơ đồ chân IC 555 Hình 1.2: Cấu trúc IC 555 Chức chân: : ( GND ) Nối mass : ( TRIGGER ) Nhận xung kích để đổi trạng thái : ( OUT ) Ngõ : ( RESET ) Trả về trạng thái đầu : ( CONTROL VOLTAGE ) Lấy điện áp điều khiển tần số dao + Chân + Chân + Chân + Chân + Chân động + Chân : ( THRESHOLD ) Lập mức ngưỡng cho tầng so sánh + Chân : ( DISCHARGE ) Đường xả điện cho tụ mạch định thời + Chân : ( Vcc ) Nối với nguồn dương 2.3.2: Nguyên lý hoạt động Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý tạo dao động Ký hiệu là mức thấp 0V, là mức cao gần VCC Mạch FF là loại RS Flip-flop Khi S = [1] thì Q = [1] và = [0] Sau đó, S = [0] thì Q = [1] và = [0] Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0] Tóm lại: S = [1] thì Q = [1] và R = [1] thì Q = [0], = [1], transistor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt quá V2 Do lối của Op-amp mức 0, FF không reset - Giai đoạn ngõ mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân mức Vì điện áp chân 2(V-) nhỏ V1(V+), ngõ của Op-amp mức nên S = [1], Q = [1] và = [0] Ngõ của IC mức Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhả công tắc, Op-amp có V- = [1] lớn V+ nên ngõ của Op-amp mức 0, S = [0], Q và không đổi Trong điện áp tụ C nhỏ V2, FF giữ nguyên trạng thái đó - Giai đoạn ngõ mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V- (= 2/3 VCC), R = [1] nên Q = [0] và = [1] Ngõ của IC mức Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé V-, ngõ của Op-amp mức Vì vậy Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor Kết quả cuối cùng: Ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định • Bộ chuyển đổi tương tự số bit ADC0804 • Giới thiệu chung Chíp ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số họ các loạt ADC800, nó làm việc với +5V và có độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác đánh giá một bộ ADC Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân Trong ADC0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN không thể 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 một đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt chíp ADC0804 Để truy cập ADC0804 thì chân này phải mức thấp • Chân RD (chân số 2): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức thấp Các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân tương đương với nó và giữ nó một ghi RD được sử dụng để nhận liệu được chuyển đổi đầu của ADC0804 Khi 0CS = nếu một xung cao – xuống – thấp được áp đến chân RD thì đầu số bit được hiển diện các chân liệu D0 – D7 Chân RD cũng được coi cho phép đầu • Chân ghi WR (chân số 3) Thực tên xác là “Bắt đầu chuyển đổi”): Đây là chân đầu vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi Nếu CS = WR tạo xung cao – xuống – thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin về số nhị phấn bit Lượng thời gian cần thiết để chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và CLK R Khi việc chuyển đổi liệu được hoàn tất thì chân INTR được ép xuống thấp ADC0804 Ngoài , cần tạo xung IC 555 cho chân WR này Hình : Sơ đồ khảo sát ADC0804 • Chân CLK IN (chân số 4) CLK R (chân số 19): Chân CLK IN là một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 cũng có một máy tạo xung đồng hồ Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ của ADC0804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ điện và một điện trở Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác định biểu thức: f= Giá trị tiêu biểu của các đại lượng là R = 10kΩ và C = 150pF và tần số nhận được là f = 606kHz và thời gian chuyển đổi mất là 110sμ • Chân ngắt INTR (chân số 5): Đây là chân đầu tích cực mức thấp Bình thường nó trạng thái cao và việc chuyển đổi hoàn tất thì nó xuống thấp để báo cho CPU biết là liệu được chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, ta đặt CS = và gửi một xung cao xuống – thấp tới chân RD lấy liệu của ADC0804 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 nhất và lúc này ta đo được giá trị điện trở hạn dòng là Rhd =330 (Ω) Tại ngõ của IC 74LS47, ta mắc thêm điện trở hạn dòng cho IC này trường hợp LED sang thì điện áp LED khoảng 2V, V CE SAT =0.2 V, vậy nên phải có điện trở hạn dòng cho IC này để không sảy cháy IC mã hóa • LED báo Là thiết