Nghiên cứu thiết kế, xây dựng thiết bị đo nồng độ chì trong môi trường sử dụng công nghệ FPAA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI X W LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐO LƯỜNG & CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ CHÌ TRONG MÔI TRƯỜNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FPAA NGUYỄN HỒNG ĐÔNG HÀ NỘI - 2010 Danh sách hình vẽ Danh sách hình vẽ Hình 1.1 : Loại cuvet thường dùng máy đo quang Hình 1.2 : Phổ hấp thụ ánh sáng Hình 1.3 : Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo quang Hình 1.4 : Điện cực chuẩn Calomel (Hg2Cl2) Hình 1.5 : Điện cực chuẩn Clorua bạc (AgCl) Hình 1.6 : Điện cực đo điện cực chuẩn ghép với điện cực đo PH Hình 1.7 : Minh hoạ phương pháp sử dụng điện cực màng chọn lọc Hình 2.1 : Cấu trúc vi mạch AN10E04 Hình 2.2 : Cấu trúc vi mạch ANx20E04 Hình 2.3 : Cấu trúc vi mạch ANx21E04 Hình 3.1 : Chuẩn hóa tín hiệu sensor vi mạch FPAA Hình 3.2 : Sensor đo di chuyển kiểu biến áp vi sai Hình 3.3 : Mạch chuẩn hóa tín hiệu từ cầu đo dùng tensor Hình 3.4 : Sensor đo di chuyển kiểu biến áp vi sai Hình 3.5 : Mạch đo cho sensor kiểu biến áp vi sai Hình 3.6 : Chia khoảng tín hiệu sensor để xử lý Hình 3.7 : Sơ đồ khối thành phần hệ thống để xử lý tín hiệu Hình 3.8 : Giải thuật xử lý để làm tăng độ phân giải cho ADC Hình 3.9 : Quá trình xử lý tín hiệu sensor : chia thành khoảng để tăng độ phân giải ADC thêm bit Hình 3.10 : Mô hình điều khiển PID Hình 3.11 : Một điều khiển PID thực FPAA Hình 3.12 : Bộ điều khiển mức chất lỏng Hình 3.13 : Bộ điều khiển PI vi mạch FPAA Hình 4.1 : Sơ đồ khối thiết bị Hình 4.2 : Giao diện lập trình vi điều khiển ATmega32 AN220E04 Nguyễn Hồng Đông vi Đo lường hệ thống Điều khiển Danh sách hình vẽ Hình 4.3 : Kết nối vi điều khiển ATmega32 LCD Hình 4.4 : Sơ đồ bàn phím Hình 4.5 : Sơ đồ nguyên lý mạch bàn phím Hình 4.6: Sơ đồ khối DS1307 Hình 4.7: Thanh ghi thời gian DS1307 Hình 4.8 : DS1307 kết nối với vi điều khiển theo bus I2C Hình 4.9 : Sử dụng vi mạch chuyển đổi FT232 Hình 4.10 : Cấu hình xác định khoảng tín hiệu đầu vào Hình 4.11: Quá trình xử lý khoảng Hình 4.12 : Quá trình xử lý khoảng Hình 4.13 : Quá trình xử lý khoảng Hình 4.14: Quá trình xử lý khoảng Hình 4.15 : Quá trình xử lý PT100 Hình 4.16 : Quá trình xử lý tín hiệu vi mạch FPAA Hình 4.17 : Bảng Look-up Table dùng để tuyến tính hoá tín hiệu Hình 4.18 : Lưu đồ thuật toán chương trình Hình 4.19 : Giao diện chương trình Hình 4.20 : Dữ liệu thu thập từ thiết bị Nguyễn Hồng Đông vii Đo lường hệ thống Điều khiển Mục lục Mục lục CHƯƠNG I: TÁC HẠI CỦA CHÌ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NỒNG ĐỘ CHÌ .1 I.1.Tổng quan chì (Pb) .1 I.1.1.Tác hại chì…………………………………………………………………… I.1.2.Các nguồn gốc phát sinh chì sống………………………………….2 I.2.Một số phương pháp đo nồng độ chì……………………………………………3 I.2.1.Phương pháp trắc quang………………………………………………………… I.2.1.1.