Thiết kế chế tạo máy đo thân nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG - ISO 9001:2015 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Bảo Trung Giảng viên hướng dẫn: TS Ngô Quang Vĩ ‘ HẢI PHÒNG – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG - THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ĐO THÂN NHIỆT TỪ XA SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÔNG TIẾP XÚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Bảo Trung Giảng viên hướng dẫn: TS Ngơ Quang Vĩ HẢI PHỊNG – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Nguyễn Bảo Trung MSV: 1512102012 Lớp : DC1901 Nghành : Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài: Thiết kế chế tạo máy đo thân nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI 1.Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính toán vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán 3.Địa điểm thực tập tốt nghiệp ……………… CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ tên : Ngô Quang Vĩ Học hàm, học vị : Tiến sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại học Quản lý Công nghệ Hải Phòng Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày 12 tháng 10 năm 2020 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 31 tháng 12 năm 2020 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh Viên Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Nguyễn Bảo Trung Ngơ Quang Vĩ Hải Phịng, ngày…….tháng …… năm 2020 TRƯỞNG KHOA Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Ngô Quang Vĩ Đơn vị công tác: Trường Đại học Quản lý Cơng nghệ Hải Phịng Họ tên sinh viên: Nguyễn Bảo Trung Chuyên ngành: Điện tự động cơng nghiệp Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận, thực tiễn, tính tốn số liệu ) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 Giảng viên hướng dẫn Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự - Hạnh phúc - PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊM CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giảng viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 Giảng viên chấm phản biện ( ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU…… ……………………………………………………….1 Chương 1.TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ .2 1.1.Khái niệm nhiệt độ 1.1.1 Khái niệm: 1.1.2 Thang đo nhiệt độ: 1.1.3 Sơ lược phương pháp đo nhiệt độ: .3 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc 1.2.1 Đo nhiệt độ nhiệt điện trở: .4 1.2.1.1 Nhiệt điện trở kim loại: 1.2.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn: 1.2.2 Đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu: 1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ .8 1.2.3.1 Loại LM 335 1.2.3.1 Loại AD22100 1.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc 1.3.3 Hỏa quang kế phát xa: .10 1.3.2 Hoả quang kế cường độ sáng: 11 1.3.3 Hoả quang kế màu sắc: 12 Chương TÌM HIỀU VỀ CẤU TRÚC CÁC VI ĐIỀU KHIỂN .15 Tổng quan chip adunino nano 16 1.1 Ardunino nano gì: 16 1.1.1 Thiết kế nguồn: .19 1.1.2 Thiết kế mạch dao động: 20 1.1.3 Thiết kế mạch reset: .20 1.1.4 Thiết kế mạch nạp giao tiếp máy tính: 21 1.2 Lập trình cho Arduino Nano 22 1.3 So sánh Arduino Nano với Arduino Uno R3 22 1.4 Ứng dụng thực tiễn Board Arduino Nano 23 Cảm biến không tiếp xúc ZTEMP TL901 26 Cấu tạo ngun lí hoạt đơng đơng bước 28 1.1 Cấu tạo động bước: .28 1.2 Phân loại: 29 1.2.1 Phân loại động bước theo số pha: 29 1.2.2 Phân loại theo cực động bước: 29 1.2.3 Phân loại động bước theo Rotor: 29 1.2.3.1 Động bước nam châm vĩnh cửu: 29 1.2.3.2 Động bước biến trở từ trở: .32 1.2.3.3 Động bước hỗn hợp: .33 1.2.3.4 Động bước pha: 34 1.3 