Dau do buc xa hoa dien

Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan ĐẠI HỌC GIA HÀ NỘI Tóm tắtQUỐC nội dung đề tài TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ======o0o===== Tìm hiểu ngun lý đầu đo xạ hoả điện khai thác ứng dụng nằm mảng đề tài Mạng cảm nhận không dây WSN (Wireless Sensor Network) Nội dung chủ đạo đề tài tìm hiểu mạng cảm nhận khơng dây, việc sử dụng vi điều khiển CC1010 tạo nên nút mạng nút mạng hoạt động độc lập mơi trường Ngồi khố luận tìm hiểu phổ xạ điện từ dùng tính tốn xạ điện từ, định luật xạ điện từ Tiếp đến tìm hiểu thêm nguyên lý cấu tạo, hoạt động, phương pháp đo, cách phân tích phân loại đầu đo hoả điện Khoá luận đề cập đến vấn đề nguyên lý mạch Nguyễn Thị Loan khuếch đại điện tử thiết kế mạch khuếch đại ghép nối đầu đo hoả điện với hệ đo Cuối đề tài trình bày thí nghiệm chạy mơ mạch điện tử phần mềm Circuit Marker kết thu TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ ĐẦU ĐO BỨC XẠ HỎA ĐIỆN VÀ KHAI THÁC ỨNG DỤNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông Cán hướng dẫn: PGS-TS Vương Đạo Vy HÀ NỘI - 2005 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan 1.1 Gới thiệu mạng cảm nhận không dây 1.1.1 Đặc điểm chung mạng cảm nhận không dây - WSN 1.1.2 Đặc tính ứng dụng thu thập thông tin môi trường 1.2 Đặc điểm, tính chất nguyên tắc hoạt động sensor nhận hồng ngoại vật 11 1.2.1 Cơ sở lý thuyết phổ hồng ngoại 11 1.2.2 Phân loại máy đo xạ 12 1.3 Sự xạ định luật xạ 17 1.3.1 Sự hấp thụ, phản xạ, truyền xạ 17 1.3.2 Luật xạ 18 1.3.3 Phát xạ quang phổ tập hợp phát xạ 23 1.3.4 Sự thay đổi nhiệt xạ 23 Chương 2: Lý thuyết đầu đo hoả điện 26 2.1 Đầu đo hoả điện 26 2.1.1 Lý thuyết chung 26 2.1.2 Phân loại 27 2.2 Các thông số kỹ thuật 28 2.2.1 Vùng nhạy 28 2.3 Cách đo xạ 31 2.3.1 Sơ đồ thực phép đo 31 2.3.2 Đáp ứng tần số khuếch đại: 32 2.3.3 Đồ thị đặc trưng độ nhạy tín hiệu 33 2.3.4 Tín hiệu đầu đo loại kép 33 2.3 Sơ đồ mạch điện tử 33 Chương 3: Khuếch đại thuật toán 35 3.1 Những lý thuyết chung để xây dựng tầng khuếch đại 35 3.1.1 Các tính chất tham số 35 3.1.2 Hệ số khuếch đại Ko 36 3.1.3 Đặc tính biên độ - tần số 37 3.1.4 Hệ số khuếch đại đồng pha 39 3.1.5 Hệ số nén đồng pha .40 Chương 4: Mô thực nghiệm 42 4.1 Tìm hiểu nguyên lý mạch khuếch đại 42 4.1.1 Nguyên lý mạch khuếch đại 42 4.1.2 Tín hiệu sensor hỏa điện đầu đo loại kép 43 Kết Luận 46 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Một số từ viết tắt WSN Wireless Sensor Network MEMS AM Micro Electro Mechanical System Amplitude Modulation RS232 Chuẩn truyền thơng nối tiếp qua máy tính FIFO First In First Out IR Intrared Sensor Khúa lun tt nghip Nguyn Th Loan Mở đầu Trong nhiều ứng dụng phục vụ sản xuất, nghiên cứu, bảo vệ môi trường, cảnh báo thảm họa thiên nhiên… cần biết số tham số liên quan đến môi trường nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lượng