Thiết kế hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ dùng vi xử lý ứng dụng trong giảng dạy tại trường đại học sao đỏ

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - NGUYN TH PHNG HU TI: THIT K H THNG O V IU KHIN NHIT DNG VI X Lí NG DNG TRONG GING DY TA TRNG I HC SAO LUN VN THC S NGNH: O LNG V CC H THNG IU KHIN NGI HNG DN KHOA HC: PGS.TS PHM TH NGC YN H NI - 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun l kt qu nghiờn cu ca riờng tụi, khụng chộp ca Ni dung lun cú tham kho v s dng cỏc ti liu, thụng tin c ng ti trờn cỏc tỏc phm, v cỏc trang web theo danh mc ti liu ca lun H Ni ngy 25 thỏng 10 nm 2010 Tỏc gi lun Nguyn Th Phng Hu Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến MC LC M u Danh mc cỏc hỡnhv Danh mc cỏc bng Chng I:Gii thiu h thng o v iu khin nhit 10 1.1 Khỏi nim v h thng iu khin nhit 10 1.2 Mụ hỡnh tng quỏt ca cỏc h thng o nhit 10 1.2.1 Mụ hỡnh h thng iu khin 10 1.2.2 Chc nng cỏc h thng iu khin 11 1.2.3 Cỏc phn t thit b o 12 Chng II: Cm bin o nhit 15 2.1 Khỏi nim cm bin 15 2.2 Phõn loi cm bin nhit 15 Chng III: Cỏc phng phỏp o nhit 21 3.1 C s chung 21 3.2 Cỏc phng phỏp o nhit 21 3.2.1 Phng phỏp o tip xỳc 21 3.2.2 Phng phỏp o khụng tip xỳc 23 Chng IV: Thit k bi thớ nghim la chn cm bin o nhit 25 4.1 Mc ớch 25 4.2 Phõn tớch cu trỳc c s d liu ca chng trỡnh tr giỳp la 25 chn thit b o 4.3 H thng cỏc lut tỡm kim 29 4.4 Hot ng ca chng trỡnh 31 4.5 Cỏc bc thit k v thc hnh 35 4.5.1 Thit k 35 4.5.2 Thc hnh 38 4.6 Giao din ca chng trỡnh 38 Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Chng V: Thit k v xõy dng mt s bi thớ nghim ng dng h 41 thng o lng v iu khin nhit Phn I: Thit k h thng o v iu khin nhit 41 5.1.Gii thiu chung 41 5.2 Thit k mch o v iu khin nhit 42 5.2.1 H thng o lng s 42 5.2.2 Chuyn i tng t- s 44 5.3 Thit k phn cng 54 5.3.1 S 54 5.3.2 S lc chc nng cỏc b phn 55 5.3.3 S chi tit cỏc 55 5.4 Thit k phn mm 60 5.4.1 Lu gii thut tng quỏt 60 5.4.2 Gii thut chng trỡnh c ADC v chng trỡnh i s nh phõn 61 sang mó BCD 5.4.3 Gii thut xut LED 61 5.4.4 Gii thut chng trỡnh tng gim 63 5.4.5.Gii thut chng trỡnh so sỏnh v iu khin 64 Phn II: Xõy dng bi thớ nghim ng dng h thng o v iu khin 65 nhit Bi 1: Ghộp ni cm bin vi mch o 65 Mc ớch: 65 Mt s loi cm bin nhit 65 Nguyờn lý lm vic chung ca cm bin nhit 71 Thc hnh 72 Bi 2: Thc hnh ghộp ni mch o vi vi x lý, hin th kt qu v 74 phng phỏp bự sai s Mc ớch Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu 74 Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Giao tip mỏy tớnh 74 Phn cng 83 Cỏc bc thc hnh 86 Kt lun 88 Ti liu tham kho 90 Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến M U t nc ta ang quỏ trỡnh hi nhp v