Phương pháp điều khiển động bước 36 1.4 Các thiết bị kèm với động bước 37 1.4.1 Hộp giảm tốc: 37 1.4.2 Phanh từ: 38 1.4.3 Enconder: 39 1.4.4 Driver điều khiển: 40 Chương Thiết kế, chế tạo máy đo thân nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc Kết luật Lời nói đầu Hiện Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố đóng vai trị quan trọng việc nâng cao suất lao động Những thành tựu cách mạng khoa học kỹ thuật áp dụng rộng rãi vào kinh tế đưa đến đổi thay chưa có lịch sử loài người Nhận thức tầm quan trọng khoa học cơng nghệ có ảnh hưởng định đến chiến lược phát triển đất nước, Nhà nước ta sức đào tạo nghiên cứu khoa học kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm phát triển nhanh khoa học kỹ thuật nước nhà Là sinh viên chuyên ngành điện công nghiệp dân dụng, sau thời gian học tập rèn luyện Trường Đại học Quản lý Cơng nghệ Hải Phịng, giảng dạy tận tình thầy với cố gắng nỗ lực thân, em giao đề tài tốt nghiệp “Thiết kế chế tạo máy đo thân nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc” Khi giao đồ án tốt nghiệp, xác định công việc quan trọng nhằm đánh giá lại tồn kiến thức mà tiếp thu trình học tập trường, em có nhiều cố gắng Đề tài đề tài thiết cần thiết Việt Nam tồn giới Vì tình hình dịch bênh COVID – 19 lây lan khắp nơi toàn giới mà thiết bị đo thân nhiệt lại thô sơ phải dùng đến sức người để sử dụng, đồ án em tập trung sâu vào cơng việc , nghiên cứu chế tạo máy đo thần nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc, sử dụng cảm biến không tiếp xúc TN901 Đồ án gồm phần Chương Tìm hiểu phương pháp đo nhiệt Chương Tìm hiểu cấu trúc vi điều khiển Chương Thiết kế, chế tạo máy đo thân nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc Sau tháng tìm hiểu tham khảo, với ý thức nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy, đặc biệt thầy Ngơ Quang Vĩ giúp Hình Hình vẽ bên ngồi mơ-đun đầu nối tiếp 4.1 Sơ đồ điển hình Hình Sơ đồ điển hình Giao diện TN9 đến TTL (MCU) V: Vcc D: Dữ liệu C: Đồng hồ (2KHz) G: GND A: ActionKey (Khi Kéo Thấp, thiết bị đo Tbb liên tục.) Lưu ý: Pin liệu Cao khơng có liệu, Thời gian chờ> 2ms 4.2 Thời gian SPI Hình Thời gian SPI 4.2.1 Định dạng thông báo Mục MSB LSB Tổng Mục CR Mục “L” (4Ch): Tobj (Nhiệt độ vật thể) “F” (66h): Tamb (Nhiệt độ môi trường) MSB bit liệu Msb LSB bit liệu Lsb Tổng mục + MSB + LSB = SUM CR 0Dh, Kết thúc tin nhắn 4.2.2 Ví dụ Nhiệt độ đối tượng (Tbb) 4C(hex) 14 2A 8A(hex) 0D(hex) Mục 4Ch→ “L” mã mục Nhiệt độ đối tượng Dữ liệu MSB 14h (“1” “4” ký tự ASCII) LSB 2Ah (“2” “A” ký tự ASCII) Giá trị nhiệt độ thực [Hex2Dec (142Ah)] / 16-273,15 = 49,475 ℃ Tổng kiểm tra Tổng 4Ch + 14h + 2Ah = 8AH (Chỉ Byte thấp) CR 0Dh →’Carriage Return ’nghĩa Kết thúc Tin nhắn Nhiệt độ môi trường (Tamb) 66(hex) 12 C3 3B(hex) 0D(hex) Mục 66h→ “f” mã mặt hàng Nhiệt độ môi trường xung quanh Dữ liệu MSB 12h (“1” “2” ký tự ASCII) LSB C3h (“C” “3” ký tự ASCII) Giá trị nhiệt độ thực [Hex2Dec (12C3h)] / 16-273.15 = 27.03 ℃ Tổng kiểm tra Tổng 66h + 12h + C3h = 3Bh (Chỉ Byte Thấp) CR 0Dh →’Carriage Return ’nghĩa Kết thúc Tin nhắn 4.2.3 Làm để sửa đổi Emissivity? (Cách ghi Emissivity vào EEPROM) Cảnh báo: sử dụng sai dẫn đến hỏng EEPROM, điều phá hủy liệu hiệu chuẩn Thiết bị trở nên vơ dụng! 1) Mô-đun Nhiệt kế Hồng ngoại hiệu chuẩn với Emissivity = 0,95 theo mặc định Hầu hết Vật liệu phi kim loại có độ phát xạ gần 0,95 Nhưng xạ hồng ngoại kim loại bình thường thấp nhiều phải sửa đổi cài đặt mô-đun cho số ứng dụng định 2) Định dạng giao tiếp giống đọc liệu từ mô-đun: ItemCode ~ HighByte ~ LowByte ~ CheckSum (ItemCode + HighByte + LowByte) ~ CR, tổng số 40 đồng hồ (& liệu) Lưu