Nhiệt độ, độ ẩm là các đại lượng vật lý có ảnh hưởng lớn tới chức năng, tínhhoạt động ổn định hầu hết của các thiết bị điện tử. Khi nhiệt độ, độ ẩm tăng cao cóthể dẫn đến các sai lệch về giá trị các linh kiện điện tử và gây nên các sai số tínhiệu, nghiêm trọng nhất là giảm tuổi thọ của thiết bị, từ đó gây ra những tổn thất về cả công sức và tiền bạc. Vì vậy trong nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các thiết bị điện tử, yêu cầu về đảm bảo hoạt động của các linh kiện trong điều kiện nhiệt độ, độ ẩm cao hoặc thay đổi bất thường là một trong những yêu cầu kỹ thuật quan trọng của thiết bị. Để thực hiện yêu cầu này, đề tài đặt ra vấn đề thiết kế một buồng thử nghiệm có thể thay đổi giá trị nhiệt độ, độ ẩm phục vụ cho quá trình thử nghiệm các module và thiết bị điện tử công suất nhỏ.
LỜI NÓI ĐẦU Nhiệt độ, độ ẩm đại lượng vật lý có ảnh hưởng lớn tới chức năng, tính hoạt động ổn định hầu hết thiết bị điện tử Khi nhiệt độ, độ ẩm tăng cao dẫn đến sai lệch giá trị linh kiện điện tử gây nên sai số tín hiệu, nghiêm trọng giảm tuổi thọ thiết bị, từ gây tổn thất cơng sức tiền bạc Vì nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị điện tử, yêu cầu đảm bảo hoạt động linh kiện điều kiện nhiệt độ, độ ẩm cao thay đổi bất thường yêu cầu kỹ thuật quan trọng thiết bị Để thực yêu cầu này, đề tài đặt vấn đề thiết kế buồng thử nghiệm thay đổi giá trị nhiệt độ, độ ẩm phục vụ cho trình thử nghiệm module thiết bị điện tử công suất nhỏ Trong nội dung đề tài này, em tìm hiểu “Phương pháp điều khiển nhiệt độ-độ ẩm buồng thử nghiệm đánh giá khả hoạt động ổn định module thiết bị công suất nhỏ” với dải làm việc từ 25oC-70oC Nội dung đề tài bao gồm: PHẦN I: TỔNG QUAN PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHẦN III: CẤU TẠO VÀ CÁC BỘ PHẬN BUỒNG THỬ NGHIỆM PHẦN IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM PHẦN V: KẾT LUẬN Tuy nhiên thời gian có hạn hạn chế kiến thức nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Rất mong thầy góp ý để em hoàn thiện Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài em nhận giúp đỡ nhiều người Trước hết, em xin bày tỏ lời cảm ơn đến PSG-TS Phạm Đình Khang định hướng đề tài, bình duyệt kết nghiên cứu, hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Trung úy Trịnh Văn Ninh tận tình bảo, hỗ trợ, giúp đỡ truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm suốt tiến trình thực đề tài Xin trân trọng cảm ơn Viện Hóa Học-Mơi Trường Qn Sự, đặc biệt Thiếu tá Đinh Tiến Hùng anh, chị Phòng Phóng Xạ tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất để em thực tập hoàn hoàn thành đồ án Viện Xin chân thành cảm ơn đến thầy cô Đại Học Bách Khoa Hà Nội, Viện Kỹ Thuật Hạt Nhân Và Vật Lý Môi Trường dạy dỗ dìu dắt em suốt năm học vừa qua, để em có kiến thức chun mơn cần thiết để thực tốt đồ án, chuẩn bị kiến thức cho công việc tương lai Cuối cùng, em xin chân thành gửi lời biết ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè người ln sát cánh chúng em, ni dưỡng chăm sóc, tạo điều kiện tốt cho chúng em học tập để có kết ngày hơm GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ DANH MỤC KÍ TỰ ĐẶC BIỆT VÀ VIẾT TẮT 1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm đến hệ điện tử 1.1.1 Tác động nhiệt độ 1.1.2 Tác động độ ẩm 10 1.2 Giới thiệu tủ thử nghiệm nhiệt độ-độ ẩm thị trường 11 1.2.1 Giới thiệu chung 11 1.2.2 Ứng dụng 11 1.3 Thiết kế ý tưởng 12 PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 13 2.1 Sơ đồ khối 13 2.2 Các thành phần mạch điều khiển 15 2.2.1 Khối cảm biến 15 2.2.1.1 Khái niệm cảm biến 15 2.2.1.2 Cảm biến SHT1x 16 2.2.2 Tổng quan chức Atmega8 mạch điều khiển 20 2.2.2.2 Điều