mưa, v v Những tham số dùng để đánh giá điều kiện môi trường, để từ đưa định đắn Đặc biệt người ta cần khảo sát môi trường nơi có độ độc hại cao, địa hình hiểm trở… tham số cần truyền đến trung tâm xử lý Trong hồn cảnh phương thức truyền thông tin hiệu phương thức truyền vơ tuyến dự án “Xây dựng mạng cảm nhận không dây WSN thu thập thông số môi trường sở vi điều khiển CC1010” nghiên cứu triển khai rộng khắp giới lợi ích to lớn hiệu bất ngờ mà mang lại Để dáp ứng tính thời tính thực tiễn vấn đề này, nhóm nghiên cứu bao gồm số học viên cao học, sinh viên thuộc trường ĐH Cơng Nghệ ĐHQG Hà Nội, nhón sinh viên thuộc trường ĐH Dân Lập Hải Phòng bắt tay vào nghiên cứu hướng đẫn đạo của thầy giáo PSG-TS Vương Đạo Vy Mạng cảm nhận không dây bao gồm nhiều nút mạng hoạt động độc lập môi trường, nút mạng thu thập thông tin môi trường tập hợp điểm khoảng thời gian xác định nhằm phát xu hướng quy luật vận động mơi trường Bài tốn đặc trưng số lớn nút mạng thường xuyên cung cấp thông số môi trường gửi trạm gốc (base station) có kết nối với máy tính để phân tích, xử lý Mỗi nút cảm nhận có gắn đầu đo vừa trực tiếp đo số liệu truyền trạm gốc, vừa chuyển tiếp liệu nhận từ nút topology dạng cây, gửi cho nút cha Nhằm mục đích đưa đầu đo cảm nhận hồng ngoại vào hoạt động mạng WSN, tìm hiểu đầu đo xạ hỏa điện khai thác ứng dụng, kết nối với hệ thống điểm đo nút mạng Để hồn thành khố luận xin bày tỏ lời chân thành cám ơn đến thầy giáo PGS-TS Vương Đạo Vy Người trực tiếp tận tình hướng dẫn đạo tơi suốt q trình thực khố luận Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo, giáo, cán trường Đã trang bị cho kiến thức khoa học kinh nghiệm sống suốt thời gian học tập trường Đồng thời tạo điều kiện cho trang thiết bị, máy móc mơi trường học tập lành mạnh Làm tảng cho tơi hồn thành khố luận cách tốt thời gian quy định trường Nhân tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến anh chị, bạn nhóm nghiên cứu người thân gia đình tạo điều kiện tốt vật chất, tinh thần, sát giúp đỡ lúc gặp khó khăn, chia sẻ tâm tư nguyện vọng tơi khiến tơi có đủ nghị lực vươn lên hồn thành tốt khố luận Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Chương 1: Tổng quan 1.1 Gới thiệu mạng cảm nhận không dây 1.1.1 Đặc điểm chung mạng cảm nhận không dây - WSN Đặc điểm chung Mạng cảm nhận không dây - WSN (Wireless Sensor Network) nghiên cứu triển khai rộng khắp tồn giới lợi ích to lớn hiệu bất ngờ mà đem lại Để có mạng cảm nhận khơng dây ứng dụng Việt Nam, nhóm nghiên cứu với hướng dẫn thầy giáo PG-TS Vương Đạo Vy nghiên cứu, làm thí nghiệm để đưa vào ứng dụng thực tế thời gian gần Mạng cảm nhận không dây bao gồm nhiều nút mạng, nút mạng xây dựng dựa vi điều khiển Các vi điều khiển ngày có mật độ tích hợp cao, khả xử lý mạnh, kích thước nhỏ, tiêu thụ lượng giá thành thấp Khi cung cấp phần mềm