C9 cảm biến THÔNG MINH

Chương CẢM BIẾN THÔNG MINH 9.1 Khái niệm cảm biến thông minh Kỹ thuật đo lường điều khiển tự động đại ngày có tiến vượt bậc nhờ việc sử dụng vi mạch điện tử: vi xử lý (µP) vi điều khiển (µC) Để nhận đặc tính cho dụng cụ đo như: tự động chọn thang đo, tự động xử lý thông tin đo, tự động bù sai số người ta phải sử dụng vi xử lý hay vi điều khiển kết hợp với cảm biến khác để tạo loại cảm biến gọi cảm biến thông minh (Intelligent Sensor) • • • • • Các cảm biến thông minh thực chức mà cảm biến thông thường thực được, là: Chức thu thập số liệu đo từ nhiều đại lượng đo khác với khoảng đo khác Chức chương trình hoá trình đo, chương trình thay đổi thiết bị lập trình Có thể gia công sơ kết đo theo thuật toán định sẵn đưa kết ( máy tính máy in) Có thể thay đổi toạ độ cách đưa thêm vào thừa số nhân thích hợp Tiến hành tính toán đưa kết đo thực phép đo gián tiếp hay hợp đo thống kê • Hiệu chỉnh sai số phép đo • Bù kết đo bị sai lệch ảnh hưởng biến động thông số môi trường: nhiệt độ, độ ẩm • Mã hoá tín hiệu • Ghép nối thiết bị ngoại vi hình, máy in, bàn phím với kênh liên lạc để truyền xa theo chu kỳ hay địa • Có khả tự động khắc độ • Sử dụng µP thực phép tính, điều khiển làm việc khâu khác như: chuyển đổi tương tự - số (A/D) hay dồn kênh (MUX) có khả phát vị trí hỏng hóc thiết bị đo 9.2 Cấu trúc cảm biến thông minh S1 S1 Đối tượng S2 C§CH1 C§CH2 MUX A/D µP đo Sn C§CHn Hình 9.1 Sơ đồ cấu trúc cảm biến thông minh CĐCH: Bộ chuyển đổi chuẩn hóa MUX: Bộ dồn kênh A/D: Bộ biến đổi tương tự số µP: Bộ vi xử lý S1, S2, Sn : Các cảm biến Từ đối tượng đo, qua cảm biến sơ cấp S, đại lượng đo yếu tố ảnh hưởng chuyển thành tín hiệu điện đưa vào chuyển đổi chuẩn hoá (CĐCH) Các CĐCH làm nhiệm vụ tạo tín hiệu chuẩn, thường điện áp từ - 5V, - 10V dòng - 20 mA …để đưa vào dồn kênh MUX Bộ dồn kênh MUX làm nhiệm vụ đưa tín hiệu vào chuyển đổi tương tự - số (A/D) trước vào vi xử lý µP Sự hoạt động cảm biến µP đảm nhận, tổ chức tác động lẫn khâu theo thuật toán, chọn tần suất xuất tín hiệu, xác định giới hạn đo kênh, tính toán sai số phép đo Trong trình hoạt động xãy trao đổi lệnh khâu thông qua ngôn ngữ chung (thường ASSEMBLY) 9.3 Các chương trình phần mềm bảo đảm hoạt động cảm biến bao gồm: • Chương trình thu thập liệu: khởi động thiết bị, cổng thông tin nối tiếp, đọc số liệu từ cổng vào, điều khiển hoạt động MUX • Chương trình biến đổi xử lý thông tin đo: biến đổi giá trị đo thành mã BCD, mã thanh, chương trình xử lý số liệu đo • Chương trình giao diện: đưa hiển thị LED hay hình, máy in, đọc bàn phím xử lý chương trình bàn phím, đưa kết cổng thông tin, truyền vào mạng, hay gửi cho máy tính cấp 9.4 Các khâu chức cảm biến thông minh + Chuyển đổi chuẩn hoá (CĐCH), + Bộ dồn kênh (MUX), + Chuyển đổi tương tự số (A/D), + Bộ vi xử lý (µP) Bộ chuyển đổi chuẩn hoá: Làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện sau cảm biến thành tín hiệu chuẩn thường áp từ 5V hay - 10V dòng - 20 mA hay - 20 mA tx V0 Vra=0÷ Vx -V0 C-K C-A R1 Rt §-P R2 R3 Hình 10.3 Bộ chuyển đổi chuẩn hoá đầu áp chiều mA - 20 mA ổn áp S CĐCH Hình 9.4 Chuyển đổi chuẩn hoá đầu dòng chiều Bộ dồn kênh MUX (multiplexer) Nhiệm vụ MUX dồn kênh, biến tín hiệu song song từ cảm biến thành nối tiếp để đưa vào A/D µP Để đảm bảo độ tác động nhanh, người ta phải sử dụng khoá điện tử, tức thực việc đổi nối không tiếp xúc Đổi nối có ưu điểm tốc độ tác động nhanh (tần số đổi nối đạt hàng chục MHz) Nhưng có nhược điểm đóng mạch điện trở thuận khác (có thể đến hàng trăm), hở mạch điện trở ngược khác ∞ (cỡ vài trăm kΩ) Vì dồn kênh thường bố trí sau CĐCH, tín hiệu chuẩn hoá 3.Bộ chuyển đổi tương tự - số (A/D) Bộ chuyển đổi A/D làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tương tự thành số trước đưa thông tin vào µP DC INPUT 14 + 2V + 5V - 5V 24 VI DU CIK1 CIK2 VRREP OR Q0 Q1 MC1443 13 10 330K EOC 17 0,1µC 11 15 20 21 22 Q2 Q3 23 Hình 9.6 Chuyển đổi A/D MC 14433 Trên hình 9.6 sơ đồ chuyển đổi số MC 14433 hãng MOTOROLA có đầu vào điện áp chiều DC Loại A/D có đầu vào đầu số bit Trong thực tế người ta thường chế tạo kết hợp hai MUX chuyển đổi A/D cho vào vỏ Đại diện cho linh kiện loại ADC 0809 Loại A/D có đầu vào tám kênh DC (0 - 5V) đầu bit, số liệu đưa lên BUS liệu µP  ... lý thông tin đo, tự động bù sai số người ta phải sử dụng vi xử lý hay vi điều khiển kết hợp với cảm biến khác để tạo loại cảm biến gọi cảm biến thông minh (Intelligent Sensor) • • • • • Các cảm. .. Cấu trúc cảm biến thông minh S1 S1 Đối tượng S2 C§CH1 C§CH2 MUX A/D µP đo Sn C§CHn Hình 9.1 Sơ đồ cấu trúc cảm biến thông minh CĐCH: Bộ chuyển đổi chuẩn hóa MUX: Bộ dồn kênh A/D: Bộ biến đổi... loại cảm biến gọi cảm biến thông minh (Intelligent Sensor) • • • • • Các cảm biến thông minh thực chức mà cảm biến thông thường thực được, là: Chức thu thập số liệu đo từ nhiều đại lượng đo khác