bị dùng để báo sáng nhấp nháy mạch đo thấy nhiệt độ phạm vi cho phép Hình 12: LED • Transistor Hình 13 : transistor Transitor hay gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược Nguyên lý hoạt động: Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các chân cực của nó một điện áp một chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc 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 việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu • Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược Tranzito có điện trở rất lớn và có một dòng điện rất nhỏ chạy qua nên tranzito coi không dẫn điện • Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện cho cả hai tiếp xúc P-N 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 việc một phần tử tuyến tính mạch điện Ở chế độ này tranzito một khóa điện tử và nó được sử dụng các mạch xung, các 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 quá trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất và nó có khả tạo dao động khuếch đại tín hiệu • Điện trở, tụ điện Hình 14: Điện trở tụ điện • Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo được các loại điện trở có trị số khác • Tụ điện là một loại 14111541linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt 141dẫn điện được ngăn cách 413444điện môi Khi có chênh lệch 411điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt xuất hiện 413điện tích điện lượng trái dấu • Sự tích tụ của điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ 46013năng lượng 416019điện trường của tụ điện Khi chênh lệch điện thế hai bề mặt là 411điện thế xoay chiều, tích luỹ điện tích bị 33chậm pha so với điện áp, tạo nên 193111trở kháng của tụ điện mạch điện xoay chiều • Còi báo Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm báo động xảy cố nhiệt độ tăng quá giới hạn cho phép Hình : Còi báo động 2.4 Giới thiệu số khuếch đại thuật toán (KĐTT) 2.4.1.Khái niệm Khuếch đại có nghĩa là dùng lượng nhỏ làm thay đổi một lượng lớn khác Năng lượng nhỏ gọi là lượng điều khiển.Năng lượng lớn gọi là lượng bị điều khiển Bộ KĐTT cũng các bộ khuếch đại thông thường khác đều dùng để khuếch đại điện áp,dòng điện và công suất.Tính ưu việt của bộ KĐTT là tác dụng của mạch điện có bộ KĐTT có thể thay đổi được dễ dàng việc thay đổi các phần tử mạch ngoài (coi bộ KĐTT hộp đen).Để thực hiện được điều đó, bộ KĐTT phải có các đặc tính co bản là :hệ số khuếch đại lớn, trở kháng cửa vào rất lớn và trở kháng của nó rất nhỏ Trước đây, bộ KĐTT thường được sử dụng việc thực hiện các phép toán giải tích các máy tính tương tự,nên được gọi là KĐTT.Ngày nay, KĐTT được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là kỹ thuật đo lường và điều khiển Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày càng phát triển, nên chế tạo được các mạch tích hợp(các vi mạch- IC) của KĐTT gần lý tưởng Và các vi mạch KĐTT các mạch điện tử đơn giản cũng được coi là lý tưởng Tuy nhiên, các vi mạch KĐTT có các thông số thực là hữu hạn 2.4.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng KĐTT được dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất ,để thiết kế các mạch điện tử chức Một KĐTT được ký hiệu sơ đồ 1.1.2 Hình 1.1.2 Ký hiệu các chân của KĐTT : Ngõ vào âm : Ngõ vào dương +Ecc: Ngõ cấp điện áp dương -Ecc: Ngõ cấp điện áp âm : Tín hiệu cửa KĐTT lý tưởng có trở kháng vào vô lớn (∞), trở kháng (ZO =0) hệ số khuếch đại vòng hở vô lớn (K O =∞) và điện áp cửa 0V, điện áp các ngõ vi sai (UO=0V, ) Trong thực tế kỹ thuật không có bộ KĐTT lý tưởng Để đánh giá được các bộ KĐTT thực so với KĐTT lý tưởng ta cứ vào các thông số của mạch tích hợp KĐTT thực với thông số ly tưởng Nhưng thiết kế các mạch điện tử đơn giản ta có thể coi các IC KĐTT thực được sử dụng một KĐTT lý tưởng Mạch điên tương đương KĐTT lý tưởng Trong đó, là trở kháng vào của KĐTT, là trở kháng của KĐTT, điện áp vào đến của vào đảo, là điện áp vào đến cảu vào không đảo, là điện áp vào vi sai Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra: Trong đó , điện áp vi sai cửa vào: 2.4.3.Các mạch khuếch đại dùng KĐTT Mạch khuếch đại đảo : điện áp vào cần khuếch đại : điện trở mạch phản hồi âm : điện trở mạch vào : điện trở nói đất với của vào