TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH BIẾN ĐỔI AD CHO CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ VÀ XE CHUN DỤNG TÊN ĐỀ TÀI TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH BIẾN ĐỔI A/D CHO CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT Giáo viên hướng dẫn: Phạm Văn Hải Sinh viên thực : Nguyễn Xuân Thắng Lớp 121151 : Hưng Yên, năm 2017 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN …………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… ………………………………………… Hưng Yên, ngày … tháng … năm 2017 Chữ ký giáo viên Lời nói đầu Đo nhiệt độ phương pháp thường gặp đo lường, có từ lâu, giai đoạn có phương pháp đo khác Trước công nghệ điên tử bán dẫn chưa phát triển mạch đo chủ yếu dùa kỹ thuật tương tự, phương pháp xử lý chủ yếu dùa vào phần cứng giá trị có sai số lớn, thiết bị cồng kềnh, lắp đặt không thuận tiện Đến đầu năm 80 năm cuối kỷ 20, công nghệ bán dẫn vi mạch phát triển mạnh, với phát triển khoa học kỹ thuật đặc biệt kỹ thuật số ứng dụng rộng rãi ngành đo lường điều khiển làm thay đổi hẳn phương pháp xử lý tín hiệu đo Trước xử lý tín hiệu đo chủ yếu đo phần cứng ngày việc xử lý mềm hố với đời sensor thơng minh làm cho thiết bị đo ngày thơng minh độ xác cao Ngày xuất hiên 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 Đối với 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 yêu cầu kỹ thuật công việc cụ thể mục đích cuối phép đo thể giá trị nhiệt độ với khoảng sai sè cho phép chấp nhận CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT 1.1 Công dụng, yêu cầu phân loại 1.1.1 Công dụng - Duy trì chế độ làm việc cho động nhiệt độ ổn định - Giữ cho động nhiệt độ thích hợp tất tốc độ, điều kiện vận hành - Làm cho động đạt đến nhiệt độ vận hành bình thường cách nhanh chóng 1.1.2 Yêu cầu - Tốc độ làm mát vừa đủ giữ cho nhiệt độ động thích hợp - Nếu làm mát gió cánh tản nhiệt phải đảm bảo cho xylanh làm mát - Nếu làm mát nước phải đảm bảo đưa nước có nhiệt độ thấp đến vị trí có nhiệt độ cao, nước phải chứa iơn - Kết cấu hệ thống làm mát phải có khả xả súc rửa để sử dụng bảo quản dễ dàng 1.1.3 Phân loại Hệ thống làm mát động phân loại theo đặc điểm sau: - Theo môi chất làm mát sử dụng gồm có loại : + Hệ thống làm mát nước, dung dịch làm mát + Hệ thống làm mát khơng khí - Theo mức độ tăng cường làm mát gồm có loại + Làm mát tự nhiên + Làm mát cưỡng - Hệ thống làm mát cưỡng phân theo đặc điểm vòng tuần hồn nước gồm có + Kiểu vịng tuần hồn kín + Kiểu vịng tuần hồn hở + Kiểu vịng tuần hồn - Hệ thống làm mát nước tự nhiên gồm loại: + Hệ thống làm mát kiểu bốc + Hệ thống làm mát kiểu đối lưu 1.2 Kết cấu hoạt động hệ thống làm mát 1.2.1 cấu tạo hệ thống làm mát Hình 1.1 hệ thống làm mát động Két nước Quạt làm mát • Bình chứa 5.Bơm nước Nắp két nước Van nhiệt Dòng chảy nước làm mát Hình 1.2: dịng chảy dung dịch làm mát b Nguyên lý hoạt động Lực đẩy bơm nước làm cho nước làm mát tuần hoàn mạch nước làm mát Nước làm mát hấp thụ nhiệt từ động phân tán vào khơng khí qua két nước Nước làm mát được hạ nhiệt két làm mát sau quay trở động a Két nước Két nước lắp phía trước động cơ, két nước gồm phần chính: Bình phía trên, bình phía dưới, ruột két nước (thân két nước) Hình 1.3: Két nước 1: Đường nước 5: Ruột két nước 2: Nắp két nước 6: Bộ lọc 3: Cánh tản nhiệt 7: Ống nước làm mát 4: Chiều nước làm mát *) Bình nước trên: Gồm nước từ thân động cơ, phía khoảng rỗng có nắp két nước Vật liệu đồng dày 0,5mm (hoặc nhựa tổng hợp) Ở miệng đổ nước có nắp đầu nối cảm biến bóng đèn kiểm tra nhiệt độ giới hạn nước ống nối Ống thoát hàn miệng đổ nước vào két * Bình nước dưới: Gồm nước từ thân nước sau làm mát, dập từ đồng mỏng (nhựa tổng hợp) có đường dẫn nước tới bơm nước bình có van xả nước điều khiển khóa vặn * Ruột két nước (thân két nước): Làm mát nước gồm khoảng 200 - 300 ống dẫn nước đồng nhôm Sắp xếp theo hàng đầu hàn với bình nước bình nước Hình dạng ống tiết diện trịn van hay dẹt Được chế tạo đồng hay đồng thau với bề dày 0,15mm b Bơm nước Bơm nước thường dùng bơm ly tâm: Thân bơm đúc gang hợp kim nhơm Trên thân có đường nước vào, đường nước ra, guồng quạt nước đúc gang kim đồng Guồng quạt lắp cố định trục bơm, quay trượt thân bơm ổ bi Để khơng cho nước dị rỉ theo trục bơm có nắp vịng chắn nước gồm: Các đệm cao su, lị xo để chắn khơng cho nước dị rỉ bên ngồi Hình 1.4: Cấu tạo nguyên lý làm việc bơm ly tâm 1: Đường nước vào 2: Vỏ bơm 4: Trục bơm 5: Guồng quạt nước 3: Đường nước *) Nguyên lý hoạt động Khi động làm việc thông qua truyền đai, trục bơm quay làm guồng quạt nước quay vỏ bơm Do tác dụng lực li tâm cánh guồng mà quạt nước vào thành vỏ bơm sinh áp lực đẩy nước vào đường nước làm mát guồng quạt quay nước tạo khoảng chân không xung quanh tâm guồng nước két nước không ngừng bổ sung vào bơm nước lưu lượng bơm từ 68 – 320 lít/ kw.h (số vòng quay từ 1800 - 3500 vòng/ phút) số vịng tuần hồn từ - 12 lần/ phút Cột áp suất bơm tạo nên 0,5 -1,5kG/cm2 công dẫn động bơm chiếm khoảng 0.005 đến 0,01Ne c Van nhiệt *) Van đơn a b Hình 1.5: Kết cấu chế độ làm việc van nhiệt loại đơn a: Van nhiệt đóng 1: Nước từ động tới b: Van nhiệt mở 2: Nước quay động 3: Nước két làm mát Khi động làm việc, nhiệt độ thấp Van điều chỉnh nhiệt chưa nâng lên, lúc cửa (đường nước từ động tới) cửa (đường nước quay động cơ) thông Nước bơm chuyển từ két qua điều chỉnh nhiệt qua bơm nước, mà hồn tồn khơng qua két làm mát Khi động làm việc ổn định, nhiệt độ động nóng lên Nước bơm đẩy làm mát chi tiết, cấu động Lúc van điều chỉnh nhiệt nâng lên, làm cho cửa 1(đường nước từ động tới) cửa (đường nước tới két làm mát) nối thơng với Cửa bị đóng kín *) Van kép Hình1.6 : Cấu tạo van nhiệt loại kép Cấu tạo: Gồm cánh ván gắn trụ van Hộp xếp bên có chứa chất bay (gồm 1/ thể tích rượu êtilic 2/ nước cất lượng chất lỏng có tổng thể tích khoảng - 8cm 3) hộp xếp kim loại có hệ số giãn nở lớn Trên hộp xếp có gắn liền với trụ van, có đường nước bơm, đường két đường nước đến từ động Nguyên lý làm việc : Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý van nhiệt kép 1: Hộp xếp 2: Đường nước bơm 3: Van bơm 4: Van két nước 5: Đường két nước 6: Đường nước nóng từ động 7: Thân van Khi nhiệt độ động thấp chất hộp xếp chưa bị giãn nở cánh van đóng kín đường nước két làm mát Cánh van mở cho nước từ động vào bơm, nước từ động van nhiệt theo đường dẫn tạo thành vòng tuần hoàn nhỏ Khi nhiệt độ động đạt 60 - 700C chất lỏng hộp xếp bay nên làm cho hộp xếp giãn nở khoảng 0,2 - 0,3mm mở van đóng dần van Từ phân chia lưu lượng hai dòng nước, két bơm phụ thuộc vào nhiệt độ nước khỏi động có tác dụng nhiệt độ làm mát động phạm vi định Khi nhiệt độ đạt định mức (800C) hộp xếp giãn nở hoàn toàn, chiều cao ống xếp khoảng - mm cánh van đóng kín, cánh van mở hoàn toàn, toàn lưu lượng nước làm mát két nước nên van nhiệt khơng cịn tác dụng điều chỉnh nhiệt độ - Tốc độ làm mát vừa đủ giữ cho nhiệt độ động thích hợp - Nếu làm mát gió cánh tản nhiệt phải đảm bảo cho xylanh làm mát - Nếu làm mát nước phải đảm bảo đưa nước có nhiệt độ thấp đến vị trí có