Đang tải... (xem toàn văn)
Mọi người có thể tham khảo kết quả nghiên cứu làm việc của chúng tôi để áp dụng và học tập cũng như công việc trong cuộc sống. Trong bài có cả ảnh mô phỏng proteus và ảnh mạch thực. Cảm ơn mọi người đã tham khảo
ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ • • Nhóm : Trần Mạnh Hà Trần Ngọc Khánh Nguyễn Văn Đạt Tên đề tài : Thiết kế đo nhiệt độ sử dụng LM35 hiển thị lên LCD Mở Đầu: Nhiệt độ tín hiệu vật lý mà ta thường xuyên gặp trọng đời sống sinh hoạt ngày kĩ thuật công nghiệp Việc đo đạc nhằm xác định xác nhiệt độ theo thang đo từ lâu trở thành vấn đề quan tâm, nhiều phương pháp đo nhiệt độ ngày trở lên xác Hiện nay, việc sử dụng cảm biến nhiệt độ công nghiệp dân dụng ngày phổ biến hiệu cao Đồ án “ Thiết kế hệ thống đo nhiệt độ “ nhóm em sử dụng cảm biến LM35 nhằm nghiên cứu thiết kế đo nhiệt độ độ tự động xác CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG HỆ THỐNG BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ HIỂN THỊ LÊN LCD 1.1 MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1.1.1.Một số loại cảm biến nhiệt độ 1.1.2.Các phương pháp đo nhiệt độ 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống 1.2.2 Nguyên lý hoạt động CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ 2.1 2.2 2.3 IC LM35 Giới Thiệu LCD 1602 Arduino Uno CHƯƠNG : XÂY DỰNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ 3.1 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 3.1.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế Arduino IDE 3.1.2 Thiết kế sơ đồ thuật toán mạch nguyên lý 3.2 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 3.1.1 Sơ lược qua phần mềm PROTEUS 3.1.2 Mô phần mềm PROTEUS 3.1.3 Kết mô 3.4 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.5 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT HỆ THỐNG HỆ THỐNG BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ 1.1 1.1.1 DỤNG LM35 VÀ HIỂN THỊ LÊN LCD MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ Một số loại cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ thiết bị dùng để đo biến đổi nhiệt độ đại lượng cần đo Thiết bị cảm biến nhiệt thiết kế đặc biệt cho ngành công nghiệp thực phẩm, dược phẩm, hóa chất, tơ, hàng hải vật liệu nhựa, tất ngành đòi hỏi độ xác, độ tin cậy cao phép đo Cảm biến nhiệt cấu tạo gồm hai dây kim loại khác gắn vào đầu gọi đầu nóng (đầu đo) đầu lạnh (đầu chuẩn) Khi có chênh lệch nhiệt độ hai đầu phát sinh nhiệt điện động đầu lạnh Vì cần kiểm sốt nhiệt độ đầu lạnh (tùy thuộc vào loại chất liệu) Nguyên lý làm việc nhiệt kế điện trở metaI, thường gọi cảm biến nhiệt, sở dựa thay đổi điện trở kim loại với thay đổi nhiệt độ vượt trội [1] Vật liệu: bạch kim niken, điện trở suất cao tính ổn định chúng Các phép đo nhiệt độ thực với cảm biến nhiệt có độ xác đáng tin cậy nhiều so với phép đo thực với loại cặp nhiệt điện nhiệt kế khác Một số loại cảm biến nhiệt bản: a Loại cảm biến nhiệt độ hai dây: Là xác sử dụng trường hợp kết nối độ bền nhiệt thực với dây điện trở ngắn điện trở thấp; kiểm tra mạch điện tương đương, lưu ý điện trở đo tổng phần tử cảm biến (phụ thuộc vào nhiệt độ) điện trở dây dẫn sử dụng cho kết nối Lỗi phép đo không liên quan: phụ thuộc vào nhiệt độ Hình 1.1 Mạch cảm biến nhiệt độ hai dây b Loại cảm biến nhiệt độ ba dây: Cho mức độ đo xác tốt hơn, kỹ thuật ba dây sử dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp Với kỹ thuật đo lường này, loại bỏ lỗi gây điện trở dây dẫn; đầu ra, điện áp phụ thuộc hoàn toàn vào biến đổi điện trở cảm biến nhiệt điều chỉnh liên tục theo nhiệt độ c Loại cảm biến nhiệt bốn dây: Volt-ampe kế cho độ xác lớn có thể, sử dụng lĩnh vực cơng nghiệp, sử dụng ứng dụng phòng thí nghiệm Hình 1.2 Mạch cảm biến nhiệt độ hai dây Trên mạch điện tương đương thấy điện áp đo phụ thuộc vào điện trở nhiệt; độ xác phép đo phụ thuộc hồn tồn vào độ ổn định dòng đo độ xác số đọc điện áp nhiệt Có hai loại nhiệt điện tạo thành: cách nhiệt truyền thống cách nhiệt khoáng chất MgO 1.1.2 Các phương pháp đo nhiệt độ: Đo nhiệt độ cảm biến nhiệt đơn giản so với việc sử dụng loại đo nhiệt độ khác, nhiên cần thực số bước định để khắc phục lỗi phát Có ba ngun nhân gây lỗi phép đo nhiệt độ với nhiệt độ: - Lỗi nhiệt phần tử cảm biến - Lỗi cách điện thiết bị cảm biến - Lỗi phần tử cảm biến không nhúng độ sâu định Bộ phận cảm biến tự nóng lên q trình đo bị cắt ngang dòng điện cao, hiệu ứng Joule, làm tăng nhiệt độ phần tử Sự tăng nhiệt độ phụ thuộc vào loại yếu tố sử dụng điều kiện đo Ở nhiệt độ, độ bền nhiệt tự nóng lên đặt nước khơng phải khơng khí; điều thực tế nước có hệ số phân tán cao khơng khí Thơng thường tất thiết bị đo sử dụng nhiệt điện trở làm cảm biến có dòng đo cực thấp, nhiên khơng nên vượt q dòng đo mA (EN 60751) Để đo xác với cảm biến nhiệt, điều quan trọng cách điện dây dẫn vỏ bọc bên đủ lớn, đặc biệt nhiệt độ cao Điện trở cách điện xem điện trở đặt song song với phần tử cảm biến Do đó, rõ ràng, nhiệt độ khơng đổi, cách điện giảm đi, điện áp đo phần tử cảm biến giảm gây lỗi phép đo Điện trở cách điện giảm đầu dò sử dụng nhiệt độ cao, có rung động mạnh ảnh hưởng tác nhân vật lý hóa học Độ sâu ngâm phận cảm biến quan trọng phép đo xác, Khơng giống cặp nhiệt điện, đó, phép đo coi thất bại, độ sâu khơng đủ, gây sai số phép đo tới vài độ °C Điều thực tế vỏ bọc, thường kim loại, với phận cảm biến bảo vệ phân tán nhiệt theo tỷ lệ chênh lệch nhiệt độ vùng nóng lạnh; đó, cảm biến nhiệt Termotech có dải nhiệt dọc theo phần chiều dài vỏ bọc Nên độ sâu ngâm phải đủ để phận cảm biến bên vỏ bọc chịu độ chênh nhiệt Độ sâu tối thiểu phụ thuộc vào điều kiện đo vật lý kích thước độ bền nhiệt (chiều dài phần tử, v.v.) 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA 1.2.1 • BỘ ĐO NHIỆT ĐỘ Sơ đồ khối hệ thống: Trên hình 1.3 sơ đồ khối hệ thống đo nhiệt độ Vi xử lý Hình 1.3 Sơ đồ khối 1.2.2 Nguyên lý hoạt đông Cấp nguồn cho cảm biến, dựa vào nhiệt độ điện trở cảm biến thay đổi, từ điện áp chân Vout thay đổi với 10mV tương ứng với độ C Tín hiệu điện áp truyền từ cảm biến đến vi xử lý Vi xử lý tính tốn điện áp công thức sau: Nhiệt độ = (tín hiệu đọc được)*(5/1023)*100 Sau tính tốn tín hiệu nhiệt độ, ta xuất lên hình CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG ĐO NHIỆT ĐỘ GIỚI THIỆU IC LM35 LM35 cảm biến nhiệt độ giá rẻ thường tiêu dùng mang thể 2.1 sử dụng để đo nhiệt độ (theo °C) sản xuất hãng National Semiconductor dải đo từ Độ đến 100 độ C LM35 cảm biến tiêu hao điện thấp sử dụng điện áp 5V Cảm biến gồm có chân, chân nguồn, chân tín hiệu dạng Analog Chân liệu LM35 chân ngõ điện áp dạng tuyến tính Chân số cảm biến xuất 1mV = 0.1°C (10mV = 1°C) Để lấy liệu dạng °C cần lấy điện áp chân OUT đem chia cho 10 Chân cấp điện áp 5V, chân cấp GND, chân chân OUTPUT liệu dạng điện áp LM35 có độ chuẩn xác 0,4 ° C nhiệt độ phòng bình thường 0,8 ° C khoảng ° C đến + 100 ° C Một đặc tính quan trọng cảm biến thu 60 microamps từ nguồn cung ứng có khả tự sưởi ấm thấp Một số tính chất cảm biến LM35: • • • • Đầu cảm biến thay đổi diễn tả tuyến tính Điện áp cảm biến IC tỉ lệ với nhiệt độ Celsius Điện áp hoạt động từ -55˚ đến + 150˚C Được vận hành 4V tới 30V Hình 2.1 IC cảm biến nhiệt độ LM35 Các ứng dụng cảm biến nhiệt độ LM35: • • • Đo nhiệt độ môi trường đặc biệt áp dụng HVAC Kiểm tra nhiệt độ pin Cung cấp thông tin nhiệt độ linh kiện điện tử Các thông số kỹ thuật lm35: • • • • • • • Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Điện áp ra: -1V đến 6V Công suất tiêu thụ 60uA Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC Độ xác cao 25 C 0.5 C Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Độ xác thực tế: 1/4°C nhiệt độ phòng 3/4°C khoảng -55°C tới 150°C.