Định luật Lambe-Beer………………………………………………………3 I.2.1.2.Phổ hấp thụ………………………………………………………………… I.2.1.3.Tính chất mật độ quang……………………………………………… I.2.1.4.Sơ đồ thiết bị đo quang…………………………………………………… I.2.2.Phương pháp dùng điện cực màng chọn lọc ion………………………………6 I.2.2.1.Lý thuyết chung…………………………………………………………… I.2.2.2.Điện cực chuẩn………………………………………………………………7 I.2.2.3.Điện cực đo………………………………………………………………… I.2.2.4.Đo nồng độ Pb2+ phương pháp điện cực màng lựa chọn ion……9 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ FPAA……………………….11 II.1.Quá trình phát triển công nghệ FPAA………………………………….11 II.2.Các hệ vi mạch FPAA………………………………………………………14 II.2.1.FPAA hệ thứ nhất- AN10E04…………………………………………… 14 II.2.2.FPAA hệ thứ hai…………………………………………………………….16 II.2.2.1.AN120E04 AN220E04……………………………………………… 17 II.2.2.2.AN121E04 AN221E04……………………………………………… 20 II.3 Giới thiệu phần mềm thiết kế AnadigmDesigner®2…………………… 21 CHƯƠNG III: CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ FPAA…… 23 III.1.Chuẩn hóa tín hiệu sensor…………………………………………………….24 III.2.Mạch đo dùng tensor………………………………………………………… 27 Nguyễn Hồng Đông iii Đo lường hệ thống Điều khiển Mục lục III.3.Mạch đo dùng tensor kiểu biến áp vi sai………………………………… 28 III.4.Tăng độ phân giải cho ADC………………………………………………… 30 III.5.Công nghệ FPAA ứng dụng thiết bị điều khiển…………… 36 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ CHÌ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FPAA………………………………………………… 41 IV.1 Đặt vấn đề……………………………………………………………………….41 IV.2 Các bước thiết kế thiết bị đo nồng độ chì…………………………………42 IV.3 Yêu cầu kỹ thuật thiết bị……………………………………………… 42 IV.4 Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì…………………………………………… 43 IV.4.1 Sơ đồ khối…………………………………………………………………… 43 IV.4.2 Thiết kế phần cứng thiết bị………………………………………………… 43 IV.4.2.1 Giao diện cấu hình vi điều khiển với vi mạch AN220E04….44 IV.4.2.2 Màn hình LCD………………………………………………………… 45 IV.4.2.3 Bàn phím…………………………………………………………………47 IV.4.2.4 Đồng hồ thời gian thực RTC………………………………………… 49 IV.4.2.5 Truyền thông với máy tính…………………………………………….51 IV.4.3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị…………………………………………………53 IV.4.4 Thiết kế phần mềm……………………………………………………………54 IV.4.4.1 Nguyên lý hoạt động chung thiết bị…………………………… 54 IV.4.4.2 Thiết kế khối chức AN220E04…………………… 54 IV.4.4.3 Lưu đồ thuật toán vi điều khiển………………………………… 63 IV.4.5 Chương trình thu thập liệu máy tính………………………………64 IV.5 Kết trình thiết kế………………………………………………65 IV.5.1 Mạch phần cứng……………………………………………………………….65 IV.5.2 Phần mềm thu thập liệu………………………………………………… 66 IV.6 Đánh giá hướng phát triển đề tài………………………………… 66 Nguyễn Hồng Đông iv Đo lường hệ thống Điều khiển Mục lục TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… 67 Nguyễn Hồng Đông v Đo lường hệ thống Điều khiển Chương I : Tác hại chì phương pháp đo nồng độ chì CHƯƠNG I : TÁC HẠI CỦA CHÌ VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NỒNG ĐỘ CHÌ I.1 TỔNG QUAN VỀ CHÌ (Pb) I.1.1 Tác hại chì Chì (Pb) kim loại nặng màu xám xanh có nhiều vỏ trái đất Khi gặp không khí nước, lớp hợp kim tạo ra, bao che chì khỏi bị gỉ sét, ăn mòn Chì (Pb) diện tự nhiên môi trường qua sử dụng chì kỹ nghệ Trong sản xuất công nghiệp chì có vai trò quan trọng Tuy nhiên nguyên tố kim loại có tính độc hại cao thể người sinh vật Việc nhiễm độc chì cấp tính tích lũy nhiều năm qua chuỗi thức ăn hệ sinh thái Không khí, nước thực phẩm bị ô nhiễm chì nguy hiểm cho người, trẻ em phát triển động vật Chì làm phát triển não trẻ em bị ảnh hưởng, chì ức chế hoạt động enzym, không não mà phận tạo máu, tác nhân phá huỷ hồng cầu Khi hàm lượng chì máu khoảng 0,3 ppm ngăn cản trình sử dụng oxi để oxi hoá glucoza tạo lượng cho trình sống, làm cho thể mệt mỏi Ở nồng độ cao (>0,8 ppm) gây nên thiếu máu thiếu hemoglobin Hàm lượng chì máu nằm khoảng (0,5 – 0,8 ppm) gây rối loạn chức thận phá huỷ não Xương nơi tàng trữ tích tụ chì thể, chì tương tác với photphat xương truyền vào mô mềm thể thể độc tính Vì tốt tránh nơi có chì dạng nào, đồng thời dinh dưỡng ý dùng loại thực phẩm có hàm lượng Pb quy định cho phép, có đủ Ca Mg để hạn chế tác động Pb Vì dù không muốn có lượng Pb nhỏ định thâm nhập vào thể qua đường ăn uống hít thở Vì nên uống Nguyễn Hồng Đông -1- Đo lường hệ thống Điều khiển Chương I : Tác hại chì phương pháp đo nồng độ chì sữa, ăn nhiều rau xanh, loại thực phẩm đồ uống giàu vitamin B1 vitamin C có lợi cho việc chống lại hạn chế ảnh hưởng Pb thể Dấu hiệu ngộ độc chì thường thường xuất âm thầm, khó mà sớm phát giác Chỉ chì tích tụ tới mức độ cao, bệnh rõ rệt triệu chứng đặc biệt Ở trẻ em, nhiễm độc cấp tính khiến cho em trở nên cáu kỉnh, tập trung, ói mửa, dáng không vững, lên kinh phong Trường hợp mãn tính, em có dấu hiệu chậm trí, hay gây gổ, lên kinh thường xuyên, đau bụng, thiếu máu, suy nhược bắp, suy thận, đưa tới tử vong Thường thường, trẻ em bị tác hại chì trầm trọng người trưởng thành, đặc biệt tuổi hệ thần kinh non yếu khả thải độc chất thể chưa hoàn chỉnh Một số em bị nhiễm từ lòng mẹ bú sữa mẹ có hàm lượng chì cao Tới lớn, em tiêu thụ thực phẩm có chì, nuốt chì lẫn đất, bụi bò chơi mặt đất ăn mảnh vụn sơn tường nhà cũ Khi ngộ độc chì, người lớn hay than phiền đau tê đầu ngón chân, tay; bắp thịt mỏi yếu; nhức đầu, đau bụng, tăng huyết áp, thiếu máu, giảm trí nhớ, thay đổi tâm trạng, xảy thai, sản xuất tinh trùng…Lâu ngày, bệnh trở thành mãn tính, đưa tới suy thận, tổn thương thần kinh ngoại vi, giảm chức não I.1.2 Các nguồn gốc phát sinh chì sống - Sơn nhà - Đất chung quanh nhà nhiễm chì từ lớp sơn cũ - Bụi bậm nhà có chì từ sơn tường cũ đất theo giầy dép mang vào nhà - Đồ chơi trẻ em, xích đu bàn ghế cũ quét với sơn có nhiều chì - Thực phẩm nước uống đựng bát đĩa, bình chứa phủ men bóng - Rau, trái có bụi chì bám vào, nên cần rửa trước ăn - Rượu whisky sản xuất lậu với máy chưng cất hàn chì có chì - Thuốc nhả lượng chì đáng kể Nguyễn Hồng Đông -2- Đo lường hệ thống Điều khiển Chương I : Tác hại chì phương pháp đo nồng độ chì - Hộp kim loại hàn chì để đựng thực phẩm - Trong vài mỹ phẩm thuốc nhuộm tóc, keo xịt tóc có hàm lượng chì cao -… I.2.MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐO NỒNG ĐỘ CHÌ I.2.1 Phương pháp trắc quang Phương pháp phân tích đo quang phương pháp phân tích công cụ dựa việc đo tín hiệu xạ điện từ tương tác xạ điện từ với chất nghiên cứu Phương pháp có ưu điểm tiến hành nhanh, thuận lợi, có độ nhạy cao, độ xác tới 10-6 mol/l Tuỳ thuộc vào hàm lượng chất cần xác định mà có độ xác từ 0,2 tới 20% I.2.1.1 Định luật Lambe-Beer Khi chiếu chùm xạ đơn sắc (cường độ xạ ban đầu I0) qua lớp dung dịch có bề dày l có nồng độ C, sau qua dung dịch cường độ xạ bị giảm (cường độ xạ khỏi dung dịch I) trình hấp thụ, phản xạ, tán xạ Độ hấp thụ quang dung dịch tỷ lệ thuận với C l Aλ = lg % truyền qua : T = I0 =ε.l.C I I 100(%) Æ Aλ = -lgT I0 đó: Aλ : Độ hấp thụ Ε : hệ số hấp thụ mol (lit.mol-1.cm-1) ε đặc trưng cho khả hấp thụ ánh sáng dung dịch Phụ thuộc vào chất dung dịch bước sóng λ l : bề dày dung dịch (cm) C : nồng độ dung dịch (mol/l) Nguyễn Hồng Đông -3- Đo lường hệ thống Điều khiển Chương I : Tác hại chì phương pháp đo nồng độ chì Hình 1.1: Loại cuvet thường dùng máy đo quang I.2.1.2 Phổ hấp thụ Dung dịch hấp thụ ánh sáng có tính chất chọn lọc Đồ thị biểu diễn A = f(λ) (hoặc ε = f(λ) lgε = f(λ)) gọi phổ hấp thụ ánh sáng dung dịch Trên phổ hấp thụ có nhiều cực đại, thường chất màu có cực đại Tại λmax ta có Amax (hoặc εmax) Hình 1.2: Phổ hấp thụ ánh sáng I.2.1.3.Tính chất mật độ quang Chiếu chùm ánh sáng qua liên tiếp dung dịch : Tổng độ hấp thụ quang dung dịch : AΣ = lg Nguyễn Hồng Đông -4- I0 I2 Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA IV.4.3 Sơ đồ nguyên lý thiết bị Nguyễn Hồng Đông - 53 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA IV.4.4 Thiết kế phần mềm IV.4.4.1 Nguyên lý hoạt động chung thiết bị Vi điều khiển có trách nhiệm điều khiển chung hoạt động thiết bị Các thông tin dùng để nạp cấu hình cho vi mạch FPAA lưu trữ vi điều khiển Sau lần Power on Reset, vi điều khiển đưa thông tin cấu hình nạp vào SRAM ẩn vi mạch FPAA Các thông tin sau tự động cập nhật vào SRAM cấu hình sau chu kỳ xung nhịp Sau thiết lập cấu hình, vi mạch FPAA hoạt động theo thông tin SRAM cấu hình Vi mạch FPAA thực xử lý tín hiệu đầu vào từ sensor, sau chuẩn hoá tín hiệu trước đưa vào ADC Quá trình xử lý tín hiệu FPAA xem xét cụ thể phần sau Kết hiển thị hình LCD truyền máy tính để lưu trữ Ngoài thành phần trên, thiết bị có phần giao tiếp với máy tính, bàn phím để thực chức thiết bị IV.4.4.2 Thiết kế khối chức AN220E04 Như ta biết, khối chức vi mạch