không đảo Tại nút N ta có:=0 Vậy Mặt khác, dòng điện chảy qua 0, nên điện áp tại nút N 0, hay =0.Vậy ta có kết quả: Hệ số khuếch đại điện áp của mạch : Vậy biểu thức của tín hiệu ra: Mạch khuếch đại không đảo Mạch khuếch đại không đảo Mạch lặp lại điện áp Vì điện trở của vào của KĐTT ô lớn, nên dòng điện chảy qua 0.Từ đó ta có: Trong đó ta có: = Vậy hệ số khuếch đại điện áp của mạch khuếch đại không đảo : viết sau: == được Vậy tín hiệu xác định biểu thức: Chương : Tính toán, thiết kế mạch đo Dải đo từ t*C= 0*C – tmax = 0*C – (50+10*5)˚C v • Chuẩn hóa đầu với mức điện áp • U = ÷ 10V • I = ÷ 20mA • Dùng cấu đo để thị • Khi nhiệt độ giới hạn bình thường t*c = – 2.tmax/3 Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối nhau: t= (1+0,5.3)=2,5(s) • Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị: t= (40+5*10)˚C • Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng hiển thị số BCD Hiển thị nhiệt độ đo Led 3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến Cảm biến được lựa chọn là IC LM35 Việc đo nhiệt độ sử dụng LM35 thông thường sử dụng cách : LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Dùng ADC 10 bit Giá trị của ADC này từ [-1024 đến 1024] nên ta lấy giá trị dương giá trị ADC của nó là đến 2048 LM 35 có nhiệt độ tối đa là 150 Mà bài yêu cầu nằm khoảng là t= (0 -100) Cứ 10mV tương ứng với nên : + Tại thì giá trị đầu của LM35 thì điện áp 0V Mà với LM35 nhiệt độ Max là 150˚C thì điện áp đầu là 1,5V +Theo bài tại gt 100˚C thì giá trị đầu của LM35 là : 100*0,01=1V Ta thấy giá trị đầu rất nhỏ so với giá trị max là 10VĐiện áp tương ứng là 1,00 mà LM35 thay đổi 10mV 3.2 Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp Vì hầu hết các nguồn sử dụng mạch đều là nguồn một chiều mà thực tế thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V => Biến đổi dòng xoay chiều sang chiều Tính chọn máy biến áp: Ở có hai nguồn đó: +5V, +12V/12V, vậy cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy hai cấp điện áp mình dùng Hoặc ta có thể hạ xuống 12V dùng biến trở để chỉnh xuống 5V tiêu tốn lượng lượng vì vậy nên dùng bộ chỉnh lưu điện áp Một phương pháp khác là ta có thể 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 và điện áp là 12V • Mạch chỉnh lưu : ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu điện áp nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ so với phương pháp cân nên ta chọn bộ chỉnh lưu cầu pha nửa chu kỳ • Bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san điện áp để dòng điện phẳng hơn, lọc tụ điện khá đơn giản và chất lượng học khá cao Nên ta dùng tụ điện • Khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp +5V, +12V/-12V Ta dùng IC7812/IC7912 và 7805 Sơ • đồ khối của mạch nguồn: Hình 18: Sơ đồ khối mạch nguồn Dùng IC ổn áp 7805 cấp nguồn vào ổn định là 5V cho IC LM35 3.3 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa 3.3.1 : Chuẩn hóa đầu với mức điện áp U= 10V Dùng bộ khuếch đại không đảo Với mạch khuếch đại không đảo ta có công thức: • Tín hiệu xác định biểu thức: U0 = (1+RF/R1)UI (*) Với bài có: UI = - 1V Chuẩn hoá áp ra: U0 = – 10V Ta có: 10 = (1+RF/R1)1 • • RF/R1=897/100 RF(R7)=897ohm, R1(R8)=100ohm Chọn R4 = 10k 3.3.4 Chuẩn hóa đầu có dòng 4mA Dùng mạch biến đổi U-I với khuếch đại thuật toán Điều kiện của mạch là: R2.R5=R1.R6 Biểu thức dòng điện ra: IL=(UI2-UI1).R1/(R2.R3) • Khi IL=4(mA) => UI2=0V • Khi IL=20(mA) => UI2=1,03V Ta có hệ: 4.10^-3 = - (UI1.R1)/(R2.R3) 20.10^-3 = (1,00 – UI1).R1/(R2.R3) => = (10- UI1)/(-UI1) => UI1= -2.5V R1/R2=R3/625 Chọn R1=R2=10k, R5=R6=1k => R3= 625ohm Chọn RL=2.2 ohm 3.4 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED Dùng mạch tạo xung vuông đối xứng với IC NE555 Theo yêu cầu bài toán thời gian sáng và thời gian tối của LED và bằng: =(1+0,5.3)=2,5 (s ) Ta có R10=R11=10kΩ Từ công thức R11.C1.0,69= suy C1=362.32 uF 3.5 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Dùng mạch so sánh khuếch đại thuật toán Theo bài ra: tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt quá giá trị tC== =90c ta chọn mức cảnh báo nhiệt độ 90C suy điện áp so sánh là +0,9V 3.6 Dùng phần mềm mô mạch Hình 3.6: Mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC LM35 • Xây dựng