nhúng, vi điều khiển hoạt động độc lập môi trường vị trí địa lý khác Những vi điều khiển kết hợp với thu phát sóng vơ tuyến cảm biến (đặc biệt cảm biến vi điện tử MEMs) nút mạng WSN Nút mạng có khả hoạt động độc lập đo thơng số khác vị trí WSN gồm tập hợp nút mạng Đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Các ứng dụng đề cập đến thu thập liệu thông tin môi trường Các thông tin môi trường nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, áp suất, độ pH văn phòng, phân xưởng, nhà kho, hầm mỏ, viện bảo tàng, nông nghiệp, y tế, công nghiệp, nhiều trường hợp mối quan tâm lớn WSN giải pháp thích hợp để thỏa mãn nhu cầu WSN có khả theo dõi cảnh báo mức độ an tồn mơi trường định vị di chuyển đối tượng phạm vi Tuy nhiên chủ đề lớn không thuộc phạm vi nghiên cứu khoá luận Các họ vi điều khiển có nhiều chủng loại, thử nghiệm sau chọn vi điều khiển CC1010 hãng Chipcon làm nút mạng WSN ưu điểm bật Phần sau khố luận cho thấy đặc điểm ứng dụng thu thập thông tin môi trường, đánh giá khả hạn chế vi điều khiển CC1010 kiến nghị kiến trúc mạng hệ thống WSN cho chức thu thập liệu môi trường sử dụng CC1010 Để hiểu hoạt động CC1010, ta xem cấu trúc bên CC1010 Hình 1.1 cho ta thấy toàn cấu trúc bên Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan vi điều khiển CC1010 Vi điều khiển CC1010 tạo nên từ vi điều khiển 8051 ghép nối thêm với chức khác như: đường vào ra, nhớ đệm, thu phát không dây, … Vi điều khiển 8051 thành phần phụ trợ khác • Tốc độ xử lý 2.5 lần 8051 chuẩn • 32 kB flash, 2048 + 128 Byte SRAM • kênh ADC 10 bit, định thời, cổng UART, RTC, Watchdog, SPI, mã hóa DES, 26 chân vào chung • Nguồn cung cấp 2.7 - 3.6 V Bộ thu phát sóng vơ tuyến • 300-1000MHz • Tiêu thụ dòng thấp (9.1 mA chế độ thu) • Cơng suất phát lập trình (có thể lên tới +10dBm) Tốc độ thu phát liệu lên tới 76.8 kbit/s Nhờ có kênh vào ADC cổng vào chung, nên nối ba cảm biến môi trường vào nút mạng, (CC1010) phù hợp với nhu cầu đo Mạch ứng dụng CC1010 tương đối đơn giản, thuận tiện để chế tạo nút WSN hoạt động thiết bị độc lập Việc lập trình cho CC1010 phép sử dụng thư viện 8051 dịch cho 8051 Có thể sử dụng ngơn ngữ lập trình C để lập trình cho CC1010 Trong CC1010 có tích hợp gỡ rối, hỗ trợ mơi trường phát triển Keil µVision2 qua cổng nối tiếp Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Hình 1.1: Mơ hình cấu trúc CC1010 1.1.2 Đặc tính ứng dụng thu thập thông tin môi trường Nhu cầu thu thập thông tin môi trường tập hợp điểm xác định khoảng thời gian định nhằm phát xu hướng quy luật vận động mơi trường Bài tốn đặc trưng số lớn nút mạng, thường xuyên cung cấp thông số môi trường gửi một tập trạm gốc (base station) có kết nối với máy tính để phân tích, xử lý Yêu cầu mạng kiểu thời gian sống phải dài hay nói cách khác nút mạng phải tiêu thụ lượng Mạng cho ứng dụng thu thập liệu môi trường thường sử dụng