nhiệt độ cao, nước phải chứa iôn - Kết cấu hệ thống làm mát phải có khả xả súc rửa để sử dụng bảo quản dễ dàng 2.2.3 Những hư hỏng hệ thống làm mát a Những hư hỏng hệ thống Hư hỏng Nguyên nhân • Thiếu nước khơng có nước két • Bơm nước bị hỏng • Quạt gió bị hỏng Nhiệt độ động • Dây đai bị trùng, puly dẫn động bị mịn, hỏng cao • Tắc đường ống làm mát • Van nhiệt bị hỏng không cho nước két làm mát • Bụi bẩn bám nhiều vào két làm mát thân động làm cho nước không tỏa nhiệt • Các ổ bi q dơ khơng có tiếng kêu Bơm nước có tiếng kêu • Chác bơm quẹt với lịng thân bơm • Mặt bích để lắp với puly bị mịn, trượt làm việc • Các đầu nối bắt khơng chặt • Các nối cao su bị vỡ thủng Rị chảy nước • Phớt cao su, gioăng đệm bị hỏng, bu lông bắt không chặt B Những vấn đề hư hỏng bơm nước - Đầu cánh bơm lòng thân bơm bị mòn thân bơm va quệt làm việc - Cánh bơm bi sứt gãy, rạn nứt, vỏ bơm bị vỡ tháo không kỹ thuật - Trục bơm bị hỏng ren đầu, hỏng rãnh then, trục bị cong lắp ghép không kỹ thuật - Phớt cao su bị rách C Hư hỏng chi tiết khác - Quạt gió + Cánh quạt bị biến dạng, nứt gãy va đập vào két nước, ổ đỡ bị mòn làm việc lâu ngày + Những hư hỏng làm cho động chạy có tiếng kêu, vòng bi bơm nước bị mòn nhanh - Két nước làm mát + Các cánh tản nhiệt sô lệch phía quạt nước quệt vào, khơng khí không qua cánh tản nhiệt + Các bầu chứa nước đường dẫn nước bị thủng dẫn đến rò nước + Bụi bẩn bám vào két nước làm cho tản nhiệt + Van chiều nắp két nước bị hỏng làm việc lâu ngày - Van nhiệt + Van bị kẹt vị trí mở, nước ln ln qua két nước, khơng hâm nóng động khởi động + Van bị kẹt vị trí van khơng cho két nước làm mát làm cho máy nóng lên 1.2.2 Hệ thống làm mát nước Ở hệ thống làm mát nước, nước dùng làm môi chất trung gian tản nhiệt cho chi tiết Tuỳ thuộc vào tính lưu động nước hệ thống làm mát, phân thành loại: - Hệ thống làm mát kiểu bốc - Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên - Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng 1.2.2.1 Các chu trình làm mát động a Hệ thống làm mát kiểu bốc Hình 1.8: Hệ thống làm mát kiểu bốc Hình 2.20 : hình LCD 1602 A – Thông số Điện áp hoạt động V Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm Chữ trắng, xanh dương Khoảng cách hai chân kết nối 0.1 inch tiện dụng kết nối với Breadboard Tên chân ghi mặt sau hình LCD hổ trợ việc kết nối, dây điện Có đèn led nền, dùng biến trở PWM điều chình độ sáng để sử dụng điện Có thể điều khiển với dây tín hiệu Có ký tự xây dựng hỗ trợ tiếng Anh tiếng Nhật Chân Ký hiệu VSS VDD V0 Mô tả GND VCC Độ tương phản Giá trị 0V 5V RS=0 (mức thấp) chọn ghi lệnh RS Lựa chọn ghi RS=1 (mức cao) chọn ghi liệu R/W=0 ghi viết R/W 10 11 12 13 14 15 16 E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A K Chọn ghi đọc/viết liệu R/W=1 ghi đọc Enable Chân truyền liệu bit: DB0-DB7 Cực dương led Cực âm led 0V đến 5V 0V CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ 3.1.Sơ đồ khối khối nguồn khối điều khiển khối cảm biến khối hiển thị Hình 3.1: sơ đồ khối mạch Khối nguồn: biến áp sử dụng nguồn 220v cho điện áp 5v với dòng điện 800mA Khối cảm biến : sử dụng cảm biến nhiệt điện trở LM35 vào biến trở 10k Khối điều khiển: sử dụng vi điều khiên AT89C51 Khối hiển thị: sử dụng hình LCD 3.2.xây dựng sơ đồ hệ thống phần mềm mơ proteus 3.2.1.mạch mơ Hình 3.2 : mạch mô - cụm chi tiết mạch mơ gồm có: +khối reset : gồm có nút ấn, tụ phân cực, điện trở + Khối tạo dao động cho mạch: tụ không phân cực, thạch anh 12M + vi điều khiển: IC A89C51 + khối tín hiệu vào : Cảm biến