GHÉP NỐI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ VỚI MÁY TÍNH VÀ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN

GHÉP NỐI THÍ NGHIỆM VẬT LÝ VỚI MÁY TÍNH VÀ MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN ThS Hoàng Phụng Hịch Trường CĐSP Hà Nội Việc áp dụng máy vi tính vào kỹ thuật đo lường điều khiển hướng phát triển công nghệ thông tin Các thiết bị, hệ thống đo lường điều khiển ghép nối với máy tính, có khả xử lý với độ xác cao, thời gian thu thập ngắn, có khả tự động hóa việc thu thập số liệu xử lý kết đo kể lập bảng thống kê in kết Vấn đề đưa máy tính vào cải tiến thí nghiệm vật lý làm xu hướng nhiều ưu điểm: • Sử dụng tự động hoá đo đạc, hạn chế sai số đo phản xạ người làm thí nghiệm trình đo • Quá trình vật lý thường gắn với trình đo thời gian, với đồng hồ thường độ xác đạt tới 0,1s với đồng hồ bấm giây, 0,01s với đồng hồ điện tử, với máy vi tính cách truy nhập vào thời gian hệ thống đạt tới 0,01s trang bị vi mạch đếm thời gian độ xác đạt tới 10-3 –10-5 s • Máy vi tính không xử lý tín hiệu số mà xử lý đại lượng vật lý tương tự Các tín hiệu tương tự nhiệt độ, điện áp, dòng điện … chuyển tín hiệu Dizital để xử lý biến đổi A/D • Sau thu thập số liệu, chương trình phần mềm xử lý nhanh chóng, rõ ràng đầy đủ số liệu đưa kết Với lý đó, nội dung viết đề cập tới thiết kế số mạch ghép nối ứng dụng ghép nối thí nghiệm vật lý với máy tính với mạch vi điều khiển I- GHÉP NỐI THÍ NGHIỆM VỚI MÁY TÍNH: Trong thí nghiệm vật lý thường có hai loại: đo thời gian xảy trình vật lý khảo sát biến đổi đại lượng vật lý Trong viết đề cập tới hai mạch điện đáp ứng yêu cầu mạch ghép nối ghép với cổng máy in, dễ dàng tương thích với mức điện áp linh kiện điện tử loại TTL 1- Đo thời gian xảy trình vật lý Sơ đồ thiết kế mạch gồm mạch điện chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện nối với cổng máy in, mạch điều khiển rơ le (hay nam châm điện) dùng điều khiển thiết bị bên Hoạt động mạch: có vật chắn sáng qua cảm biến quang điện, tín hiệu điện tương ứng chuyển tới máy tính, máy tính ghi lại thời điểm đồng hồ hệ thống Tuỳ theo thí nghiệm sử dụng số cảm biến khác nhau, chương trình hiển thị kết thời gian vật chắn sáng qua cảm biến hay thời gian vật di chuyển từ cảm biến sang cảm biến khác Mạch điện áp dụng cho thí nghiệm : • Đo gia tốc trọng trường phương pháp rơi tự • Đo gia tốc trọng trường lắc thuận nghịch • Nghiệm lại định luật chuyển động máy Atút • Khảo sát vận tốc truyền sóng dây đàn theo chiều dài lực căng dây 2- Biến đổi ADC (chuyển tín hiệu điện tương tự thành tín hiệu số) Biến đổi ADC khâu quan trọng, cầu nối máy tính với đại lượng điện (điện áp, dòng điện) hay không điện (nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ánh sáng ) Có nhiều vi mạch chuyên dụng chế tạo để thực yêu cầu Trong bảng mạch thiết kế dùng vi mạch DAC 0808 để số hoá tín hiệu tương tự phương pháp so sánh Với vi mạch tín hiệu điện mã hoá bít nên độ xác đạt tới 0.4% Mạch điện gồm IC đệm liệu 74LS 245, IC DAC 0808, mạch khuếch đại thuật toán loại TL82 tương ứng với kênh đầu vào cổng quang điện dùng cho ứng dụng khác, nguồn điện cung cấp cho linh kiện mạch ổn áp mức ±9V 5V Sơ đồ khối mạch ADC Slot máy tính Mạch biến đổi DAC Mạch đệm