Thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 và ICL 7107
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN .*** BÁO CÁO ĐỒ ÁN I Đề tài :Thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 ICL7107 Giáo viên hướng dẫn: Thầy Trần Văn Tuấn Lớp: KT Điện K59 Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2017 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 LỜI MỞ ĐẦU Với tiến không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử, thiết bị điện tử tinh vi ngày áp dụng nhiều vào đời sống sản xuất Trong lĩnh vực điều khiển – tự động công nghệ chế tạo ngày đại cho đời hàng loạt thiết bị mà điển hình thiết bị cảm biến, vi điều khiển ngày nhỏ gọn, linh hoạt trình sử dụng mà giá lại ngày hạ Đề tài nghiên cứu tìm hiểu thiết bị điện tử ứng dụng chúng đời sống ngày trở thành đề tài hấp dẫn ngày nhiều sinh viên tìm hiểu Với học ghế nhà trường, kết hợp với tài liệu tham khảo trang sách, báo, mạng internet em xin tìm hiểu để tài thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng dây cảm biến nhiệt LM35 IC7107 Đề tài thiết kế dựa kiến thức học, sách tham khảo số nguồn tài liệu khác Tuy nhiên thời gian trình độ có hạn nên chúng em khơng tránh khỏi sai sót Vì mong thầy bạn góp ý xây dựng, giúp đỡ để hoàn thiện đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 Mục lục CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Nhiệt độ tín hiệu vật lý mà ta thường xuyên gặp đời sống hàng ngày kỉ thuật cơng nghiệp.Chính việc đo nhiệt độ yêu cầu thiết thực,hiện cảm biến đo nhiệt độ nhiều Trong đề tài em dùng cảm biến LM35 loại cảm biến sử dụng rộng rãi công nghiệp để đo nhiệt độ môi trường 1.2 Mục tiêu đề tài Thiết kế chế tạo mạch đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35 ICL7107 1.3 Nội dung nghiên cứu • Phương pháp đo nhiệt độ với LM35 • Phương pháp đo điện áp với ICL7107 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 • Tìm hiểu thêm ứng dụng cần đo nhiệt độ môi trường 1.4 Ý nghĩa đề tài • Giúp sinh viên tiếp cận với việc xây dựng mạch đo thực tế • Sản phẩm ứng dụng thực tế đo nhiệt độ cơng nghiệp dân dụng • Giúp nắm vững kiến thức mạch điện điện tử MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 CHƯƠNG 2: CÁC KHỐI TRONG MẠCH KHỐI CẢM BIẾN KHỐI KHUẾCH ĐẠI KHỐI HIỂN THỊ KHỐI XỬ LÝ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 2.1 Khối cảm biến • LM35 cảm biến nhiệt độ analog • LM35 có chân : chân cấp nguồn chân xuất điện áp tùy theo nhiệt độ LM35DZ loại cảm biến nhiệt độ sử dụng rộng rãi công nghiệp,bởi giá thành thấp cách vận hành đơn giản.LM35 có mức điện áp thay đổi trực độ C (10mV/°C) Sơ đồ chân LM35 : MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 • Chân +Vs chân cung cấp điện áp cho LM35 hoạt động (4 - 20V) • Chân Vout chân điện áp ngõ LM35, đưa vào chân Analog ADC • Chân GND chân nối mass, lưu ý cần nối mass chân để trành làm hỏng cảm biến làm giảm sai số trình đo Một số thơng số LM35: Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng khơng u cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Đặc điểm cảm biến LM35 + Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 + Độ phân giải điện áp đầu 10mV/°C + Độ xác cao 25°C 0.5°C + Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Dải nhiệt độ đo LM35 từ -55°C - 150°C với mức điện áp khác Xét số mức điện áp sau : - Nhiệt độ -55°C điện áp đầu -550mV - Nhiệt độ 25°C điện áp đầu 250mV - Nhiệt độ 150°C điện áp đầu 1500mV Tùy theo cách mắc LM35 để ta đo giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống đo từ 0°C đến 150°C Chi tiết bạn xem datasheet Sai số LM35 + Tại độ C điện áp LM35 10mV + Tại 150 độ C điện áp LM35 1.5V ==> Giải điện áp ADC biến đổi 1.5 - 0.01 = 1.49 (V) + ADC 11 bit nên bước thay đổi ADC : n = 2.44mV Vậy sai số hệ thống đo : Y = 0.00244/1.49 = 0.164% Mô Proteus: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 Nhiệt độ 27C, điện áp xuất V=0.27176 chứng tỏ tăng 10mV/ °C xác Khi mơ Proteus, khối LM35 khơng hoạt động, click chuột phải/ edit properties/ bỏ check exclude from Simulation 2.2 Khối khuếch đại Sử dụng ICL7660 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 Sơ đồ chân ICL7660: Kích thước chân ICL7660: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 10 Thông số kĩ thuật ICL7660: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 11 2.3 Khối xử lý tín hiệu hiển thị 2.3.1 Giới thiệu vi mạch ICL7107 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 12 ICL7107 hãng Intersil AD