ý: dấu “~” khơng phải liệu thực mà có nghĩa “theo sau bởi” 3) Để ghi Emissivity vào TN9, lệnh là: “S” (53h) ~ HighByte (Giá trị phát xạ) ~ 04h ~ CheckSum (ItemCode + HighByte + 04h) ~ CR (0Dh) Giá trị phát xạ = HighByte (hex) / 100 (dec), Ví dụ: HighByte = 5F (hex) = 95 (dec) -> độ phát xạ = 95 (dec) / 100 (dec) = 0,95 (dec) Luôn giữ liệu LowByte = 04 (hex) Giá trị CheckSum cho ví dụ này: 53 (hex) + 5F (hex) +04 (hex) = B7 (hex) 4) Thủ thuật ghi liệu vào TN9 sau a Chân hành động cần phải thả ghi liệu vào TN9 b Như bạn biết, TN9 xử lý liệu thông thường theo 40 đồng hồ liệu với giao tiếp định dạng Sau xung nhịp thứ 40, TN9 kéo chân CLK & DATA lên mức cao yếu để chờ có CPU bên ngồi muốn ghi liệu vào TN9 Vui lịng để CPU bên ngồi bắt đầu gửi đồng hồ thứ khoảng thời gian T1 sau đồng hồ thứ 40 : 5ms “S” ~ 50 (hex) ~ 04 (hex) ~ A7 (hex) ~ CR 6) Cuối cùng, làm để biết khả viết thành công Khoảng ms sau bạn gửi CLK & DATA đến TN9 hồn tồn TN9 nên có loại phản ứng a TN9 gửi liệu mà CPU bên ghi vào TN9 (Chúng tơi gọi ECHO) Điều có nghĩa viết thành công emmissivity b TN9 gửi “S” ~ FF (hex) ~ FF (hex) ~ CheckSum (“S” + FF + FF) ~ CR Điều có nghĩa TN9 tìm thấy lỗi kiểm tra liệu = liệu nhận sai TN9 quên liệu, bạn cần ghi lại c TN9 khơng có phản hồi Điều có nghĩa TN9 khơng nhận đầy đủ 40 đồng hồ Vui lòng kiểm tra đồng hồ liệu điều khiển CPU bên Đặc biệt, đảm bảo thời gian T1 Bảng demo giao diện: Hub-D Mô tả chung: Hub-D hộp Giao diện với hình LCD, dành cho dịng TN Hộp hoạt động giao diện IRTm (Mô-đun IRT) PC xem Hình A “Hub_D” có Màn hình LCD loại ký tự cột, hoạt động mà không cần PC Trung tâm hiển thị Tobj & Tamb (dữ liệu từ IRTm) liên tục Hình Ứng dụng điển hình Hub Mẫu số: Hub-D Chương trình: TNmDB001.exe Hình Hub-D Chương trình giao diện cho PC Chương trình:TNmDB001.exe tải xuống phiên miễn phí để giải mã tại: http://www.zytemp.com/download/default.asp  z Chạy cửa sổ DOS (trong môi trường MS Windows)  z Phải sử dụng với HUB-D  z Chương trình hiển thị:  Tbb (Tobj); Tamb độC; độF liên tục  Trạng thái IRT  z Sửa đổi sai sót  thay đổi đơn vị z degC / degF 3.2 Sơ đồ mạch Arduino với TN901 Hình Mạch nguyên lý Hình Mạch thực tế 3.3 Code byte n = 0; volatile byte pos = 0; Count volatile byte values[5] = { 0,0,0,0,0}; byte cbit = 0; boolean irFlag = false; reading has been made boolean ambFlag = false; temp reading has been made byte irValues[5] = { 0,0,0,0,0}; readings byte ambValues[5] = { 0,0,0,0,0}; readings const int len = 5; const int clkPin = 3; const int dataPin = 2; const int actionPin = 4; // Interrupt Bit Count // Values Position // Values to be stored by sensor // Current bit read in // Flag to indicate IR // Flag to indicate ambient // Variable to store IR // Variable to store Ambient // Length of values array // Pins void setup(){ Serial.begin(9600); pinMode(clkPin, INPUT); pinMode(dataPin, INPUT); pinMode(actionPin, OUTPUT); digitalWrite(clkPin, HIGH); digitalWrite(dataPin, HIGH); digitalWrite(actionPin, HIGH); // Initialize pins Serial.println("Type to Start "); // Wait for input to start while(!Serial.available()); Serial.println("Starting "); Serial.println("IR (F), Ambient (F), Time Since Start (ms)"); attachInterrupt(1,tn9Data,FALLING); digitalWrite(actionPin,LOW); // Interrupt // Make sensor start sending data } void loop(){ if(pos == len && values[0] == 0x4C){ packet for(int i = 0; i < len; i++){ irValues[i] = values[i]; } irFlag = true; pos = 0; digitalWrite(actionPin,LOW); sending data } if(pos == len && values[0] == 0x66){ ambient packet for(int i = 0; i < len; i++){ ambValues ambValues[i] = values[i]; } ambFlag = true; pos = 0; digitalWrite(actionPin,LOW); sending data } if(pos == len && values[0] == 0x53){ packet pos = 0; digitalWrite(actionPin,LOW); sending data } // If sensor has sent IR // Store values to irValues // Indicate IR reading // Make sensor start // If sensor has sent // Store values to // Indicate Ambient reading // Make sensor start // If sensor has sent junk // Make sensor start if(irFlag && ambFlag){ // If successful IR and Ambient reading digitalWrite(actionPin,HIGH); // Make sensor stop sending data Because Timing is weird, I want to ensure the interrupts not happen during this section word tempword = 0; // Next lines isolate temperature component of values tempword = tempword | irValues[1]; tempword = tempword = len) pos = 0; values[pos] = (values[pos] 510) mcheck = mcheck - 512; // Handle sensor byte rollover if(mcheck > 255) mcheck = mcheck - 256; // Handle sensor byte rollover if(mcheck == scheck) crc = true; // Check checksum return(crc); // Return } Tài liệu tham khảo Sách Nguyên lí hoạt động máy điện (GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn & TS Nguyễn Trọng Thắng.) Sách Điện Tử Công Suất – Tính Tốn – Mơ Phỏng – Thực Hành (TS.Qch Thanh Hải & KS.Phạm Quang Huy.) Sách Sổ tay chuyên ngành điện (Tăng Văn Mùi & Trần Duy Nam) Sách Bảo hộ lao động kỹ thuật an toàn điện (Trần Quang Khánh) Sách Bảo vệ hệ thống điện (GS.VS Trần Đình Long) Sách Cẩm nang xử lý cố điện – điện tử (Trần Thế San & Nguyễn Trọng Thắng) Sách Cơ điện tử ( GS TSKH B.Heimann & GS TSKH W.Gerth & GS TSKH K.Popp) Sách Cơ sở kỹ thuật điện ( Hồng Hữu Thuận) Sách Điện tử cơng suất – Hướng dẫn sử dụng PSIM (KS Phạm Quang Huy & Lê Hoàng Minh & KS Lê Nguyễn Hồng Phong) 10.Sách Điện tử công suất – Mạch biến đổi điện áp (TS Quách Thanh Hải & KS Phạm Quang Huy & KS Lê Nguyễn Hồng Phong) 11.Sách Điện tử công suất (PGS TS Trần Xuân Minh & TS Đỗ Trung Hải) 12.Sách Giáo trình cung cấp điện (Trần Quang Khánh) 13.Sách Giáo trình khí cụ điện (TS Hồ Xn Thanh & Th.S Phạm Xuân Hổ) 14.Sách Hướng dẫn độc sơ đồ mạch điện (Trần Thế San & Tăng Văn Mùi) 15 Sách Lắp ráp điện tử - Phần 1: Căn Bản (KS Nguyễn Nguyên Hạ) 16.Sách Những điều cần biết sống chung với điện ( TS Nguyễn Hanh) 17 Sách Phân biệt hàn nối linh kiện , thiết bị điện tử (Đường Thành Tường) KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian ngắn thực đề tài tốt nghiệp, với nỗ lực cố gắng thân giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè lớp, đến em hoàn thành đề tài tốt nghiệp Trong đề tài em tìm hiểu thực yêu cầu sau: - Cùng thầy giáo – Tiến sĩ Ngơ Quang Vĩ hồn thành đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường - Được học hỏi, hiểu biết điều khiển không tiếp xúc, mạch đơn giản mà áp dụng nhiều việc sống bình thường - Điều tuyệt vời thấy giá trị nhân văn sâu sắc công việc làm, nghiên cứu đóng góp to lớn cho xã hội Một lần em xin chân thành cảm ơn bảo ,hướng dẫn tận tình thầy giáo – TS Ngơ Quang Vĩ quý thầy cô khoa bạn bè lớp giúp đỡ em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực Nguyễn Bảo Trung ... cơng việc , nghiên cứu chế tạo máy đo thần nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc, sử dụng cảm biến không tiếp xúc TN901 Đồ án gồm phần Chương Tìm hiểu phương pháp đo nhiệt Chương Tìm hiểu... 1.4.2 Phanh từ: 38 1.4.3 Enconder: 39 1.4.4 Driver điều khiển: 40 Chương Thiết kế, chế tạo máy đo thân nhiệt từ xa sử dụng cảm biến không tiếp xúc Kết luật Lời...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG - THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY ĐO THÂN NHIỆT TỪ XA SỬ DỤNG CẢM BIẾN KHÔNG TIẾP XÚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC