BÀI TẬP LỚN VI MẠCH TƯƠNG TỰ VÀ VI MẠCH SỐ

BỘ CƠNG THƯƠNG CƠNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN: VMTT&VMS Số : Họ tên HS SV: ……………………………………… Lớp: LT CĐ – ĐH Khóa : ……… Khoa : Điện NỘI DUNG Đề tài: dùng vi mạch tương tự vi mạch số tính tốn, thiết ké 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 = ( 100+2*n) 0C Đầi ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: U=0 ÷ 10V U=0 ÷ -5V I=0 ÷20mA I=4÷20mA Dùng cấu đo để hiển thị nhiệt độ Khi nhiệt độ giới hạn bình thường: t0C=0÷2* tmax/3 Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: T=5 giây Khi nhiệt độ vượt giá trị t0C=2* tmax/3 Đóng điện động điện chiều 15VDC chạy làm mát Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị t0C=2* tmax/3 Hiển thị nhiệt độ LED Trong đó: n Số thứ tự sinh viên danh sách hệ thống Yêu cầu bố cục nội dung: PHẦN THUYẾT MINH ( trình bày dóng A4 V- Khi V+ < V- Khi V+ = V- 1.4.3 IC TC7107 TC7107 chuyển đổi A/D công suât thấp, hiển thị tốt Bao gôm giải mã Led thanh, thị, tạo chuẩn, tạo xung đồng hồ Nguyên tắc hoạt động:  cao Không ảnh hưởng nhiễu Không cần mạch lấy mẫu  mạch giữ Tích hợp đồng hồ    Khơng cần thành phần ngoại vi có độ xác cao Kết hiển thị led đoạn DISPLAY COUNT = 1000.VIN/VREF 1.4.4 IC 555 Bên vi mạch 555 có 20 transistor nhiều điện trở thực chức hình : Cấu trúc bên LM 555 Nguyên lí hoạt động : Chân số : (GND) Cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC , dòng điện từ mas chảy vào IC Chân sô 2: (Trigger Input ) Ngõ vào tầng, mức áp chuẩn 1/3 Vcc, lấy cầu phân áp tạo ba điện trở 5K.Khi mức áp chân xuống đến mức (1/3)Vcc chân chuyển lên mức cao, lúc khóa điện tử chân số 7sẽ hở Chân số 3: (Output) Ngõ tín hiệu dạng xung (mức áp khơng thấp cao) Chân số :(Reset) Xác lập trạng thái ngõ Khi chân số cho nối mass chân số chốt mức áp thấp , chân số đặt mức áp cao ngõ chân tự lúc cao lúc thấp Chân số 5:(Control Voltage) Chân điều khiển ,chân làm thay đổi mức điện áp chuẩn trên cầu chia volt Chân số 6: (Threshold) Ngõ vào tầng so với áp 1.Có mức áp chuẩn 2/3 Vcc Chân số 7: (Dirchange) Chân xả điện, chân ngõ khóa điên (tranistor) khóa điện đóng mở theo mức áp chân số Khi chân mức áp cao khóa điện đóng lại cho dòng chay qua, ngược lại khóa điện hở cắt dòng Chân số 8: (+Vcc) Chân nguồn nối vào nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC 555 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG VMTT&VMS Xác định sơ đồ khối cảu hệ thống 2.1.Ý tưởng thiết kế 2.1.1.Yêu cầu đề tài     Nhiệt độ cần đo: to C= 0o C đến (50+10*N)oC Chuẩn hóa đầu ra: 0-20mA Cảnh báo: Đưa tín hiệu đèn nhấp nháy, còi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: 40+ 10*N Hiển thị nhiệt độ đưa LED N số thứ tự sinh viên danh sách 2.1.2.Sơ đồ khối hệ thống thiết kế Nguồn Chuyển đổi U-I Cảm biến Khuếch đại đo lường Truyền tải xa ADC Hiển thị Giá trị đặt So sánh Cảnh báo Nhấp nháy Tạo xung 2.1.3.Nhiệm vụ khối: - Khối nguồn :cung cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động , tất thiết bị ba nguồn +12v - 12v +5v -Khối cảm biến khuếch đại đo lường : cảm biến nhiệt độ biến nhiệt thành điện mức vài mV cho vào khuếch cho điện áp chuẩn -Khối chuyển đổi U-I : chuyển đổi từ điện áp sang dòng điện với mục đích truyền tải xa -Khối ADC hiển thị : chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số đưa hình để hiển thị kết đo - Khối so sánh: so sánh với điện áp đặt trước đưa tín hiệu dung để báo động nhiệt độ cho phép - Khối nhấp nháy : thực nhiệm vụ nhấp nháy với thời gian đặt trước nhiệt độ mức cho phép - Cảnh báo : thực chức báo động nhiệt độ vượt ngưỡng cho -Khối tạo xung: tạo xung vuông cấp cho khối nhấp nháy 2.2.Các thông số tập lớn STT danh sách em Vậy N = 2; Dải đo từ: to C= 0o C đến (50+10*N)oC hay t0C =00C ÷ tmax = 700C 2tmax/3 = 2.160/3=46.70C