liệu SS Mạch biến đổi thành tín hiệu điện Cảm biến Trong thiết kế, biến đổi ADC đo đồng thời kênh, có ba kênh vào tín hiệu khuyếch đại chiều khoảng 20-200 lần Zắc nối tín hiệu vào có nối với nguồn nuôi 5V, thuận lợi cho ghép mạch đo lường khác vào bảng mạch Mạch thu thập số liệu điện không điện chuyển thành tín hiệu tương tự qua mạch ghép nối chuyển thành tín hiệu số (ADC) đưa máy vi tính xử lý số liệu hiển thị Mạch ghép nối áp dụng cho thí nghiệm : • Khảo sát trình chuyển trạng thái băng phiến • Nghiệm lại định luật Malus tượng phân cực ánh sáng • Đo bước sóng ánh sáng phương pháp giao thoa… Các thí nghiệm dược viết ngôn ngữ Delphi, ngôn ngữ tương tự ngôn ngữ Paxcan dễ dàng kết hợp với ngôn ngữ Assembly dùng cho truy nhập cổng Giao diện thí nghiệm thân thiện, có hướng dẫn thực thao tác thực hành, số liệu cần đo tiến hành số lần, phù hợp nhập vào bảng số liệu với giá trị trung bình Kết thực hành hiển thị kết hay đồ thị cần khảo sát Các thí nghiệm dùng làm thí nghiệm thực hành thí nghiệm chứng minh II- GHÉP NỐI THÍ NGHIỆM VỚI MẠCH VI ĐIỀU KHIỂN: Hiện nay, phát triển công nghệ đạt mức độ cao Các mạch vi điều khiển đời có chức hệ vi xử lý nhỏ, lại có nhiều tính ưu việt: nhỏ gọn, số cổng giao tiếp với thiết bị ngoại vi nhiều, đặc biệt có đếm dùng đo thời gian kiện đạt độ xác tới 1µs Sử dụng mạch vi điều khiển chế tạo thiết bị đo lường thí nghiệm vật lý đạt độ xác cao mà giá thành thấp Trong phần trình bày đề cập tới số ứng dụng mạch vi điều khiển 8051 đo thời gian diễn biến trình vật lý: • Sử dụng mạch vi điều khiển với cảm biến quang học làm dụng cụ đo thời gian với độ xác 1ms • Sử dụng mạch vi điều khiển đo tần số dao động mạch xoay chiều KẾT LUẬN Việc ứng dụng máy vi tính mạch vi điều khiển vào kỹ thuật đo lường điều khiển đem lại kết đầy ưu việt Các thiết bị, hệ thống đo lường điều khiển ghép nối với máy tính có độ xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, tự động thu thập xử lý kết đo nhanh xác, ứng dụng có hiệu thí nghiệm Vật lý Mặt khác, việc tiếp cận với kỹ thuật đo lường điều khiển thể học phần cấu trúc máy tính thiết bị ngoại vi ban đào tạo Vật lý Công nghệ thông tin trường Sư phạm Việc thiết kế bảng mạch để sinh viên thực hành viết chương trình đo lường điều khiển giúp sinh viên lĩnh hội kiến thức dễ dàng bước đầu tìm hiểu ứng dụng kỹ thuật ghép nối máy tính yêu cầu cần thiết Thiết kế bảng mạch để xây dựng thí nghiệm vật lý, thí nghiệm kỹ thuật điện tử, kỹ thuật số, hay thiết bị ngoại vi phục vụ giảng dạy ban Vật lý hay Điện tử -Tin học giải pháp đổi phương pháp dạy học, mong nhận ý kiến trao đổi bạn đồng nghiệp Hà nội, tháng năm 2007 ...I- GHÉP NỐI THÍ NGHIỆM VỚI MÁY TÍNH: Trong thí nghiệm vật lý thường có hai loại: đo thời gian xảy trình vật lý khảo sát biến đổi đại lượng vật lý Trong vi t đề cập tới hai mạch điện đáp... LUẬN Vi c ứng dụng máy vi tính mạch vi điều khiển vào kỹ thuật đo lường điều khiển đem lại kết đầy ưu vi t Các thiết bị, hệ thống đo lường điều khiển ghép nối với máy tính có độ xác cao, thời... trình vật lý: • Sử dụng mạch vi điều khiển với cảm biến quang học làm dụng cụ đo thời gian với độ xác 1ms • Sử dụng mạch vi điều khiển đo tần số dao động mạch xoay chiều KẾT LUẬN Vi c ứng dụng máy