topology dạng cây, nút mạng có nút cha Trạm gốc gốc Dữ liệu từ nút gửi đến cho nút cha nó, nút lại tiếp tục chuyển đến cho nút cha (nút ông), vậy, liệu chuyển trạm gốc Những vấn đề nảy sinh với cấu hình mạng là: tượng thắt cổ chai (bottle-neck) số lượng nút mạng lớn, vài nút mạng số lý mà không hoạt động Để mạng tiếp tục hoạt động phải có khả tự cấu hình lại, Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan nghĩa phải phát nút bị hỏng định việc cấu hình lại mạng Mạng phải có thời gian sống dài, từ vài tháng đến vài năm, cần giải vấn đề tiêu thụ lượng nút mạng tối ưu Phần mềm nhúng phải thiết kế lập trình cho phù hợp với tốn truyền thơng thơng số đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng chúng khơng thay đổi nhanh theo thời gian Hình 1.2 Topology mạng WSN Hình 1.2: Cấu hình mạng dạng mạng cảm nhận không dây Trong cấu trúc mạng này, nút cảm nhận có nhiệm vụ thu thập liệu từ môi trường chuyển tiếp nút mạng nút mạng xa trạm gốc Trạm gốc thực chức thu thập liệu từ nút mạng cảm nhận sau xử lý, tính tốn để đưa tín hiệu điều khiển Các nút cảm nhận có gắn đầu đo vừa trực tiếp đo số liệu truyền trạm gốc, vừa chuyển tiếp liệu nhận từ nút topology dạng cây, gửi cho nút cha Việc chọn kiểu kiến trúc xuất phát từ yêu cầu chức mạng, với chức thu thập đữ liệu từ mơi trường Topology trình bày thích hợp Nhưng thực tế, triển khai mạng lại mắc phải số khó khăn địa hình hạn chế khoảng cách truyền (nhỏ 200m), dung lượng nhớ CC1010 mà kiến trúc mạng thực tế có thay đổi chút cho phù hợp với yêu cầu thực tế Topology mạng thực tế có thêm nút mạng trung gian để khắc phục nhược điểm giới hạn khoảng cách Ngoài việc giao tiếp nút mạng Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan thực giao tiếp nút mạng máy tính máy tính truyền qua cổng nối tiếp RS232 Hình 1.3 Cấu hình mạng dạng mạng cảm nhận khơng dây thực tế Đó tổng quan phần cứng CC1010, phần phức tạp việc ứng dụng CC1010 lại phần mềm nhúng vi điều khiển Phần mềm chấp nhận rộng rãi trở thành hệ điều hành riêng cho vi điều khiển việc xây dựng WSN TinyOS Phần mềm có kích thước nhỏ, mã nguồn mở, dùng mơ hình hướng kiện, với lập lịch đơn giản cho phép vi điều khiển xử lý nhiều nhiệm vụ song song hạn chế tài ngun tính tốn nhớ TinyOs sử dụng lập lịch thao tác kiểu FIFO (vào trước trước) kết nối mềm dẻo phần cứng ứng dụng TinyOs thử nghiệm với CC1010 Phục vụ cho việc thu thập tín hiệu mơi trường như: độ ẩm, áp suất, độ PH, nhiệt độ, nồng độ mặn nước, mức nước,… điều khơng thể thiếu phải sử dụng đầu đo, đầu đo thích hợp đầu đo dạng MEMs, sử dụng đầu đo thơng thường để phục vụ cho mục đích cụ thể Tơi vào tìm hiểu ngun lý hoạt động đầu đo xạ hoả điện bước khai thác ứng dụng đầu đo này, nhằm thu thập thông tin môi trường xạ hồng ngoại vật, mắt xích nhỏ chuỗi cơng việc mảng đề tài mạng cảm nhận không dây Để đầu đo ghép nối với nút