Đề Tài: Ứng dụng VMTTVMS thiết kế mạch đo và cảnh báo, hiển thị nhiệt độ.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ Đề Tài: Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo cảnh báo, hiển thị nhiệt độ Giáo Viên Bộ Môn : Sinh viên thực : Mã sinh viên: Lớp: BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN: VMTT&VMS Số : Họ tên HS-SV : Hồng Ngọc Ánh Nhóm : Lớp : ĐH TĐH Khoá : 10 Khoa : Điện n=5&a=5 => tmax=310,tgh=255,T0=2s NỘI DUNG Đề tài: Dùng vi mạch tương tự vi mạch số tính tốn, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở kim loại (ví dụ: Pt, Cu, Zn) Yêu cầu: - Dải đo từ: t0C = 00C÷ tmax = ÷ (300+2*n)0C - Đầu ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: U=0 ÷ 5V U=0÷10V U= ÷ -5V I=0÷20mA I=4÷20mA Vẽ sơ đồ khối hệ thống Dùng phần mềm mô (hoặc mạch thực tế) thiết kế mạch đảm bảo: - Khi nhiệt độ giới hạn bình thường : t 0C=0÷tmax-(50+n)= điều khiển đèn sáng liên tục: Thông số đèn 220VAC, 100W - Khi nhiệt độ vượt giá trị t 0C= tmax-(50+n) Đóng điện cho quạt chiều 24VDC, 96W chạy làm mát - Đưa tín hiệu cảnh báo còi đèn sáng nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: T0=(1+0,2*a) giây nhiệt độ vượt giá trị : t0C= tmax-(50+n) - Dùng LED hiển thị nhiệt độ PHẦN THUYẾT MINH Chương 1: Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị Chương 3: Tính tốn, thiết kế mạch đo - Tính tốn, lựa chọn cảm biến - Tính tốn, thiết kế mạch đo, mạch hiển thị - Lựa chọn nguồn cấp - Tính tốn, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính tốn mạch cảnh báo còi, đèn nhấp nháy cho LED Kết luận hướng phát triển LỜI NÓI ĐẦU  Đất nước ta đà phát triển trở thành nước cơng nghiệp.Vì vấn đề điều khiển vận hành thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao xuất chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí vấn đề quan trọng đáng để ý.Trong thực tế có nhiều toán liên quan đến vấn đề đo điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: lò sấy cơng nghiệp, lò luyện gang, sắt, thép… Ngày xuất nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến loại cặp nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn sử dụng phương pháp phân tích phổ để xác định nhiệt độ nơi không trực tiếp đặt đầu đo nhiệt độ (nơi có nhiệt độ cao) Nhìn chung phương pháp đo nhiệt độ có nhiều nét giống cách xử khác nhau, tuỳ vào mục đích u cầu kỹ thuật công việc cụ thể mục đích cuối phép đo thể giá trị nhiệt độ với khoảng sai số cho phép chấp nhận Trong kì sau học môn vi mạch tương tự -vi mạch số mơn liên quan nhóm chúng em giao đề tài: Thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dung cảm biến nhiệt điện trở Trong trình làm đề tài giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn “ NGUYỄN BÁ KHÁ ” thầy cô môn “Đo lường điều khiển số” giúp đỡ em hoàn thành thời hạn đề tài Nhưng lượng kiến thức hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp thầy để đề tài em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Mục lục page CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO • 1.Khái niệm nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ o 1.1.Các thang đo nhiệt độ o 1.2.Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc o 1.3.Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc • 2.Khái quát mạch đo CHƯƠNG : GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH • 1.Giới thiệu cảm biến nhiệt điện trở • 2.Giới thiệu loại linh kiện sử dụng mạch o 2.1.Giới thiệu IC 78xx 79xx o 2.2.Giới thiệu IC 555 o 2.3.LED o 2.4.LED o 2.5.Transistor o 2.6.Điện trở, tụ điện 10 o 2.7.Còi báo 10 o 2.8.Relay 11 • 3.Giới thiệu số khuếch đại thuật toán (KĐTT) • 11 o 3.1.Khái niệm 11 o 3.2.Khuếch đại thuật toán lý tưởng 12 o 3.3.Các mạch khuếch đại dùng KĐTT 13 4.Giới thiệu TC7107 CHƯƠNG : THIẾT KẾ TÍNH TỐN MẠCH ĐO 14 • 1.Khối cảm biến 16 • 2.Khối khuếch đại chuẩn hóa đầu 17 o 2.1.Chuẩn hóa điện áp 0-5v 17 o 2.2.Chuẩn hóa điện áp 0-10v 17 o 2.3.Chuẩn hóa điện áp 0-(-5)v 17 o 2.4.Chuẩn hóa dòng điện 0-20mA 18 o 2.5.Chuẩn hóa dòng điện 4-20mA 18 • 3.Khối so sánh 18 • 4.Khối cảnh báo 18 • 5.Khối tạo dao động 19 • 6.Khối relay 19 • 7.Khối hiển thị 20 • 8.Khối nguồn 20 Page Chương : Tổng quan trình đo nhiệt độ 1.Khái niệm nhiệt độ phương pháp đo nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử, phân tử hệ vật chất Thang đo nhiệt độ : Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng định nghĩa theo vùng,từng thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 Đây thang đo nhiệt độ dùng phổ biến nay.Trong thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) quy định mét đơn vị đo hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ cơng nghiệp thường nhiệt kế tiếpxúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo Đối với môi trường khí nước, chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy.Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật,nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt.Khi đo nhiệt độ chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối Page 1.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối,tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng khái quát mạch đo 2.1 tác dụng mạch đo Mạch thiết kế dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại vi mạch tương tự , vi mạch số, thiết kế đo nhiệt độ từ đến 460 0C xuất tín cảnh báo nhiệt độ 330 0C , chuẩn hóa đầu theo dải điện áp (0-5v, 0-10v, 0-(-5)v), theo dải dòng điện (0-20mA, 4-20mA) 2.2 Xác định sơ đồ khối hệ thống 2.2.1 Sơ đồ khối Để thực phép đo đại lượng phụ thuộc vào đặc tính đại lượng cần đo, điều kiện đo, độ xác yêu cầu phép đo mà ta thực nhiều cách khác sở hệ thống đo lường khác sở hệ thống đo lường khác Sơ đồ khối đo: Khối nguồn Mạch khuếch đại, chuẩn hóa Cảm Biến Chỉ thị Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số Bộ giải mã Khối cảnh báo Mạch so sánh, cảnh báo LED Page 10 Khối relay 2.2.2 Vai trò tác dụng khối • Cảm biến : đo nhiệt độ, đưa điện áp đầu cho mạch so sánh, khuếch đại • Khối khuếch đại : khuếch đại chuẩn hóa điện áp, dòng điện theo u cầu tốn • Chỉ thị : ammeter vonmeter hiển thị dòng áp sau chuẩn hóa • Khối so sánh : so sánh điện áp đầu cảm biến với điện áp đặt, để đưa cảnh báo để LED nhấp nháy, đóng mở relay cấp điện cho quạt, đèn • Khối cảnh báo: bao gồm led, còi Khi nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép còi báo kêu, đèn led nháy • Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC): để chuyển tín hiệu giá trị Volt đầu cảm biến mã hóa thành hệ nhị phân • Bộ giải mã: Để giải mã tín hiệu từ ADC LED • LED thanh: Hiển thị giá trị nhiệt độ tương ứng cảm biến • Khối relay: đóng mở relay tùy theo đâu mạch so sánh • Khối nguồn: tạo nguồn cấp cho mạch 10 Page 16 Chức năng: Led linh kiện sử dụng phổ biến mạch điện tử hiển thị số Tùy vào nhu cầu hiển thị mà người ta chia thành loại led khác nhau: led đơn, led đôi, led ba,… theo cách kết nối: led kiểu Anot chung, led kiểu Catot chung 2.4.LED Là thiết bị dùng để báo sáng nhấp nháy mạch đo thấy nhiệt độ phạm vi cho phép Hình 7: LED 2.5.Transistor Hình : transistor Transitor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược *Nguyên lý hoạt động: Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho chân cực điện áp chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P N-P-N có nguyên lý làm việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào chân cực ngược dấu - - Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược Tranzito có điện trở lớn có dòng điện nhỏ chạy qua nên tranzito coi không dẫn điện Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực thuận Tranzito có điện trở nhỏ dòng điện qua lớn 16 Page 17 Ở chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc phần tử tuyến tính mạch điện Ở chế độ tranzito khóa điện tử sử dụng mạch xung, mạch số Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với q trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay cơng suất có khả tạo dao động khuếch đại tín hiệu - 2.6.Điện trở, tụ điện Hình 14: Điện trở tụ điện - - - Hình 9: điện trở tụ điện Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện môi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lượng điện trường tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều 2.7.Còi báo Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm báo động xảy cố nhiệt độ tăng giới hạn cho phé Hình 10: Còi báo động 2.8.relay 17 Page 18 Hình 11: relay cấu tạo Rơle (relay) chuyển mạch hoạt động điện Dòng điện chạy qua cuộn dây rơle tạo từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây bật tắt rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại Các chân đấu nối chân chuyển mạch rơle thường ký hiệu COM (POLE), NC NO + NC điểm thường đóng, chân COM/POLE kết nối với NC cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi đầu cuộn dây không cấp điện) +NO = điểm thường mở, COM/POLE kết nối với NO cuộn dây rơle từ hóa (được cấp điện) +Hai chân A, B đầu cuộn dây (nơi cấp nguồn nuôi cuộn hút) Giới thiệu số khuếch đại thuật tốn (KĐTT) 3.1Khái niệm Khuếch đại có nghĩa dùng lượng nhỏ làm thay đổi lượng lớn khác Năng lượng nhỏ gọi lượng điều khiển.Năng lượng lớn gọi lượng bị điều khiển Bộ KĐTT khuếch đại thông thường khác dùng để khuếch đại điện áp,dòng điện cơng suất.Tính ưu việt KĐTT tác dụng mạch điện có KĐTT thay đổi dễ dàng việc thay đổi phần tử mạch (coi KĐTT hộp đen).Để thực điều đó, KĐTT phải có đặc tính co :hệ số khuếch đại lớn, trở kháng cửa vào lớn trở kháng nhỏ 18 Page 19 Trước đây, KĐTT thường sử dụng việc thực phép toán giải tích máy tính tương tự,nên gọi KĐTT.Ngày nay, KĐTT sử dụng rộng rãi, đặc biệt kỹ thuật đo lường điều khiển Do công nghệ chế tạo linh kiện vi điện tử ngày phát triển, nên chế tạo mạch tích hợp(các vi mạch- IC) KĐTT gần lý tưởng Và vi mạch KĐTT mạch điện tử đơn giản coi lý tưởng Tuy nhiên, vi mạch KĐTT ln có thơng số thực hữu hạn 3.2Khuếch đại thuật toán lý tưởng KĐTT dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện hay công suất ,để thiết kế mạch điện tử chức Một KĐTT ký hiệu sơ đồ 1.1.2 UN: Ngõ vào đảo UP: Ngõ vào không đảo +Ucc: Ngõ cấp điện áp dương -Ucc: Ngõ cấp điện áp âm Ura: Tín hiệu cửa Hình 12: Ký hiệu chân KĐTT KĐTT lý tưởng có trở kháng vào vô lớn (∞), trở kháng (Z O =0) hệ số khuếch đại vòng hở vô lớn (KO =∞) điện áp cửa 0V, điện áp ngõ vi sai (UO=0V, ) Trong thực tế kỹ thuật khơng có KĐTT lý tưởng Để đánh giá KĐTT thực so với KĐTT lý tưởng ta vào thơng số mạch tích hợp KĐTT thực với thông số ly tưởng Nhưng thiết kế mạch điện tử đơn giản ta coi IC KĐTT thực sử dụng KĐTT lý tưởng Mạch điên tương đương KĐTT lý tưởng Hình 13: KĐTT 19 Page 20 Trong đó, trở kháng vào KĐTT, trở kháng KĐTT, điện áp vào đến vào đảo, điện áp vào đến cảu vào không đảo, điện áp vào vi sai Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra: Trong , điện áp vi sai cửa vào: 3.3Các mạch khuếch đại dùng KĐTT -Mạch khuếch đại đảo : điện áp vào cần khuếch đại : điện trở mạch phản hồi âm : điện trở mạch vào : điện trở nói đất với vào khơng đảo Biểu thức tín hiệu ra: Hình 14: khuyếch đại đảo -Mạch khuếch đại khơng đảo Hình 15: Mạch khuếch đại khơng đảo Hình 16: Mạch lặp lại điện áp Tín hiệu xác định biểu thức: 4.Giới thiệu TC7107 -ICL7107 hang Intersil chuyển đổi AD ½ digit công suất thấp ,hiển thị tốt.Bao gồm IC giải mã Led đoạn,bộ điều khiển hiển thị,bộ tạo chuẩn tạo xung đồng hồ.Các đặc tính bao gồm: tự chỉnh ”0” nhỏ 10uV ,điểm “0” trượt khơng q 1uV/Oc,độ dốc dòng ngõ vào tối đa 10Pa -IC có đặc điểm quan trọng sau: 20 Page 21 +Độ xác cao +Khơng bị ảnh hưởng nhiễu +Khơng cần mạch lấy mẫu mạch giữ +Tích hợp đồng hồ +Khơng cần thành phàn ngoại vi có độ xác cao * Cấu tao: Hình 17: Vùng xử lí tín hiệu tương tự ICL7107 - Hình thể mạch xử lý tương tự ICL7107 Mỗi chu kì đo chia thành pha (1) tự chỉnh ”0”(A-Z), (2) Tích hợp tín hiệu (INT ) (3) giải tích (DE) số thong số khác - (1) Pha tự chỉnh “0” - Trong pha thực việc: - Ngõ vào cao thấp bị ngắt kết nối khỏi chân ngắn mạch nội với chân COMMON analog - Tụ tạo chuẩn nạp tới điện áp chuẩn - Một vòng lặp hồi tiếp nối kín quanh hệ thống để nạp cho tụ tự chỉnh “0” CAZ để bù cho điện áp offset (trơi) khuếch đại đệm, tích hợp so sánh Vì so sánh nằm vòng lặp nên độ xác A-Z bị giới hạn nhiễu hệ thống Trong trường hợp nào, điện áp offset ngõ vào nhỏ 10uV - (2) pha tích hợp tín hiệu - Trong trình tích hợp tín hiệu, vòng lặp tự chỉnh “0” mở, ngắn mạch nội khơng còn, ngõ vào cao thấp nối với chân ngoại vi Bộ chuyển đổi lúc tích hợp điện áp khác biệt chân IN HI chân IN LO khoảng thời gian cố định Điện áp sai biệt nằm phạm vi rộng: lên tới 1V từ hai nguồn Mặt khác tín hiệu vào khơng hồi trở lại nguồn cung cấp IN LO bị nối với chân COMMON analog để thiết lập điện áp mode chung xác Cuối pha cực tín hiệu tích hợp xác định - (3) pha giải tích 21 Page 22 - - - - Còn gọi tích hợp tham chiếu ngõ vào thấp kết nối với chân COMMON ngõ vào cao kết nối qua tụ chuẩn đc nạp từ pha trước.Mạch IC đảm bảo tụ điện đc nối cực để làm tích hợp ngõ chuyển “0” Thời gian cần thiết đểngõ chuyển giá trị “0” tỷ lệ với tín hiệu vào.