nhiệt LM35 biến trở 10k + khối hiển thị: sử dùng hình LCD - nguyên lý làm việc mạch - cảm biến nhiệt LM 35 đo nhiệt độ gửi tới ADC tích hợp cảm biến , ADC so sánh điệc áp cấp vào chân cảm biến, sau so sánh tính tốn tín hiệu đuọc gửi qua chân cảm biến nối với chân P3.3 vi điều khiển - sau nhận tín hiệu điện áp cảm biến gửi , vi điều khiển xử lý gửi tín hiệu đến cổng P2, chân P2.0, chân P2.1, chân P2.2, chân P2.3, chân P2.4, chân P2.5, P2.6 cổng P2 gửi tín hiệu tới LCD, CLD hiển thị nhiệt độ 3.2.2.Sơ đồ hoạt động Bắt đầu LM 35 chuyển t° → số nhị phân chuyển đổi tích hợp LM 35 vi điều khiển AT89C51 Xuất LCD 3.2.3.Code lập trình 3.2.3.1 Main.h #ifndef _MAIN_H_ #define _MAIN_H_ #include "REGX51.H" #include "delay.h" #include "stdio.h" #define LCD_RS P2_0 #define LCD_RW P2_1 #define LCD_EN P2_2 #define LCD_D4 P2_4 #define LCD_D5 P2_5 #define LCD_D6 P2_6 #define LCD_D7 P2_7 #define ADC0804_DATA P1 #define ADC0804_CS P3_0 #define ADC0804_RD P3_1 #define ADC0804_WR P3_2 #define ADC0804_INTR P3_3 char str[20]; unsigned char temp; #include "lcd4bit.h" #include "adc0804.h" #endif 3.2.3.2 Main.c #include "main.h" void main(void) { lcd_init(); delay_ms(50); lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts("Do an mon hoc "); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts("Do nhiet "); delay_ms(2000); lcd_clear(); lcd_init(); delay_ms(50); lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts("Nhiet Do ."); delay_ms(50); while(1) { temp = ADC0804_Read(); //temp = ADC0804_Read(); lcd_gotoxy(0,1); sprintf(str,"T = %d\xdf\C ",(int)temp); lcd_puts(str); delay_ms(500); } } 3.2.3.3 Khai báo Ic ADC0804 #ifndef _ADC0804_H_ #define _ADC0804_H_ #include "main.h" //Ham doc ADC0804 unsigned char ADC0804_Read() { unsigned char kq; // Chon chip ADC0804_CS = 0; // Tao xung bat dau chuyen doi ADC0804_WR = 0; ADC0804_WR = 1; // Doi cho den chuyen doi xong while(ADC0804_INTR); // Doc gia tri sau chuyen doi ADC0804_RD = 0; kq = ADC0804_DATA; ADC0804_RD = 1; delay_ms(10); return kq; } #endif 3.2.3.4 Khai báo LCD 1602 #ifndef _Lcd4bit_H_ #define _Lcd4bit_H_ #include "main.h" void LCD_Enable(void) { LCD_EN=1; delay_us(3); LCD_EN=0; delay_us(50); } void LCD_Send4Bit(unsigned char Data) { LCD_D4=((Data&0x01)==0x01); LCD_D5=((Data&0x02)==0x02); LCD_D6=((Data&0x04)==0x04); LCD_D7=((Data&0x08)==0x08); } void LCD_SendCommand(unsigned char Command) { LCD_Send4Bit(Command>>4); /* Gui bit cao */ LCD_Enable() ; LCD_Send4Bit(Command); /* Gui bit thap*/ LCD_Enable() ; } void lcd_gotoxy(unsigned char x,unsigned char y) { unsigned char address; if(!y) address = (0x80+x); else address = (0xC0+x); delay_us(300); LCD_SendCommand(address); delay_us(50); } void lcd_clear(void) { LCD_SendCommand(0x01); delay_us(10); } void lcd_putchar(unsigned char Data) { LCD_RS=1; LCD_SendCommand( Data ); LCD_RS=0; } void lcd_puts(unsigned char *s) { while (*s) { lcd_putchar(*s); s++; } } void lcd_init(void) { LCD_Send4Bit(0x00); delay_ms(20); LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_Send4Bit(0x03); LCD_Enable(); delay_ms(5); LCD_Enable(); delay_us(100); LCD_Enable(); LCD_Send4Bit(0x02); LCD_Enable(); LCD_SendCommand( 0x28); // giao thuc bit, hien thi hang, ki tu 5x7 LCD_SendCommand( 0x0c); // cho phep hien thi man hinh LCD_SendCommand( 0x06); // tang ID, khong dich khung hinh lcd_clear(); // xoa toan bo khung hinh } #endif 3.2.3.5 Khai báo hàm Delay #ifndef _DELAY_H_ #define _DELAY_H_ void delay_ms(unsigned int time) { unsigned int i,j; for(i=0;i