mạng hệ thống WSN, thiết kế mạch điện tử, nhằm gia cơng tín hiệu nhận từ đầu đo đưa vào nút mạng 10 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan 2.3.3 Đồ thị đặc trưng độ nhạy tín hiệu Độ nhạy Độ nhạy khuếch đại phụ thuộc vào tần số, dải tần thấp độ nhạy cao giảm dần theo mức tăng tần số Thay đổi tần số [Hz] Hình 2.5: Đáp ứng tần số sensor 2.3.4 Tín hiệu đầu đo loại kép Để chọn loại sensor cho phần thực nghiệm, dựa vào thông số giới thiệu phần để chọn loại sensor cho phù hợp với yêu cầu đề tài Do chọn sensor loại có thành phần, tín hiệu chúng thể Hình 2.6: Tín hiệu đầu sensor loại kép 2.3 Sơ đồ mạch điện tử Để sử dụng thơng tin đầu đầu đo ta phải đưa thông tin qua khuếch đại, tín hiệu đầu đầu đo nhỏ, từ đến 3,9 V Ta sử dụng sơ đồ khuếch đại sau: 33 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Vcc Input Output GND Hình 2.7: Sơ đồ mạch điện tử khuếch đại Trên ta nghiên cứu chất đặc trưng đầu đo hoả điện, mấu chốt cho vấn đề thiết kế sử dụng chúng cho phù hợp với mục đích khác 34 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Chương 3: Khuếch đại thuật toán 3.1 Những lý thuyết chung để xây dựng tầng khuếch đại 3.1.1 Các tính chất tham số Các tính chất : Giữa khuếch đại thuật tốn khuếch đại thơng thường khơng có khác Cả hai loại dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện, hay cơng suất Trong tính chất khuếch đại thông thường phụ thuộc vào kết cấu bên mạch tác dụng khuếch đại thuật tốn thay đổi phụ thuộc vào linh kiện mắc mạch Để thực điều đó, khuếch đại thuật tốn phải có hệ số khuếch đại lớn, trở kháng vào lớn, trở kháng nhỏ Bộ khuếch đại thuật tốn biểu diễn hình 3.1 +Ucc P Ir Ud N IN -Ucc Hình 3.1: Bộ khuếch đại thuật tốn Trong đó, Ud- điện áp vào hiệu, UP, IP điện áp dòng điện vào cửa thuận, UN, IN điện áp dòng điện vào cửa đảo, Ur, Ir điện áp dòng điện Bộ khuếch đại thuật tốn khuếch đại tín hiệu hiệu điện áp Ud = Up – UN với hệ số khuếch đại Ko > Do điện áp tính: Ur = KoUd = Ko(UP - UN) (3.1) Nếu UN = Ur = KoUP, lúc điện áp Ur đồng pha với điện áp Up, người ta gọi P cửa khơng đảo hay gọi cửa thuận khuếch đại thuật tốn ký hiệu “+” 35 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Tương tự Up = Ur = -KoUN Vì điện áp ngược pha với điện áp lối vào, nên đầu vào N gọi vào ngược hay gọi đầu vào đảo khuếch đại thuật toán ký hiệu “-” Ngoài khuếch đại thuật tốn hai cửa để đấu với nguồn cung cấp đối xứng ± Ucc cửa chỉnh lệch bù tần số Một khuếch đại thuật toán lý tưởng, có tính chất sau: • Trở kháng vào Zv = ∞; • Trở kháng Zr = 0; • Hệ số khuếch đại K = ∞ (3.2) Trong thực tế khơng có khuếch đại lý tưởng, để đánh giá khuếch đại thực so với khuếch đại lý tưởng, người ta vào tham số thực { 3.1.2 Hệ số khuếch đại Ko U Ur Ko = U d = U P − U N = Ur U P U = N − Ur U N U = P Ở tần số thấp Ko=Koo thường lấy giá trị khoảng 103 đến 106 Điện áp Ur tỷ lệ với