T= (1+0,5.1) = 1.5(s) Ta coi tất giá trị tuyến tính phép toán thực giá trị max Ucb=3.6V U0=-5V 2.3.Tính tốn, thiết kế khối cảm biến khuếch đại Điện áp hai chân cảm biến VOUT cấp nguồn +5V: Khi cấp vào khối hiển thị điện chân khác điện áp chân không thay đổi Ucb =10.t(mV) Với t = 00C → Ucb=0V Với t = 700C→ Ucb=10.70.10-3=0.70V Chọn đầu điện áp chuẩn hóa để tiến hành chuẩn hóa khối báo động khối chuẩn hóa dòng từ 0- 20mA: Ucb= ÷ -5V to từ 0o đến 70oC Vậy sơ đồ mạch khuếch đại hình vẽ: Ta có: U0= 1cb với V1cb=3.6V U0=-5V →R2= chọn R1=10kΩ R2= 13.889 kΩ Vậy thay R2 điện trở 10kΩ nối tiếp với biến trở 5kΩ 2.4.Tính tốn thiết kế khối chuyển đổi U-I Đầu vào U0 đầu đưa chuẩn I=0÷20mA Ta có chuyển đổi U-I đảo KUI 2.5.Tính tốn, thiết kế khối ADC hiển thị Ta có DISPLAY COUNT = 1000.VIN/VREF Nối VREF+ với nguồn 5V đầu vào VIN+ phải đưa từ 5,000V đến 5,070V Vậy với VIN+ thay đổi từ 3,000V đến 3,07V LED hiển thị từ 0000C tới 700C 2.6.Tính tốn thiết kế khối so sánh Tín hiệu Uo tín hiệu âm sử dụng khuếch đại đảo có K=-1 để chuyển tín hiệu tín hiệu dương trước cho vào so sánh với giá trị đặt trước Với 2tmax/3=(2.160)/3=106,70C tín hiệu Uo=-3,33V lấy 3,33V giá trị cần so sánh K=-1 chọn R6=R7=1kΩ Khi t46,70C U13,33V tín hiệu so sánh mức thấp Khi t46,70C U13,33V tín hiệu so sánh mức cao 2.7.Tính tốn thiết kế khối cảnh báo Khi t106,70C tín hiệu so sánh mức thấp Đầu cổng AND mức thấp, transis Q1 không hoạt động, đèn loa cảnh báo chưa có tượng Khi t106,70C tín hiệu so sánh mức cao Đầu cổng AND mức cao, transis Q1 hoạt động, đèn loa cảnh báo hoạt động 2.8.Tính tốn thiết kế khối tạo xung khối nhấp nháy Chu kỳ tạo xung: T=Tn+Tx=1,5+1,5=3s Thơng thường mạch dao động ta có cơng thức tính thời gian ngưng dẫn transistor : T = RCln2 =0,693 RC Tn = Tx=0,693.R8.C5=0,693.R9.C5=1,5 →R8=R9= Chọn C5 = 470F→R8=R9= Khi t106,70C tín hiệu so sánh mức thấp Đầu cổng NOT mức cao, đầu cổng AND theo tín hiệu xung nhịp tạo xung làm cho đèn LED nhấp nháy theo tín hiệu xung với thời gian tối sang 3s Khi t106,70C tín hiệu so sánh mức cao Đầu cổng NOT mức thấp, tín hiệu cổng AND mức thấp đèn LED không hoạt động 2.9 Khối chuấn hóa từ 0-10v Ta có: ( chọn R19=1kΩ R18.=553,32kΩ Vậy thay R18 VR4 550kΩ Hình 3.9 khối chuẩn hóa từ 0-10v 2.10 Khối chuẩn hóa từ 4-20mA Hình 3.10 khối chuẩn hóa từ 4-20mA Ta có:U1 thay đổi từ VIN+ thay đổi từ đầu IL thay đổi từ 4mA20mA 2.11.Sơ đồ tồn mạch thiết kế 2.12.Tính tốn thiết kế mạch nguồn Trong thiết kế có sử dụng nguồn , nguồn cấp sử dụng từ mạng lưới điện xoay chiều 220V/50Hz ta có mạch nguồn sau: 2.13 Kết luận Quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đơn giản nhiều bất cập, mạch đơn giản để cấu đo xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý vi điều khiển để hiển trực quan số dễ đọc q trình điều khiển cảnh báo dễ dàng ứng dụng với vi mạch số vi mạch điều khiển ta dùng cảm biến nhiệt độ ứng dụng vào mạch mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa khơng khí, hay lò ấp trứng, nhà bảo quản lạnh … Trong trình làm em nhiều bất cập thiếu sót mong thầy cô giáo thông cảm, em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn giúp đỡ em trình làm tập lớn !!! ... 1.3.Sử dụng vi mạch tương tự để đo cảnh báo nhiệt độ Vi mạch số ,vi mạch tương tự lĩnh vực mang tới thời nóng bỏng ẩn chứa vơ số điều bí ẩn có sức hấp dẫn lạ kỳ , đă ngày thâm nhập vào đời sống Nhưng... để hiển trực quan số dễ đọc q trình điều khiển cảnh báo dễ dàng ứng dụng với vi mạch số vi mạch điều khiển ta dùng cảm biến nhiệt độ ứng dụng vào mạch mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ... 220V/50Hz ta có mạch nguồn sau: 2.13 Kết luận Quá trình đo lường dùng cảm biến nhiệt độ với mạch đơn giản nhiều bất cập, mạch đơn giản để cấu đo xác ta nên kết hợp với vi mạch số, vi xử lý vi điều khiển