Đặc biệt số hiển thị : DISPLAY COUNT=1000.VIN/VREF (4) ngõ vào chênh lệch Ngõ vào chấp nhận điện áp chenh lệch phạm vi khuếch đại ngõ vào,hay cụ thể từ 0.5V nguồn dương đến 1V nguồn âm.Trong phạm vi hệ thống có CMRR(commom mode rejection ratio) 86dB.Tuy nhiên cần bảo đảm ngõ tích hợp khơng bão hòa.Trường hợp xấu điện áp MODE chung tích cực lớn với điện áp ngõ vào tích cực âm tồn giai.Tín hiệu ngõ vào điều khiển tích phân dương phần lớn độ lắc ngõ tận dụng điện Mode chung tích cực dương Dành cho ứng dụng cao độ lắc tích hợp ngõ đc giảm xuống nhở độ lắc toàn giai 2V với sai số hơn.Bộ tích phân ngõ lắc khoảng 0.3V với nguồn mà không tuyến tính (5) Tham chiếu sai biệt: Diện áp tham chiếu đc tạo từ nơi từ điện áp nguồn chuyển đổi Nguồn lỗi Mode chung điện áp vòng tạo tụ tham chiếu nạp hay xả làm sai lệch giá trị điện dung nó.Nếu có điện áp Mode chung lớn, tụ tham chiếu nạp(tang điện áp)khi dung đến để giải tích tín hiệu dương xả (giảm điện áp) dùng để giải tích tín hiệu âm.Sự khác biệt tham chiếu điện áp vào dương âm gây lỗi.Tuy nhiên cách chọn tụ tham chiếu chẳng hạn tụ có điện dung đủ lớn lỗi kiểm sốt 0.5 lần đếm (6) Vùng xử lý số ICL7107 Hình 18: vùng xử lý TC7107 22 Page 23 Chương :Thiết kế phân tích mạch đo cảnh báo nhiệt độ Ta tính tốn khối mạch đo Khối cảm biến RT1 E+ S+ 310.00 R4 SERTD-PT100 99k Hình 19: khối cảm biến R5 1k Chọn cảm biến nhiệt độ pt100 Cảm biến pt100 có cấu tạo nhiệt điện trở RTD ( RTD-Resistance Temperature Detector ): Nguyên lý hoạt động nhiệt điện trở dựa thay đổi nhiệt độ dẫn đến thay đổi điện trở • Rt = R0 ( + αt) • Rt : Điện trở nhiệt độ t o • R0 : Điện trở C • α : Hệ số nhiệt điện trở Trong mô phỏng, PT100 1V=1oC Vậy theo yêu cầu cần đo nhiệt độ 310oC tương ứng với 310V Với điện áp ta cần phải có mạch phân áp cho đầu tương ứng 10mV=10oC để phù hợp với IC số 23 Page 24 Vì ta lắp thiết bị hình vẽ Ta có: Ur=Uv.R2/(R1+R2) với Ur=0,01 *Uv Vậy ta có : R2/(R1+R2)=0,01  Chọn R2=1k Ω => R1=99 kΩ Từ cách lắp đặt thiết bị ta đầu đo nhiệt độ 310 oC tương ứng với 3.1V chọn bước nhảy để đo nhiệt độ độ Khối khuếch đại, chuẩn hóa đầu 2.1Chuẩn hóa đầu với điện áp 0-5V Mạch có điện áp : Uout=(1+R1/R2).Uoutcb Với Uoutcb=0 – 3.1V để Uout=0 - 5V Uoutcbmin=0V – Uoutmin=0V Uoutcbmax=3.1V – Uoutmax=5V  Chọn R1=5.5kΩ , R2=10kΩ, R3=10kΩ  Điều chỉnh Rvr=630Ω 2.2Chuẩn hóa đầu điện áp 0-10v Mạch có điện áp : Ura=(1+R19/R18).Uout*R20/(R20+R21)  Chọn R18=10kΩ , R19=30kΩ,  Chọn R20=R21=10kΩ 2.3Chuẩn hóa đầu điện áp 0-(-5)v 24 Page 25 Mạch có điện áp : Ura=-R23/R22.Uout  Chọn R23=R22=10kΩ, R24=100Ω 2.4 Chuẩn hóa đầu dòng điện 0-20mA Mạch có dòng điện : Il=Uout/R16  Chọn R16=250Ω  Chọn R14=100Ω, R15=10kΩ 2.5Chuẩn hóa đầu dòng điện 4-20mA Mạch có dòng điện : Il=[-(5*R17/(R16+R17)+Uout)]*(-1/R18)  Chọn R17=101Ω ,R16=300 Ω  Chọn R18=312.5Ω  Chọn R13=R14=R15=10k Ω  Chọn R19=R20=R21=10k Ω Khối so sánh Mạch xuất mức điện áp 5v Khi Uout>Usosanh 0v Uout330 0C => Usosanh=Uout 255 0C Usosanh=5*255/310=5*R23/(R23+R22)  Chọn R23=1kΩ ,R22=220Ω Khối tạo dao động Mạch có nhiệm vụ tạo xung vng với T=ln2*C1*(R36+R37) (s) Theo