điện áp Ud khoảng Urmin÷Urmax đó, hình (3.2) dải điện áp gọi dải biến đổi điện áp lối khuếch đại thuật tốn Ngồi dải đó, điện áp khơng đổi khơng phụ thuộc với điện áp lối vào, tương ứng khuếch đại làm việc trạng thái bão hoà Ur Urmax - Vài mV Vài mV Urmin 36 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Hình 3.2 Quan hệ điện áp điện áp vào đồng pha Đối với điện áp chiều điện áp có tần số thấp Ko khơng phụ thuộc vào tần số Ko = Koo Khi tần số tăng đến giá trị Ko giảm tần số giới hạn Ko = Koo/ Vì tần số giới hạn khuếch đại thuật toán fd = 0, nên tần số giới hạn dải tần B Khi hệ số khuếch đại Ko giảm theo tần số Ur Ud xuất góc lệch pha phụ thuộc tần số Trong điều kiện định, góc lệch pha ảnh hưởng đến độ ổn định khuếch đại thuật tốn 3.1.3 Đặc tính biên độ - tần số Các tầng khuếch đại nằm khuếch đại thuật tốn thường có tần số giới hạn khác Đặc tính tần số khuếch đại thuật tốn tích đặc tính tần số thành phần tầng Để xét đặc tính tần số ta dùng mơ hình khuếch đại thuật tốn hình (2.10) Đây khuếch đại thuật toán gồm tầng khuếch đại lý tưởng, có hệ số khuếch đại Ko = Koo, không phụ thuộc vào tần số ba khâu lọc thông thấp riêng rẽ đặc trưng cho điện trở tụ điện tạp tán mạch Trong hình (3.3) tam giác +1 biểu diễn khâu ghép điện không phụ thuộc vào tần số hệ số truyền đạt Theo hình đó, viết biểu thức (2.1) đây, biểu diễn phụ thuộc Ko theo tần số 1 Ko = Koo + jf / f α 1 + jf / f α + jf / f α Trong đó: Fα1,fα2.fα3 tần số giới hạn ba khâu lọc thông thấp 37 (3.3) Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Hình 3.3 Mơ hình khuếch đại thuật tốn Theo biểu thức (3.1), rõ ràng Ko giảm tần số tăng Ko f = fT (fT tần số giới hạn độ), đồng thời góc tăng góc lệch pha ϕ Ur Ud tăng trị số tuyệt đối Tóm lại minh hoạ đặc trưng biên độ - tần số pha - tần số hình (3.4), giả thiết fα1 nên giá trị Kcm âm dương nên G âm dương Trị số G cho tài liệu kỹ thuật trị tuyệt đối Khi dùng tính tốn, số trường hợp cần phải xác định dấu hệ số nén đồng pha G Theo định nghĩa hệ số khuếch đại hiệu hệ số khuếch đại đồng pha, viết: ∂u ∆Ur = ∂u | K cm = const ∂u ∆Ud + ∂u cm | K o = const (3.6) ∆Ucm = Ko∆Ud + Kcm∆Ucm Cho ∆Ur = 0, rút gọn công thức (3.7) sau: Ko ∆U cm =− ∆U d | Ur = const G = K cm (3.7) Biểu thức (3.7) cho biết phải đặt vào đồng pha để bù tượng khuếch đại đồng pha Bộ khuếch đại chia thành nhiều loại tùy theo ứng dụng Ví dụ khếch đại đảo dùng khuếch đại thuật toán, hay vi phân dùng khuếch đại thuật tốn Có nhiều ứng dụng sử dụng khuếch đại thuật toán, tuỳ theo mục đích sử dụng mà bạn chọn cho khuếch đại thuật tốn khác Trong phần khố luận này, tơi có tìm hiểu thiết kế mạch điện tử để sử dụng đầu đo hoả điện ghép nối với hệ đo Trong phần mạch điện tử có sử dụng khuếch đại thuật tốn LP2902M Đây chíp tích hợp khuếch đại thuật 40 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan tốn đo, có chức tuỳ theo yêu cầu lắp mạch ngồi mà sử dụng chúng Dưới cấu trúc bên vi mạch LP2902M Hình 3.5: Cấu trúc LM2902 Trong cấu trúc LM2902 gồm khuếch đại thuật tốn, tín hiệu đưa vào chân 1,2,3,5,6,9,10,12,13 tín hiệu chân 1,7,8,14, chân chân nguồn chân 11 chân đất Nguồn nuôi nuôi nguồn từ ~ 26 V ± 1,5 ~ 13V Thế offset lối : trung bình 1,5 V lớn 7,0 mV Dòng offset lối vào trung bình 3,0 nA cao 50nA Điện áp offset lối vào cao 10mV 41 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Chương 4: Mơ thực nghiệm 4.1 Tìm hiểu ngun lý mạch khuếch đại 4.1.1 Nguyên lý mạch khuếch đại Để tìm hiểu nguyên lý mạch khuếch đại ta phân tích mạch khuếch đại Trong phần thực nghiệm ta chọn đầu đo hoả điện loại kép RB622 Loại có cấu trúc kép (nghĩa bên gồm hai thành phần tích điện trái dấu nhau) nên cho ta tín hiệu dạng lưỡng cực hình 4.2 mơ tả sau Tín hiệu đưa vào khuếch đại thuật toán thứ vi mạch LP2902M, khuếch đại không đảo, khuếch đại làm nhiệm vụ khuếch đại tạo dạng tín hiệu để đưa đến khuếch đại vi mạch LP2902 Tín hiệu đưa vào chân âm khuếch đại thứ hai tín hiệu khuếch đại thư nhất, chân dương khuếch đại thứ hai đưa vào điện áp chiều khoảng 1/2 Vcc.Tín hiệu đầu khuếch đại đưa vào hai chân khác so sánh, tín hiệu tầng khuếch đại lấy đầu tổng hợp hai so sánh Nhằm ứng dụng đầu đo thực tế người ta nghiên cứu mạch điện tử để đưa tín hiệu mà đầu đo nhận điều khiển, chuyển mạch thiết bị phía sau 42 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Hình 4.1: Mạch ứng dụng 4.1.2 Tín hiệu sensor hỏa điện đầu đo loại kép Như ta tìm hiểu phần lý thuyết, tín hiệu đầu sensor hỏa điện có dạng hình 4.2 Do tín hiệu sensor RB622 tín hiệu dạng lưỡng cực Hình 4.2: Tín hiệu đầu sensor loại kép Để chạy mô sử dụng phần mềm Circuit Marker Với thư viện sẵn có tơi chạy mơ mạch điện tử Để tạo tín hiệu đầu đo tơi sử dụng tín hiệu AM với tần số thấp 2Hz, điện áp đỉnh - đỉnh ±1V, tín hiệu AM chuỗi xung nên ta coi tín hiệu đầu đo thực nhiều lần liên tiếp Theo tài liệu [4] tín hiệu có điện áp đỉnh - đỉnh cỡ khoảng từ đến 3900mV Do tín hiệu đưa vào khuếch đại có dạng sau: Hình 4.3 Dạng tín hiệu đầu đo tạo chạy mô Phần mạch điện tử vẽ bảng thiết kế phần trên, thể hình sau: 43 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Hình 4.4 : Mạch điện tử chạy mô Điểm A điểm lối vào khuếch đại thứ nhất, đồng thời tín hiệu đầu đo đưa vào Điểm B lối khuếch đại thứ Điểm C lối khuếch đại thứ hai D tín hiệu lối khuếch đại thứ ba E tín hiệu lối khuếch đại thứ tư F tín hiệu lối của mạch Tín hiệu đưa vào lối vào mạch đơn hài Khảo sát mạch với Circuit Marker ta thu tín hiệu tương ứng hình 4.5 44 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Hình 4.5: Tín hiệu lối mạch chạy mơ Tín hiệu khuếch đại thứ có dạng xung bậc thang, khuếch đại có tác dụng vừa khuếch đại, vừa tạo dạng Bộ khuếch đại thứ hai tích phân 45 