phỏt trin, s cnh tranh vi cỏc nc trờn th gii trờn tt c cỏc lnh vc rt quyt lit ũi hi cỏc ngnh, cỏc cp phi khụng ngng i mi phng phỏp qun lý, ỏp dng cụng ngh tin tin, hin i nõng cao cht lung v hiu qu cụng vic i vi ngnh giỏo dc cng vy, ỏp ng nhu cu ngy cng cao ca th trng lao ng, cn phi nõng cao cht lng o to, khng nh v gi vng thng hiu Vỡ vy, ũi hi cỏc c s o to, c bit l cỏc trng i hc, cao ng, ngoi yu t khụng ngng nõng cao trỡnh chuyờn mụn v cht lng i ng giỏo viờn, ging viờn, cỏc trng núi chung v trng i hc Sao núi riờng cn phi chỳ trng n vic s dng, khai thỏc phng tin, dựng dy hc hin i, ng dng cỏc phn mm phc v quỏ trỡnh ging dy, nõng cao cht lng o to Ngy nay, vic ng dng mỏy tớnh vo k thut o lng v iu khin khụng cũn xa l vỡ cỏc thit b o lng iu khin c ghộp ni vi mỏy tớnh s cú thi gian thu thp v x lý d liu ngn mc chớnh xỏc c m bo, nhng iu ỏng quan tõm hn c l kh nng t ng hoỏ vic thu thp v x lý d liu Mt bc tin quan trng k thut vi x lý l s i ca cỏc b vi x lý k thut s õy l mt vi mch in t cú mt tớch hp cao bao gm rt nhiu cỏc mch s cú kh nng nhn, x lý v xut d liu c bit l quỏ trỡnh x lý d liu c thc hin theo mt chng trỡnh l mt hp cỏc lnh t bờn ngoi m ngi s dng cú th thay i d dng tu thuc vo tng ng dng Do ú mt b vi x lý cú th thc hin c rt nhiu cỏc yờu cu iu khin khỏc ph thuc vo nhu cu ca ngi s dng Vi nhng kin thc cú uc cựng vi s quan khụng ngng u t trang thit b, phũng thớ nghim phc v o to ca nh trng nhng nm qua Vic tn dng, khai thỏc trang thit b, phũng thớ nghim vic nõng cao hiu qu o to cng vi tớnh u vit ca vi x lý ó thụi thỳc em la chn ti: Thit k h thng o v iu khin nhit dựng vi x lý ng dng ging dy ti trng i hc Sao vi mc ớch xõy dng phn mm tr giỳp sinh viờn cỏc bi thớ nghim o v iu khin nhit Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến , la chn cm bin t ú giỳp sinh viờn tip cn vi cụng ngh thụng tin vo quỏ trỡnh hc tp, nghiờn cu v tỡm hiu cỏc ng dng ca cụng ngh hin i lm tin cho cỏc em trng cú c nhng kin thc thc tin c s hng dn, ch bo nhit tỡnh ca PGS-TS Phm Th Ngc Yn cựng cỏc thy cụ b mụn o lng v iu khin ó giỳp em hon thnh lun ny Tuy nhiờn trỡnh cũn hn ch nờn lun ny khụng th trỏnh nhng thiu sút, vỡ vy rt mong c s úng gúp, ch bo ca cỏc thy cụ lun ca em c hon thin hn qua ú giỳp em cú th xõy dng nhng ng dng thc tin Em xin chõn thnh cm n! Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến DANH MC CC HèNH V Hỡnh 1.1: S h thng iu khin Hỡnh 3.1 Cu to ca nhit k cp nhit ngu Hỡnh 3.2 Mch bự sai s nhit nhit u t thay i nhit k cp nhit ngu Hỡnh 4.1 Mụ dun SQL Labview Hỡnh 4.2 Complete SQL Session Hỡnh 4.3 Lu thut toỏn tr giỳp la chn cm bin Hỡnh 4.4 Giao din chớnh ca chng trỡnh Hỡnh 4.5 Thụng bỏo yờu cu nhp giỏ tr khong o Hỡnh 4.6 Giao din phn tra cu Hỡnh 5.1 Cu trỳc c bn ca h thng o Hỡnh 5.2 S ca mt h thng o lng Hỡnh 5.3 S ca mt h thng o lng s Hỡnh 5.4 Cu trỳc vi iu khin 89C51 Hỡnh 5.5 Cu trỳc b nh chng trỡnh Hỡnh 5.6 a ch cỏc ngt trờn b nh chng trỡnh Hỡnh 5.6 Cu trỳc b nh d liu Hỡnh 5.8 Cu trỳc b nh Hỡnh 5.9 Cu trỳc 128 byte thp ca b nh d liu Hỡnh 1.10 128 byte cao ca b nh d liu Hỡnh 5.11 S Hỡnh 5.12: Cỏc phớm nhn Hỡnh 5.13: Khi mch cm bin nhit Hỡnh 5.14: Lu gii thut tng quỏt Hỡnh 5.15: Gii thut chng trỡnh c ADC v chng trỡnh i s nh phõn sang mó BCD Hỡnh 5.16 Gii thut xut LED Hỡnh 5.17 Gii thut chng trỡnh tng gim Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Hỡnh 5.18 Gii thut chng trỡnh so sỏnh v iu khin Hỡnh 5.19 Cu to ca Thermocouple Hỡnh 5.20 Cp nhit in Hỡnh 5.21 Cu to ca nhit in tr RTD Hỡnh 5.22 Cm bin dng NTD Hỡnh 5.23 Cu to Thermistor Hỡnh 5.25 Tip giỏp p-n Hỡnh 5.26a IC cm bin nhit LM35 Hỡnh 5.26b Cm bin nhit dng Diode Hỡnh 5.27a IC cm bin nhit DS18B20 Hỡnh 5.27b IC cm bin nhit LM335 Hỡnh 5.28 Ho quang k Hỡnh 5.29 Ha k Hỡnh 5.30 S kt ni cp nhit in Hỡnh 5.31 S kt ni LM3 Hỡnh5.32 S kt ni RTD Hỡnh 5.33 cm 25 chõn Hỡnh 5.34 S kt ni vi cng mỏy in Hỡnh 5.36 Cng com 25 chõn Hỡnh 5.37 S ca h thng s dng DQA Hỡnh 5.38 S ca h thng s dng RS-232 Hỡnh 5.39 S chõn ca LM35 Hỡnh 5.40 S nguyờn lý mụ phng trờn Proteus Hỡnh 5.41 Giao din thit lp thụng s cho ADC Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến DANH MC CC BNG Bng 1.1 Cỏc loi cm bin th ng Bng 1.2 Hin tng bin i Bng 1.3 Kớch thớch - c tớnh Bng 1.4 Túm tt cu trỳc d liu v ngun tra cu ca cm bin nhit Bng 1.5 Quan h gia loi cm bin v mụi trng s dng Bng 1.6 Quan h gia v trớ t cm bin v hỡnh dng cm bin Bng 1.7 Cỏc phộp toỏn s hc Bng 1.8 Cỏc phộp toỏn logic Bng 1.9 Mu phiu iu tra Bng 2.1 Cỏc bit a ch T2CON S ER Bng 2.2 Ký hiu cỏc chõn 8052 Bng 2.3 Quy nh cỏc chõn ca cng Com chõn mc nh) Bng 2.4 Quy nh cỏc chõn cng Com 25 chõn (mc nh) Bng 2.5 Thụng s nhit chớnh xỏc Bng 2.6 H s c tớnh k thut Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Hỡnh5.34 S kt ni vúi cng mỏy in Vỡ 8255 c to lm vic mode1 nờn mỏy tớnh gi tớn hiu STROBE n 8255, yờu cu 8255 nhn d liu mỏy tớnh gi n v 8255 nhn d liu thỡ nú to mt tớn hiu PC5 a qua ACK bỏo cho mỏy tớnh bit l 8255 ó nhn d liu mỏy tớnh gi n, ng thi lỳc ú PC3 ca 8255 to tớn hiu INTRA tỏc ng n chõn ngt INT1 (pin13) ca 8052 lm cho 8052 chy chng trỡnh phc v ngt v d liu t mỏy tớnh qua 8255 s gi n CPU x lý c Giao tip bng cng ni tip (COM) Truyn tin ni tip l mt kiu d liu truyn d liu c a chung gia mt mỏy tớnh v thit b ngoi vi nh l mt thit b lp trỡnh c hoc thm l mt mỏy tớnh khỏc Truyn tin ni tip s dng b truyn gi d liu, 1bớt ti thi gian, trờn mt