[2] 2.2 GIỚI THIỆU LCD 1602 Thiết bị hiển thị LCD 1602 (Liquid Crystal Display) sử dụng nhiều ứng dụng VĐK LCD 1602 có nhiều ưu điểm so với dạng hiển thị khác như: khả hiển thị kí tự đa dạng (chữ, số, kí tự đồ họa); dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tiêu tốn tài nguyên hệ thống, giá thành rẻ Các thông số kĩ thuật LCD 1602: - Điện áp MAX Điện áp MIN Hoạt động ổn định Điện áp mức cao Điện áp mức thấp Dòng điện cấp nguồn Nhiệt độ hoạt động : 7V : - 0,3V : 2.7-5.5V : > 2.4 : Set Keyboard Mapping - Để lấy linh kiện vẽ mạch, chọn linh kiện vùng chọn lựa (vùng màu trắng) nói - Move linh kiện ( Di chuyển linh kiện ) Ta chọn linh kiện cần di chuyển Right Click chọn Drag Objject - Ta củng Copy, Move, Rotate, Delete linh kiện - Wire (Vẽ dây nối chân linh kiện ) chọn công cụ Selection Mode Sau đưa chuột lại chân linh kiện, trỏ chuột có dạng bút màu xanh Click vào chân linh kiện để nối dây vào chân đó, sau đưa chuột đến chân lại mà ta muốn - Delete wire cách Right Click lần lên dây.Hình dạng đường dây di qua điểm mà ta click chuột - Editing Part Labels Có thể ẩn hoăc tên, giá trị , thay đổi tên, giá trị linh kiện cách: Right Click /Edit Properties Check/Uncheck Hidden ( ẩn tên, giá trị linh kiện ).[6] Ưu điểm proteus: - Dễ dàng tạo sơ đồ nguyên lý đơn giản từ mạch điện đơn giản, đến - mạch có lập trình vi xử lý Dễ dàng chỉnh sửa đặc tính linh kiện sơ đồ nguyên lý : chỉnh sửa số bước động bước, chỉnh sửa nguồn nuôi cho mạch, thay đổi tần số - hoạt động vi xử lý… Công cụ hỗ trợ kiểm tra lỗi thiết kế sơ đồ nguyên lý Xem lưu lại - phần báo lỗi Chạy mơ phân tích tính chất mạch điện cơng cụ hỗ trọ cho việc chạy mô mạnh xác Các cơng cụ đồ thị 23 hỗ trợ cho việc phân tích, khơng phần mêm cơng cụ đo như: đồng hồ đo vôn, ampe, đến máy đo dao động, máy tạo sóng dao - động… Ngồi proteus cung cấp cho người dùng công cụ mạnh mà phần mêm khác khơng có Chẳng hạn thư viện LED với loại màu sắc khác kể LED đoạn phần hiển thị mạnh mà Proteus cung cấp LCD, mô thao tác LCD từ đơn giản - đến phức tạp Một điểm mạnh khác Proteus cung cấp cho người sử dụng công cụ biên dịch cho họ vi xử lí Qua tạo tập tin HEX dùng để nạp cho - vi xử lý để xem chạy kiểm tra bước chương trình mơ Proteus có thư viện lớn với 6000 linh kiện ngày bổ sung thêm Ứng dụng proteus: - Khả ứng dụng Proteus mơ phỏng, phân tích kết từ mạch nguyên lý, giúp người dùng thấy trước mạch thiết kế - hay sai trước làm mạch thực Các công cụ phục vụ cho việc đo phân tích có độ xác cao Dùng proteus cung cấp cho người dùng toàn mạch điện đơn giản, tạo vi xử lý dùng cho thực hành vi xử lý Qua giúp tiết kiệm chi phí, thời gian cho việc chuẩn bị mơ hình thực tế 3.2.2 Mơ phần mềm proteus 24 Hình 3.10 Kết mơ Ở mô nhiệt độ mơi trường 31 độ C Hình 3.11.Mạch thực tế 25 Hình 3.12 Nhiệt độ phòng 19.55 độ C Mô tả thử nghiệm thực tế: Thử nghiệm: Sau cấp nguồn cho thiết bị, thiết bị bắt đầu đo nhiệt độ - bên mơi trường theo độ C Sau 0.5 giây thiết bị cập nhật nhiệt độ - lần Thực tế: Thiết bị đo xác nhiệt độ bên 19 độ C Đưa cảm biến ngồi nguồn nhiệt khác, thấy nhiệt độ đo có thay đổi với giá trị đo Sai số với thông số với nhà sản xuất đưa 26 Tài liệu tham khảo: • [1] https://vi.wikipedia.org • [2] https://hshop.vn/products/cam-bien-nhiet-do-lm35-2 • [3] kiemtailieu.com-lcd-hd44780-giao-tiep-va-lap-trinh.pdf • [4] https://vi.wikipedia.org/wiki/Arduino • [5] http://arduino.vn/bai-viet/296-cam-bien-nhiet-do-lm35-va-cach-su• dung-no-trong-moi-truong-arduino [6] Tập san kỹ thuật Điện-Điện tử Phân Hiệu ĐHH QT 27