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Kết Luận WSN lĩnh vực khơng Thế Giới, Việt Nam hội giành cho nhà nghiên cứu khoa học tạo sản phẩm cạnh tranh với thị trường Thế Giới Chính vấn đề nhà khoa học bỏ cơng sức nghiên cứu Nhóm nghiên cứu thuộc khoa Điện tử Viễn thông thuộc trường ĐH Công Nghệ - ĐHQG Hà Nội nghiên cứu ứng dụng mạng cảm nhận khơng dây với mục đích trước mắt tạo mạng cảm nhận không dây, với nút mạng sử dụng vi điều khiển CC1010, thử nghiệm thu thập tín hiệu mơi trường với đầu đo như: đầu đo hoả điện, đầu đo mức nước, đầu đo áp suất, đầu đo nhiệt độ,… thu phát không dây tần số Và bước đầu thu số kết qủa định Đầu đo hỏa điện, với thông số phát xạ bán kính 1Km, hay góc nhậy theo trục X 600 góc nhậy theo trục Y 590, dải bước sóng hoạt động từ ~ 14 µm Do việc khống chế xử lý tín hiệu đầu đo nhận điều khó khăn, phức tạp, chúng đòi hỏi phải có mơi trường thực nghiệm khắt khe có kết thoả đáng Do thời gian có hạn, kinh nghiệm thiếu người làm đề tài, đề tài dừng lại số công việc sau: ⇒ Tìm hiểu cấu trúc mạng cảm nhận không dây sử dụng vi điều khiển CC1010, topology mạng ⇒ Tìm hiểu nguyên lý đầu đo xạ hoả điện Các nguyên lý hoạt động chung, thông số kỹ thuật ⇒ Nguyên lý tầng khuếch đại, mạch điện tử ⇒ Chạy mô mạch điện tử ⇒ Phần thực nghiệm trình bầy lần báo cáo gần Một đề tài muốn áp dụng vào thực tiễn khơng tính tốn đo đạc phòng thí nghiệm Mà phải qua nhiều thời gian nghiên cứu phải kiểm nghiệm thực tế Ở xem xét chủ yếu vấn đề nguyên lý Hy vọng tương lai có thêm thời gian kinh nghiệm, tơi đưa kết phần thực nghiệm đầy đủ hơn, để góp phần vào việc mở rộng ứng dụng WSN đời sống xã hội 46 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Thị Loan Tài liệu tham khảo [1] Trang www.cis.co.al/data/sensor-rb622.pdf [2] Trang www.coma-IR.com [3] Trang www.solidstatracing.com [4] Trang Nicera [5] Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà In lần thứ tư NXB khoa học kỹ thuật (năm 1997) [6] Tenperature Measenement- second edition, L.Michalski, K Eckersdorf, J.Kucharski, J.MeGhee, coppyright năm 2001 John Wiley & Sons L.; td [7] Bài báo thầy Vương Đạo Vy,Trần Thanh Hải, Phạm Đình Tuân, Trần Anh Tuấn, Hà Quang Dự, Phùng Công Phi Khanh Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN 47 ... Loan Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo, cô giáo, cán trường Đã trang bị cho kiến thức khoa học kinh nghiệm sống suốt thời gian học tập trường Đồng thời tạo điều kiện cho trang thiết bị,... 8051 chuẩn • 32 kB flash, 2048 + 128 Byte SRAM • kênh ADC 10 bit, định thời, cổng UART, RTC, Watchdog, SPI, mã hóa DES, 26 chân vào chung • Nguồn cung cấp 2.7 - 3.6 V Bộ thu phát sóng vơ tuyến •... trúc mạng này, nút cảm nhận có nhiệm vụ thu thập liệu từ môi trường chuyển tiếp nút mạng nút mạng xa trạm gốc Trạm gốc thực chức thu thập liệu từ nút mạng cảm nhận sau xử lý, tính tốn để đưa tín