khiển vào (I/O) 22 2.2.2.3 Chuyển đổi tương tự sang số (ADC) 22 2.2.3 Khối hiển thị 26 2.2.4 Khối nguồn 29 2.2.4.1 Khối nguồn cung cấp điện áp cho gia nhiệt-gia ẩm 29 2.2.4.2 Nguồn nuôi hệ điều khiển [5] 29 2.2.5 Khối đóng ngắt 32 2.2.5.1 Opto 32 2.2.5.2 Rơ-le 33 2.2.5.3 Đóng ngắt dùng opto-rơ le 34 GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đại Học Bách Khoa Hà Nội 2.3 Đồ án tốt nghiệp Sơ đồ thuật toán điều khiển 36 Phần III: THIẾT KẾ BUỒNG THỬ NGHIỆM 38 3.1 Các phận buồng thử nghiệm: 38 3.1.1 Bộ phận gia nhiệt 38 3.1.1.1 Bộ làm nóng 38 3.1.1.2 Bộ làm lạnh 38 3.1.2 Bộ phận gia ẩm 40 3.1.2.1 Bộ hạ ẩm 40 3.1.2.2 Bộ tạo sương 41 3.1.3 3.2 Lớp cách nhiệt-cách ẩm thủy tinh 43 Mơ hình thiết kế buồng thử nghiệm 44 PHẦN IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 46 4.1 Kết đo nhiệt độ-độ ẩm từ điều kiện ban đầu nhiệt độ độ ẩm phòng 46 4.2 Một vài kết đo điều kiện đặc biệt 50 4.3 Kết đo nhiệt độ từ cảm biến nhiệt kế 50 4.4 Đánh giá kết thu 51 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 [1] ATMEGA8-16PU Datasheet-ATMEL Corporation 55 PHỤ LỤC LINH KIỆN VÀ THÔNG SỐ CÁC LINH KIỆN ĐÃ SỬ DỤNG 56 PHỤ LỤC 2: THÔNG SỐ MỘT SỐ BỘ PHẬN BUỒNG THỬ NGHIỆM 59 PHỤ LỤC 3: CODE THƯ VIỆN SHT10 62 PHỤ LỤC 4: CODE CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 75 PHỤ LỤC 5: CÁC THÔNG SỐ KHÁC 84 PHỤ LỤC 6: HÌNH ẢNH THIẾT BỊ ĐÃ CHẾ TẠO 88 GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Dây diện bị cháy nhiệt độ cao Hình 2: Cháy chập mạch điện tử 10 Hình 3: Vi mạch bị hoen rỉ 10 Hình 4: Tủ thử nghiệm nhiệt độ-độ ẩm HD-100T 11 Hình Sơ đồ khối hệ thống 13 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý 14 Hình 3: Mơ hình cảm biến 15 Hình 4: Cảm biến SHT11x 16 Hình 5: Sơ đồ kết SHT1x với vi điều khiển 17 Hình 6: Quá trình truyền liệu từ vi điều khiển SHT11 19 Hình 7: Sơ đồ mơ tả cách truyền liệu từ SHT đến vi điều khiển 20 Hình 8: Sơ đồ chân Atmega8-16PU 21 Hình 9: Thiết kế nguồn cho ADC 23 Hình 10: LCD 16x2 27 Hình 11: Sơ đồ kết nối chân RS 27 Hình 12: Sơ đồ kết nối chân LCD với Amega8 28 Hình 13: Nguồn tổ ong 12V-15A 29 Hình 14: Sơ đồ nguyên lý tạo nguồn 5V 30 Hình 15: Các chân LM7805 31 Hình 16: Cấu tạo opto PC817 32 Hình 17: PC817 33 Hình 18: Cấu tạo rơ-le chân 34 Hình 19: Sơ nguyên lý đóng ngắt dùng opto-relay 35 Hình 1: Bộ làm nóng 38 Hình 2: Sò nóng lạnh TEC1_12715 39 Hình 3: Bộ làm lạnh 40 Hình 4: Bộ hạ độ ẩm 40 Hình 5: Cấu tạo đầu phun sương 41 Hình 6: Mơ hoạt động áp điện 41 Hình 7: Đầu tạo sương siêu âm 42 Hình 8: Bộ nguồn tạo sương siêu âm 42 Hình 9: Điều chỉnh độ phun sương biến trở 43 Hình 10: Bơng thủy tinh 44 Hình 11: Hình ảnh buồng thử nghiệm 45 GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Phụ lục 1: Mạch điều khiển thiết kế 88 Phụ lục 2: Cấu tạo buồng điều khiển 88 GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Bảng 2: Bảng lựa chọn điện áp tham chiếu 24 Bảng 1: Bảng bits xác định yêu cầu VĐK với SHT1x 18 Bảng 1: Bảng so sánh nhiệt đặt nhiệt độ đo từ SHT10 46 Bảng 2: Nhiệt độ độ ẩm đo theo thời gian 48 Bảng 3: Kết đo độ ẩm cao giải nhiệt độ 30-750C 49 Bảng 4: So sánh kết đo nhiệt kế SHT10 50 Biểu đồ 1: So sánh thể sai lệch nhiệt độ đo từ SHT10 nhiệt độ đặt 47 Biểu đồ 2: So sánh nhiệt độ đo nhiệt kế SHT10 theo thời gian 51 Phụ lục 1: Bảng thông số SHT1X 57 Phụ lục 2: Bảng thông số kĩ thuật LCD16x2 57 Phụ lục 3: Bảng thông số linh kiện mạch điều khiển 58 Phụ lục 1: Cơng suất loại sò nóng lạnh 59 Phụ lục 1: Bảng giá trị d1 d2 84 Phụ lục 2: Bảng giá trị d2 84 Phụ lục 3: Bảng giá trị t1 t2 85 Phụ lục 4: Mạch nguồn xung clock bên 85 Phụ lục 5: Lựa chọn xung nhịp cho ADC 86 Phụ lục 6: Bảng mã lựa chon kênh ADC Atmega8 