AN220E04 thiết kế thông qua phần mềm AnadigmDesigner®2 Người thiết kế sử dụng khối chức cần thiết thư viện CAM phần mềm này, kết nối với để tạo thành hệ thống mạch hoàn chỉnh Vi mạch AN220E04 thực công việc sau : - Xử lý tín hiệu sensor ISE đo nồng độ chì, tín hiệu đầu đưa vào ADC vi điều khiển - Xử lý tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ PT100, tín hiệu đầu đưa vào ADC vi điều khiển IV.4.4.2.1 Quá trình xử lý tín hiệu cảm biến đo nồng độ chì Cảm biến đo nồng độ chì có tín hiệu điện áp khoảng -1V÷1V Tín hiệu sau xử lý nhờ vi mạch FPAA đưa vào ADC vi điều khiển Nhằm mục đích tăng độ phân giải ADC, ta thực chia tín hiệu đầu Nguyễn Hồng Đông - 54 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA vào thành khoảng, kết hợp với khả cấu hình động vi mạch FPAA Quá trình thực sau : - Ban đầu, ta phải xác định tín hiệu đầu vào nằm khoảng khoảng tín hiệu : -1V ÷ - 0,5V; -0,5V ÷ 0V; 0V ÷ 0,5V; 0,5V÷ 1V Thiết kế mạch vi mạch FPAA sau : Hình 4.10 : Cấu hình xác định khoảng tín hiệu đầu vào Tín hiệu đầu vào trừ -1V, nằm khoảng ÷2V Sau tín hiệu tiếp tục khuếch đại lên 1,28 lần để tín hiệu nằm dải ÷ 2,56V với dải tín hiệu điện áp đầu vào ADC Tín hiệu sau xử lý đưa vào ADC 10 bit Kết ADC cho biết tín hiệu nằm khoảng : + Kết ADC nằm khoảng ÷ 255, tín hiệu đầu vào nằm khoảng : 1V ÷ -0,5V + Kết ADC nằm khoảng 256 ÷ 511, tín hiệu đầu vào nằm khoảng : -0,5V ÷ 0V Nguyễn Hồng Đông - 55 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA + Kết ADC nằm khoảng 512 ÷ 767, tín hiệu đầu vào nằm khoảng : 0V ÷ 0,5V + Kết ADC nằm khoảng 768 ÷ 1023, tín hiệu đầu vào nằm khoảng : 0,5V ÷ 1V Sau xác định tín hiệu đầu vào nằm khoảng nào, vi điều khiển thực truyền thông tin cấu hình tương ứng với với khoảng để thực bước xử lý Quá trình xử lý tương ứng với khoảng thể file thiết kế sau : - Khoảng : Tín hiệu đầu vào nằm khoảng -1V ÷ -0,5V Quá trình xử lý sau : Hình 4.11: Quá trình xử lý khoảng Tín hiệu đầu vào trừ -1V để có tín hiệu nằm khoảng ÷ 0,5V Sau tín hiệu khuếch đại lên 5,12 lần để có tín hiệu nằm khoảng 0- 2,56V (bằng với dải tín hiệu đầu vào ADC) Tín hiệu sau xử lý xong vi mạch FPAA đưa vào ADC vi điều khiển Nguyễn Hồng Đông - 56 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA - Khoảng : Tín hiệu đầu vào nằm khoảng -0,5V ÷ 0V Quá trình xử lý sau : Hình 4.12 : Quá trình xử lý khoảng Tín hiệu đầu vào trừ -0,5V để có tín hiệu nằm khoảng ÷ 0,5V Sau tín hiệu khuếch đại lên 5,12 lần để có tín hiệu nằm khoảng 0- 2,56V (bằng với dải tín hiệu đầu vào ADC) Tín hiệu sau xử lý xong vi mạch FPAA đưa vào ADC vi điều khiển - Khoảng : Tín hiệu đầu vào nằm khoảng 0V ÷ 0,5V Quá trình xử lý sau : Nguyễn Hồng Đông - 57 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA Hình 4.13 : Quá trình xử lý khoảng Tín hiệu đầu vào khuếch đại lên 5,12 lần để có tín hiệu nằm khoảng 02,56V (bằng với dải tín hiệu đầu vào ADC) Tín hiệu sau xử lý xong vi mạch FPAA đưa vào ADC vi điều khiển - Khoảng : Tín hiệu đầu vào nằm khoảng 0,5V ÷ 1V Quá trình xử lý sau : Hình 4.14: Quá trình xử lý khoảng Nguyễn Hồng Đông - 58 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA Tín hiệu đầu vào trừ 0,5V để có tín hiệu nằm khoảng ÷ 0,5V Sau tín hiệu khuếch đại lên 5,12 lần để có tín hiệu nằm khoảng 0- 2,56V (bằng với dải tín hiệu đầu vào ADC) Tín hiệu sau xử lý xong vi mạch FPAA đưa vào ADC vi điều khiển Như vậy, kết hợp việc biết tín hiệu đầu vào nằm khoảng khoảng tín hiệu giá trị ADC khoảng ta có kết ADC 12 bit tín hiệu IV.4.4.2.2 Quá trình xử lý tín hiệu cảm biến đo nhiệt độ : PT100 PT100 nhiệt điện trở, có giá trị điện trở khoảng 100Ω ÷ 138,5Ω tương ứng với dải nhiệt độ 00C ÷ 1000C (dải đo nhiệt độ thiết bị 00C ÷ 1000C) Bảng giá trị điện trở PT100 sau : t : nhiệt độ (0C) RF : điện trở PT100 (Ω) Nguyễn Hồng Đông - 59 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA Nguyễn Hồng Đông - 60 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA Quá trình sử dụng PT100 để đo nhiệt độ sau : 1mA Pt100 FPAA ATmega32 Xử lý, chuẩn hoá tín hiệu ADC Hiển thị kết Hình 4.15 : Quá trình xử lý PT100 Nhiệt điện trở PT100 cấp nguồn dòng 1mA để chuyển thành tín hiệu điện áp Sau thực lặp áp, tín hiệu đưa vào vi mạch FPAA để xử lý, chuẩn hoá trước đưa vào ADC vi điều khiển ATmega32 Sau kết đưa hiển thị Ngoài ra, thông tin nhiệt độ sử dụng để bù nhiệt độ cho phép đo nồng độ chì Thông tin nhiệt độ truyền PC thông qua cổng USB Quá trình xử lý tín hiệu vi mạch FPAA sau : Hình 4.16 : Quá trình xử lý tín hiệu vi mạch FPAA Nguyễn Hồng Đông - 61 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA Tín hiệu đưa vào trừ 100mV, sau khuếch đại, đưa vào bảng tra LUT (Look-up Table) Mục đích bảng LUT dùng để tuyến tính hoá tín hiệu Hình 4.17 : Bảng Look-up Table dùng để tuyến tính hoá tín hiệu Tín hiệu sau tuyến tính hoá đưa vào ADC vi điều khiển ATmega32 Nguyễn Hồng Đông - 62 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA IV.4.4.3 Lưu đồ thuật toán vi điều khiển Thuật toán chương trình sau : Hình 4.18 : Lưu đồ thuật toán chương trình Nguyễn Hồng Đông - 63 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA IV.4.5 Chương trình thu thập liệu máy tính Ta sử dụng phần mềm Visual Basic, với hỗ trợ dạng đối tượng cho phép hiển thị, giám sát thu thập liệu cách dễ dàng, thuận tiện với giao diện thân thiện với người vận hành Giao tiếp PC thiết bị thực thông qua cổng USB cổng COM Dưới số hình ảnh phần mềm thu thập liệu máy tính : Hình 4.19 : Giao diện chương trình Nguyễn Hồng Đông - 64 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA Hình 4.20 : Dữ liệu thu thập từ thiết bị Các liệu từ thiết bị truyền lên máy tính máy tính xử lý, lưu trữ Thông qua giao diện này, người vận hành quan sát giá trị đo thiết bị IV.5 KẾT QUẢ CỦA QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ IV.5.1 Mạch phần cứng Thiết kế chế tạo thiết bị đo nồng độ chì sử dụng vi mạch FPAA thu thập chuẩn hoá tín hiệu Thiết bị đáp ứng yêu cầu đặt ra, vận hành tương đối ổn định, tin cậy : - Hiển thị kết đo hình LCD - Có phím chức để lựa chọn - Kết nối với máy tính thông qua cổng USB cổng COM Nguyễn Hồng Đông - 65 - Đo lường hệ thống Điều khiển Chương IV : Thiết kế thiết bị đo nồng độ chì (Pb2+) sử dụng công nghệ FPAA IV.5.2 Phần mềm thu thập liệu Phần mềm thu thập liệu nhận liệu truyền từ thiết bị đo, sau hiển thị lưu trữ máy tính.Kết đạt liệu từ vi điều khiển truyền xác lên PC thông qua giao diện PC, người vận hành thực thao tác điều khiển hệ thống Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, xác, giao diện phần mềm đạt yêu cầu IV.6 ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Luận văn vào việc phân tích, đánh giá công nghệ FPAA, khả mạnh công nghệ FPAA việc thiết kế, chế tạo mạch điện tử tương tự Đồng thời, luận văn sâu vào việc thiết kế chế tạo thiết bị đo nồng độ chì sử dụng ưu điểm công nghệ FPAA Kết đạt đáp ứng yêu cầu, thiết bị hoạt động tương đối tốt, ổn định Với ưu điểm công nghệ FPAA, thiết bị hoàn toàn mở rộng thành thiết bị có nhiều đầu đo ISE, đầu đo tương ứng với cấu hình riêng, thông tin cấu hình lưu nhớ vi điều khiển Mặt khác, ta nên tìm thêm biện pháp, phương án khác để tăng độ xác cho thiết bị, giúp thiết bị hoạt động ổn định, tin cậy, xác lâu dài Nguyễn Hồng Đông - 66 - Đo lường hệ thống Điều khiển Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Atmel Corporation : ATmega32 Preliminary [2] V.Garde Dhananjay : The AVR Microcontroller, Programming and customizing , Mc-Graw Hill, 2000 [3] PGS.TS Phạm Thượng Hàn (chủ biên) : Đo lường đại lượng vật lý, Nhà xuất Giáo Dục [4] Ngô Diên Tập : Kỹ thuật vi điều khiển với AVR, Nhà xuất Khoa học & kỹ thuật, 2003 [5] Ngô Diên Tập : Lập trình ghép nối máy tính Windows, Nhà xuất Giáo dục [6] Lê Hải Sâm : Điện tử tương tự với công nghệ FPAA, NXB Khoa Học Kĩ Thuật, 2005 [7] ANx20E04, ANx21E04 User Manual, Anadigm Inc [8] Trang web : www.atmel.com [9] Trang web : www.dientuvietnam.net Nguyễn Hồng Đông - 67 - Đo lường hệ thống Điều khiển ... 36 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐO NỒNG ĐỘ CHÌ SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ FPAA ……………………………………………… 41 IV.1 Đặt vấn đề……………………………………………………………………….41 IV.2 Các bước thiết kế thiết bị đo nồng độ chì ………………………………42... nhiệt độ, … - Các thiết bị điều khiển động cơ, thiết bị tự động bán hàng - Các thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, đo di chuyển đại lượng khác - Các thiết bị đo từ xa, thiết bị đo phân tích... thay đổi cấu hình thiết bị trường, hoạt động Các sản phẩm FPAA sử dụng lại nhiều lần cho nhiều ứng dụng khác nhờ có khả thay đổi cấu hình chúng Do sử dụng công nghệ FPAA việc thiết kế, chế tạo mạch