digit công suất thấp, hiển thị tốt Bao gồm IC giải mã LED đoạn, điều khiển thị, tạo chuẩn,và tạo xung đồng hồ Các đặc tính bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ uV, điểm “0” trượt khơng q 1uV/oC, độ dốc dòng ngõ vào tối đa 10pA Các giá trị định mức: Điện áp nguồn: V+→GND: 6V (Cụ thể đồ án +5V) V-→GND: -9V(Cụ thể đồ án -5V) Điện áp ngõ vào analog: V+→VĐiện áp ngõ vào tham chiếu: V+→VNgõ vào clock: GND→V+ Các điều kiện bên ngoài: Phạm vi nhiệt độ: 0oC→70oC Về nhiệt: Nhiệt trở: 50ƟJA(oC/W) Nhiệt độ định mức cho phép mối nối: 150oC Phạm vi nhiệt độ lưu trữ định mức: -65oC→150oC Tóm tắt thơng tin thiết kế: Tần số dao động : fOSC = 0.45/RC COSC > 50pF; ROSC > 50k Ω fOSC (typical) = 48kHz Chu kỳ dao động: tOSC = RC/0.45 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 13 Tần số đồng hồ tích hợp: fCLOCK = fOSC/4 Chu kỳ tích hợp: tINT = 1000x(4/ fOSC) Chuẩn loại bỏ 50/60Hz: tINT/t60Hz hay tINT/t60Hz = số ngun Dòng tích hợp tối ưu: IINT = 4uA Điện áp toàn giai ngõ vào analog: VINFS (typical) =200mV 2V(Cụ thể đồ án chọn đo 2V) Trở tích hợp: RINT = VINFS/ IINT Tụ tích hợp: CINT = (tINT IINT)/VINT Độ lắc điện áp ngõ tích hợp: VINT = (tINT IINT)/CINT Độ lắc tối đa VINT: (V- +0.5V) < VINT < (V+ -0.5V), VINT (typical) = 2V Bộ đếm thị: COUNT = 1000.VIN/VREF Chu kỳ chuyển đổi: tCYC = tCLOCK x 4000 tCYC = tOSC x 16000 fOSC = 48kHz tCYC =333ms MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 14 Điện áp ngõ vào trạng thái mode chung: (V- +1V) < VIN < (V+ -0.5V) Tụ tự chỉnh “0” 0.1uF < CREF < 1uF VCOM ≅ V+ -2.8V Tổn thất điều chỉnh V+ → V- < ≅ 6.8V Nếu VCOM bị kéo tụt xuống (V+ → V-)/2 mạch VCOM ngắt Dạng sóng ngõ khuếch đại tích hợp điển hình (chân 27 – INT) MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 15 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 16 2.5.4 Sơ đồ mạch hiển thị vẽ Proteus: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 17 2.6 Thực vẽ mạch in Altium Mạch nguyên lý: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 18 Mạch in ALTIUM: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 19 CHƯƠNG 3: CÁC BƯỚC HIỆU CHỈNH MẠCH 3.1 Lựa chọn thang đo cho ICL7107 Phạm vi hoạt động ICL7107 -199.9→199.9 Trong giải đo điện áp đầu Vout cảm biến biến đổi khoảng từ -100 oC→169 oC ICL7107 có hai thang đo 200mV 2V ta lựa chọn thang đo 200mV để phù hợp với giải đo yêu cầu mạch đề Ta có dislaycount cua ICL7107 la : COUNT Mạch lắp vao chưa chạy VREF V trừ mạch khuếch đại chưa xác.Nên ta cần phải hiệu chỉnh cách xoay biến trở theo thiều thích hợp để nhận VREF=0,1V 3.2 Điều chỉnh điện áp trừ mạch khuếch đại Điện áp trừ mạch khuếch đại ta cần điều chỉnh 0,1V nên ta xoay biến trở 0.1V MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 20 KẾT LUẬN Mạch hoạt động bình thường nhiên yếu tố sai số Đồng thời hiển thị LED số bị mờ dải nhiệt từ 20 đến nhỏ 30 độ C Mạch sai số yếu tố sau: Nhiễu thiết kế mạch điện tử loại tín hiệu tạp chất sinh cách ngẫu nhiên gây ảnh hưởng xấu tới tín hiệu thơng tin Nhiệt độ mơi trường ko ổn định (đóng vai trò nhỏ) Xấp xỉ hàm điện trở LM35 Vậy nên nhiệt cao sai số lớn TÀI LIỆU THAM KHẢO MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 21 Datasheet ICL7107 http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/icl7/icl7106-07-07s.pdf Datasheet LM35 http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf Datasheet ICL7660 www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/icl7/icl7660.pdf https://www.instructables.com/topics/ICL7107-and-LM35-based-7-segmentthermometer/ http://blog.circuits4you.com/2015/06/digital-temperature-indicator.html TEMPERATURE MEASUREMENT CIRCUIT MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107 22 ... Proteus: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7 107 17 2.6 Thực vẽ mạch in Altium Mạch nguyên lý: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7 107 18 Mạch in ALTIUM: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7 107... Sử dụng ICL7 660 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7 107 Sơ đồ chân ICL7 660: Kích thước chân ICL7 660: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7 107 10 Thông số kĩ thuật ICL7 660: MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ... chế tạo mạch đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35 ICL7 107 1.3 Nội dung nghiên cứu • Phương pháp đo nhiệt độ với LM35 • Phương pháp đo điện áp với ICL7 107 MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7 107