87 GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC KÍ TỰ ĐẶC BIỆT VÀ VIẾT TẮT Kí tự viết tắt Tên Tiếng Anh Thuật ngữ Tiếng Việt RISC Reduced Instruction Set Cấu trúc tập lệnh đơn giản Computer AVR Họ vi điều khiển hãng Atmel sản xuất IR Instruction Register Thanh ghi cấu trúc LCD DR Data Register Thanh ghi liệu LCD λ (W/m.0K) Lamda Hệ số dẫn nhiệt thủy tinh δ (cm) Delta Bề dày thủy tinh CPU Central Processing Unit Bộ xử lí trung tâm R/W Read/Write Đọc/ghi NC Nomal Close Chân thường đóng rơ-le NO Nomal Open Chân thường mở rơ-le COM/POLE Common/Pole Chân chung/tiếp điểm rơ-le COIL Cuộn dây rơ-le S_T Set Temperature Đặt nhiệt độ S_H Set Humidity Đặt độ ẩm ON/OFF GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đóng/mở Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp PHẦN I: TỔNG QUAN 1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm đến hệ điện tử 1.1.1 Tác động nhiệt độ Nhiệt độ môi trường tác nhân ảnh hưởng không nhỏ đến khả vận hành thiết bị Khi làm việc môi trường nhiệt độ cao, thông số linh kiện điện tử tụ điện, điện trở, transistor, chip… có thay đổi Ví dụ: Đối với điện trở: Nhiệt độ thay đổi giá trị điện trở thay đổi theo Transistor: Nhiệt độ cao, thời gian để kích hoạt điện áp ngưỡng dài, khiến thời gian mở cổng không thiết kế ban đầu, nghiêm trọng nhiệt độ tăng làm điện trở bên giảm, khiến cổng mở Dây điện: Hình 1: Dây diện bị cháy nhiệt độ cao Dây cách điện, nhiệt độ tăng: Độ đàn hồi sức bền giảm Sai lệch giá trị điện trở, tụ điện, ic, transistor…làm cho module, thiết bị điện tử hoạt động không trơn tru gây sai số thiết bị đo đạc, tín hiệu nhiễu GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Ngoài thiết bị điện tử phải làm việc điều kiện mơi trường có thay đổi đột ngột nhiệt độ tác động tiêu cực, làm giảm hiệu suất thiết bị 1.1.2 Tác động độ ẩm Khi độ ẩm mơi trường khơng khí tăng cao, ẩm ngưng tụ bên thiết bị điện tử gây rò điện, cháy chập đoản mạch, chi tiết kim loại làm việc môi trường độ ẩm cao thời gian dài bị rỉ sét, oxi hóa, khiến cho khả tiếp xúc điện thấp, tín hiệu bị chập chờn, thiết bị hoạt động không ổn định, chất lượng thiết bị giảm đáng kể Hình 2: Cháy chập mạch điện tử Hình 3: Vi mạch bị hoen rỉ GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ 10 Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp ****************************************************************/ void SHT_ReadTemHumi(float *tem, float *humi) { uint16_t SOT; uint16_t SORH; SOT=SHT_ReadSenSor(SHT_MEASURE_TEMP); SORH=SHT_ReadSenSor(SHT_MEASURE_HUMI); if(SHT_Resolution==SHT_14_12_BIT) { *tem=(H_D1+H_D2*SOT); *humi=((H_D1+H_D2*SOT25)*(H_T1+H_T2*SORH)+H_C1+H_C2*SORH+H_C3*SORH*SORH); } else { *tem=(L_D1+L_D2*SOT); *humi=((L_D1+L_D2*SOT25)*(L_T1+L_T2*SORH)+L_C1+L_C2*SORH+L_C3*SORH*SORH); } } GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ 74 Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp PHỤ LỤC 4: CODE CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Thư viện định nghĩa hàm, cấu hình chân Atmega8 cho chương trình #ifndef MAIN_H #define MAIN_H /* Kieu So Nguyen Co Dau typedef signed typedef signed char int8_t; int int16_t; typedef signed long /* */ int int32_t; Kieu So Nguyen Khong Dau */ typedef unsigned char uint8_t; typedef unsigned int uint16_t; typedef unsigned long int uint32_t; /* Kieu So Thuc */ typedef float float32_t; #include "mega8.h" #include "stdio.h" #include "delay.h" #include "alcd.h" GVHD: PGS-TS Phạm Đình Khang SVTH: Đặng Quốc Vủ 75 Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp #include "sht.h" /*********** PORTA ************/ //#define LED1 PORTA.0 //#define BUTTON PINA.1 #include #define AVCC_MODE (1