yêu cầu đề tài, ta cần xung dao động có chu kì T=2s  Chọn R36=R37=100k Ω  Chọn C1= 14,4uF Ta lấy U4 từ đầu khối so sánh đưa vào chân mạch tạo dao động, nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép, mạch dao động hoạt động Khối cảnh báo Khối bao gồm led cảnh báo còi uss R38 220 uss Q3 NPN đầu vào led cảnh báo lấy từ UQ mạch tạo D3 dao động, mạch tạo dao động phép BUZ2 LED-GREEN BUZZER C2 26 10uF Page 27 hoạt động, đèn nhấp nháy, R38 có giá trị 220 Ω có tác dụng hạn dòng Còi chip cấp dương nguồn, đầu lại nối với cực Collector trans NPN Tín hiệu cấp vào Là U lấy từ mạch so sánh Khi nhiệt độ lớn nhiệt độ cho phép, điện áp U mức cao, trans nối mạch cho dòng qua => còi chip cấp nguồn Khối relay Volts +88.8 PNP 100 Q2 R29 NPN 100 R30 10k R28 để đóng mở relay, cấp nguồn cho uss d en xuất từ mạch so sánh, sử dụng uss Q1 R27 quat Khối sử dụng tín hiệu U4 RL1 10k D1 5V 1N4001 quạt nhiệt độ lớn cho phép cấp nguồn cho đền nhiệt độ mức cho phép Nguyên lý hoạt động mạch : nhiệt độ nhỏ nhiệt độ cho phép U4 =0 , trans thuận Q2 nối mạch cho dòng qua cuộn dây Relay1, Relay đóng khép kín mạch cấp nguồn cho đèn, ngược lại nhiệt độ lớn mức cho 27 RL2 5V Page 28 phép, trans ngược Q3 nối mạch cấp nguồn cho cuộn dây Relay 2, Relay đóng khép kín mạch cấp nguồn cho quạt Khối hiển thị Mạch sử dụng IC TC 7107 để chuyển đổi tín hiệu analog giải mã hiển thị lên Led Trong mạch ta sử dụng mạch cộng đảo Uout sau phân áp Uacom=2v, sau cho qua mạch khuếch đại đảo, cấp tín hiệu vào chân Vin IC Ta có : Uvin=Uacom+Uout*R41/(R40+R41) Ta chọn R40,R41 cho Uout=5v hiển thị 310 oC Mặt khác, ta biết Uvin thay đổi từ => 5v hiển thị từ 0-999 Dễ dàng tính Uvin=2+3*310/999=2,93V mạch hiển thị 460 Vậy chọn R41=931 Ω va R40=4070 Ω Khối nguồn 28 Page 29 Khối nguồn có chức biến đổi nguồn từ 220 xoay chiều thành mức điện áp chiều : 5v,+12v -12v để cấp nguồn cho linh kiện mạch nguồn 24v cho quạt Nguyên lý mạch sau : Nguồn xoay chiều 220v, f=50hz qua biến áp đối xứng tạo điện áp xoay chiều ,sau cho qua diode cầu ta cho vào IC ổn áp ta sử dụng IC ổn áp 7805,7812,7912 7824 để có mức điện áp mong muốn : -12v,12v,5v,24v Với điện áp 24v ta cần có thêm transistor Tip2955 (PNP) dùng để tăng công suất đáp ứng đủ công suất yêu cầu quạt KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong thời gian làm đề tài em biết thêm nhiều kiến thức thực tế ứng dụng kiến thức học Qua chúng em luyện tập khả tư duy, cách thức nghiên cứu, giải vấn đề thực tế Mạch đo nhiệt độ ứng dụng rộng rãi thực tế đo nhiệt độ phòng, đo nhiệt độ để cảnh báo cháy…Mạch đo nhiệt độ thành phần quan trọng số mạch chức khác hệ thống đo điều chỉnh nhiệt độ lò cao, phân ngắt nhiệt, cung cấp nhiệt lò sưởi…  Những việc làm được: 29 Page 30  Nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ  Thiết kế nguồn cung cấp  Sơ đồ khối chức sơ đồ mạch đo   Những việc chưa làm được: Chưa chỉnh sai số mạch khuếch đại Mạch chưa tối ưu, sử dụng số thiết bị điện tử Thay dụng loại IC số thường dùng, nhóm em sử dụng ICL7107 Với  loại IC này, mạch nhìn đơn giản, dễ hiểu, dễ làm, có khả phổ biến cao Vì nhiệt độ lớn, nên sử dụng cảm biết nhiệt độ RTD-PT100 với thang đo từ   -250-850 Hi vọng mạch nhiều ứng dụng rộng tương lai 30