hiển thị số BCD • Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân • ADC0804 là một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải bit • Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Để ADC0804 làm việc thì chân CS phải được đặt mức thấp Chân RD nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp, đồng thời thì chân RW phải có một xung cao xuống thấp để IC bắt đầu quá trình chuyển đổi Cụ thể mạch sử dụng IC555 để tạo xung vuông LED D1 tắt báo cho người dùng biết quá trình chuyển đổi hoàn tất RD mức thấp, tín hiệu số được đưa PORT D (DB0-BD7) Quá trình cứ lặp lặp lại và điện áp chân VIN được chuyển đổi sang mã nhị phân • Sơ đồ mô Proteus • Số nhị phân bit có giá trị lớn nhất là 255 Vì vậy ta sử dụng LED đoạn để hiển thị kết quả tương ứng với các số hàng đơn vị, hàng chục và hàng trăm • Từ nhận xét này chúng em chia thành các khối mạch sau: khối hiển thị LED đoạn hàng đơn vị, khối mạch hiển thị hàng chục và 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 quả từ 010 đến 1810 , để đọc được kết quả dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết quả có được từ mạch cộng nhị phân • Dưới là kết quả tương đương loại mã: thập phân, nhị phân và BCD • Nhận thấy: • Khi kết quả = 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm cho mã nhị phân • Để giải quyết vấn đề hiệu chỉnh này trước tiên ta thực hiện một mạch phát hiện kết quả trung gian của mạch cộng số nhị phân bit Mạch này nhận kết quả trung gian của phép cộng số nhị phân bit và cho ngõ Y=1 kết qủa này >= 10, ngược lại, Y=0 Bảng • thật: • Mạch cộng số BCD được thực hiện theo sơ đồ: Hình 28 Mạch cộng số nhị phân bit • Vận hành: • IC thứ nhất cho kết quả trung gian của phép cộng hai số nhị phân • IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết quả là số BCD • Khi kết quả =10,IC nhận ỡ ngõ vào A số 0110 (do Y=1) và kết quả được hiệu chỉnh nói • Như vậy, ta chuyển đổi được số nhị phân bit thành số BCD • Tiếp theo ta đổi số bit, bit, bit và bit thành số BCD • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng là 16 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng là 32 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng là 64 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng vào khối hiển thị hàng chục Lúc này có thể xuất hiện bit tràn hàng chục nên ta đưa vào khối hiển thị hàng trăm • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng là 128 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục (nếu có bit tràn thì cộng vào khối hiển thị hàng trăm) và cộng vào khối hiển thị hàng trăm • Tiếp theo là phần hiển thị kết quả: ta sử dụng IC 7447 để giải mã LED đoạn • Sơ đồ mô Proteus Hình 29: Bộ chuyển đổi bit sang BCD KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Quá trình làm đề tài giúp em hiểu rõ về ứng dụng thực tế của các linh kiện được học và Qua đó em luyện tập được khả tư duy, kĩ sử dụng phần mềm ,cách thức nghiên cứu, giải quyết một số vấn đề thực tế Mô hình mạch đo được thế kế có thể sư dụng rộng rãi để đo nhiệt độ phòng, đo nhiệt độ để cảnh báo cháy, …Bên cạnh đó mạch đo nhiệt độ là thành phần quan trọng một số mạch chức khác hệ thống đo và điều chỉnh nhiệt độ lò cao, bộ phân ngắt nhiệt, cung cấp nhiệt lò sưởi… • Những việc làm được: • Nghiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ • Thiết kế nguồn cung cấp • Chọn linh kiện thiết kế cho hệ thống • Sơ đồ các khối chức và sơ đồ mạch đo • Những việc chưa làm được: • Chưa chỉnh được sai số của mạch khuếch đại • Mạch chưa tối ưu, và sử dụng một số thiết bị điện tử Hi vọng mạch nhiều ứng dụng rộng tương lai ... (1+0,5.3)=2,5(s) • Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị: t= (40+5*10)˚C • Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng hiển thị số BCD Hiển thị nhiệt độ đo Led 3.1 Tính toán, lựa... Tổng quan phương pháp đo nhiệt độ 1.4.1: Sơ đồ khối Để thực hiện phép đo của một đại lượng nào đo thì phụ thuộc vào đặc tính của đại lượng cần đo ,điều kiện đo, cũng độ xác... nay.Trong đo thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) được quy định là mét đơn vị đo bản của hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo này có thể đánh giá được nhiệt độ 1.2 Đo nhiệt độ phương