ng truyn tin n gin ti mt b phn Bn cú th s dng phng phỏp ny tc truyn d liu thp hoc phi truyn d liu cỏc khong cỏch xa Truyn tin ni tip c a chung bi vỡ hu ht cỏc mỏy tớnh cú mt hoc nhiu cng ni tip vỡ vy khụng cn phn cng bờn ngoi no khỏc hn mt cỏp ni thit b vi mỏy tớnh ca bn Truyn tin ni tip phi ũi hi bn khai Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu 76 Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến bỏo thụng s : Tc ca ng truyn, s bớt d liu mó hoỏ ký t, s cm nhn ca chc nng bit chn l, s lng bit Stop Tc truyn l mt i lng ca s di chuyn d liu gia cỏc thit b s dng truyn tin ni tip RS-232 ch s dng trng thỏi in ỏp c gi l MARK v SPACE Tc truyn l s lng truyn mi giõy MARK l in th õm cũn SPACE l in th dng Bng s tht ca RS-232 l : Signal>+3v=0 Signal>-3v=0 Xỏc nh tc truyn : Bit cu trỳc ca mt frame kớ t v ý ngha ca tc truyn ngha l nú cung cp truyn tin ni tip, bn cú th tớnh toỏn tc truyn tin ln nht, cỏc ký t mi giõy,cho mt thit lp truyn tin nht nh Tc ny iu chnh s phõn chia tc truyn bi s bớt mi frame Trong trng hp cú trờn 11bit mi frame ký t, nu tc thit lp l 9600baud, s nhn c 9600/11=872 kớ t mi giõy, chỳ ý rng ú l tc truyn ln nht.Vỡ nhiu lý cú th khụng t c tc ny Nhc li mt s cng truyn tin Cú nhiu cng truyn tin ni tip khỏc nhau, hu ht cỏc loi thụng thng c mụ t di õy : - RS-232 : l chun phat trin bi Electronic Industries Asiociation(EIA) v cỏc t chc liờn quan khỏc Ch giao din ni tip gia thit b u cui d liu(DTE) v thit b truyn tin d liu(DCE) Chun ny bso gm cỏc ký t tớn hiu in (cỏc mc in ỏp), cỏc b connector mụ t chc nng cỏc mch in trao i v mt s chc nng cho cỏc loi liờn kt ca Terminal vi cỏc moderm thụng thng - RS-449, RS-422, RS-423 cỏc chun ny c phỏt trin bi hóng EIA da trờn RS-232 - RS-232 cabling : cỏc thit b m s dng cỏp ni tip cho truyn tin ca chỳng c tỏch thnh loi ú l DTE v DCE l mt thit bih ging nh b iu gii : Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu 77 Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến TA, adapter, plottertrong ú DTE l mỏy tớnh hay tr u cui RS-232 ni tip vi cỏc cng com thnh dng, ú l dng chõn hoc 25 chõn Hỡnh 5.35 Cng com chõn Function Signal PIN DTE DCE Data TxD Output Input RxD Input Output RTS Output Input CTS Input Output DSR Input Output Output DCD Input Input DTR Output Common Com - - Other RI Input Output Handshake Bng 2.3 Quy nh cỏc chõn ca cng Com chõn mc nh) B ni tip ny ụi c tỡm thy thit b thớ nghim RS-232 nh hn Nú gn nh cú chõn cho lừi thit lp cỏc chõn ni tip Quan trng : s chõn DB9 cho vic truyn nhn l v 2, ngc li vi DB-25 l v Cn thn vi s khỏc ny ang xỏc nh nu thit b l DCE hoc DTE Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu 78 Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Hỡnh 5.36 Cng com 25 chõn Function Signal PIN DTE DCE Data TxD Output Input RxD Input Output RTS Output Input CTS Input Output DSR Input Output Output DCD Input Input DTR 20 Output Com - Handshake Common - Bng 2.4 Quy nh cỏc chõn cng Com 25 chõn (mc nh) õy l mt connector RS-232 chun vi y cỏc chõn bao ph tt c cỏc tớn hiu ch nh chun Bng trờn ch cỏc lừi thit lp cỏc chõn m c s dng cho hu ht cỏc giao din RS-232 Xõy dng s ca thit b o Cỏc cm bin c s dng o nhit : Pt100 v LM335 Cú cỏch ghộp ni vi mỏy tớnh : Qua cng RS-232 hoc qua b thu thp s liu DQA Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu 79 Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến S ca h thng thit b s dng v thu thp d liu s dng DQA : Khi Khi Khi Khi Khi Hỡnh5.37 S ca h thng s dng DQA Khi : Dựng cm bin o nhit l Pt100 hoc LM335 LM35 o nhit ca i tng Khi : Tớn hiu tng t t cm bin o nhit chuyn qua mch o v bin thnh tớn hiu in õy mch o bao gm c mch khuch i tớn hiu Khi : MAX mch xỏc nh cu hỡnh, thay i cỏc thụng s phn cng Khi : Tớn hiu sau qua mch o s c a ti v thu thp s liu DQA Khi : May tớnh s x lý d liu o c t DQA a ti v tớnh toỏn hin th kt qu o S ca h thng thit b s dng truyn tin ni tip s dng RS-232 : Hỡnh5.38 S ca h thng s dng RS-232 - Mch o õy l mt vi x lý bao gm c mch khuch i, ADC - RS-232 l nhn d liu qua cng Com * Gii thiu qua v LM35 Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu 80 Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Nh phn nguyờn lý hot ng ca cp nhit in thỡ cn phi s dng mt cm bin nhit cú chớnh xỏc cao o phn nhit kớ sinh ti vựng kt ni gia cp nhit in v h thng o o c nhit chớnh xỏc thỡ cn phi cú nhng u o c bit v u o LM335 l mt u o c s dng ph thụng Vi mch LM35 l loi sensor o nhit ca hóng National Semiconductor ch to Loi sensor ny tớch hp dng vi mch cú chớnh xỏc 10C Hot ng ca u o ging nh mt diụt Zener hai cc, in ỏp ỏnh thng tng ng vi nhit tuyt i l +10mV/0K Tr khỏng ng u o hot ng vựng dũng 400àFữ5mA nh hn tr khỏng nh cựng vi in ỏp li tuyn tớnh l u im ca loi u o LM35 Cỏc thụng s k thut c bn ca vi mch : - nh thang o trc tip theo Kelvin - Tớn hiu li bng 10mV/0K - chớnh xỏc 10C - Dũng hot ng vựng : 400àFữ5mA - in ỏp ngun nuụi: 5ữ18V - Di lm vic: + Ch liờn tc t -400Cữ1000C + Ch khụng liờn tc t 1000Cữ1250C Vi mch LM35 c úmh v IC dng TO-92 cú chõn Hai chõn cung cp ngun 1v 2, u ly trờn chõn s2 Chõn s dựng hiu chnh in ỏp u Hỡnh 5.39 S chõn ca LM35 Ngi thc hin: Nguyn Th Phng Hu 81 Khoỏ hc: 2008-2010 Luận văn thạc sỹ khoa học GVHD: PGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến Tham s iu kin hot ng Min Typ Max n v in ỏp hot ng Ic =250C; IR=1mA 2.92 2.98 3.04 V Sai s nhit cha TMin