Tính toán thiết kế hệ thống đo phản hồi và ổn định nhiệt độ môi trường

Việc ứng dụng vi điều khiển và máy tính vào kỹ thuật đo lường, điều khiển đã đem lại cho con người những kết quả hết sức ưu việt. Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp hiện nay, nhất là trong các ngành công nghiệp, điện tử, robot, hằng không vũ trụ… vấn đề đo và thu thập dữ liệu về động cơ có vai trò quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới các bộ phận cơ cấu chấp hành. Các hệ thống đo lường và điều khiển sử dụng vi điều khiển có độ chính xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, nhưng điều đáng quan tâm hơn là mức độ tự động hoá trong việc thu thập và xử lý kết quả đo. Sau khi nhận đề tài “Tính toán thiết kếhê ̣thống do phản hồi và ổn dinh ̣ nhiêt đ̣ ộmôi trường ” chúng em đã vận dụng tất cả các kiến thức và năng lực đã tính luỹ và nghiên cứu thêm về phần tử điều khiển là vi điều khiển avr để hoàn thành được đề tài này với mong muốn sẽ có một kiến thức sâu sắc, thực tế hơn và góp phần vào sự phát triển của nền sản xuất tự động hóa của nước nhà. Những kiến thức chúng em tích luỹ được còn nhiều hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những sai sót và còn thiếu kinh nghiệm trong việc trình bày, do đó chúng em rất mong nhận được sự góp ý và bổ sung của các thầy, cô và các bạn theo dõi đề tài này.

ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA ĐIỆN TỬ Bộ mơn : CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MƠN HỌC MƠN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Sinh viên : Vũ Xuân Hiếu - K165520114052 Dương Đăng Hoàng – K165520114025 Lớp : K52.CĐT1 Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Đăng Hoè Thái Nguyên 2019 TRƯỜNG ĐHKTCN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN HỌC: Thiết kế hệ thống đo điện tử BỘ MÔN: CƠ ĐIỆN TỬ Sinh viên: Vũ Xuân Hiếu - K165520114052 Dương Đăng Hoàng – K165520114025 Lớp : K52.CĐT1 Ngành : Kỹ thuật Cơ – điện tử Ngày giao đề: 21/10/2019 1.Tên đề tài: Ngày hoàn thành: 21/8/2019 Tính toán thiế t kế ̣ thố ng phản hồ i và ổ n dinh ̣ nhiê ̣t ̣ mơi trường Nội dung thuyết minh tính toán: Tổng quan điện tử Tổng quan đối tượng thiết kế Thiết kế ổn định hệ thống Kết luận, hướng phát triển tương lai áp dụng Các vẽ, chương trình đồ thị TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………… …………………………… …………… ………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Thái Nguyên, Ngày… tháng… năm 2019 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN CHẤM ………………………………………… …………………………… …………… ………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… Thái Nguyên, Ngày… tháng… năm 2019 GIÁO VIÊN CHẤM (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng chúng em hướng dẫn khoa học Thầy Nguyễn Đăng Hoè Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa cơng bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác Ngoài ra, đồ án sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận chúng em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung đồ án Trường Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái Ngun không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền chúng em gây trình thực (nếu có) LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian tìm hiểu làm đồ án, giảng dạy, hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ thầy Nguyễn Đăng Hoè thầy cô môn Cơ điện tử giúp chúng em hoàn thành đề tài Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Đăng Hoè thầy cô môn điện tử truyền đạt cho chúng em kiến thức bổ ích khơng cần thiết cho đồ án mà cịn cần thiết cho cơng việc sống ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ LỜI NÓI ĐẦU Việc ứng dụng vi điều khiển máy tính vào kỹ thuật đo lường, điều khiển đem lại cho người kết ưu việt Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp nay, ngành công nghiệp, điện tử, robot, không vũ trụ… vấn đề đo thu thập liệu động có vai trị quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới phận cấu chấp hành Các hệ thống đo lường điều khiển sử dụng vi điều khiển có độ xác cao, thời gian thu thập số liệu ngắn, điều đáng quan tâm mức độ tự động hoá việc thu thập xử lý kết đo Sau nhận đề tài “Tính toán thiế t kế ̣ thố ng phản hồ i và ổ n dinh ̣ nhiê ̣t độ môi trường ” chúng em vận dụng tất kiến thức lực tính luỹ nghiên cứu thêm phần tử điều khiển vi điều khiển avr để hoàn thành đề tài với mong muốn có kiến thức sâu sắc, thực tế góp phần vào phát triển sản xuất tự động hóa nước nhà Những kiến thức chúng em tích luỹ cịn nhiều hạn chế nên q trình thực đề tài khơng thể tránh khỏi sai sót cịn thiếu kinh nghiệm việc trình bày, chúng em mong nhận góp ý bổ sung thầy, cô bạn theo dõi đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Đăng Hoè thầy, cô môn Cơ điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp hướng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày khoa học cơng nghệ đại có bước tiến nhanah xa ,đi theo thành tựu uwngd dụng lĩnh vực đời sống,công nghiệp kỹ thuật điều khiển tiến trình hồn thieenjlys thuyết tạo cho người nhiều phát triển ý nghĩa.bây nhắc tới điều khiển dường hình dung tới độ xác,tốc độ xử lý thuật tốn thơng minh đồng nghĩa lượng chất xám cao hơn.hiện thị trường có nhiều Loại vi điều khiển 8051,PIC…Ngoài họ 8051 hướng dẫn cách trường ,chúng em chọn bo mạch tích hơp Arduino Uno để mở rộng kiến thức phát triển ứng dụng cơng cụ ngun nhân sau: Có đầy đủ tính vi điều khiển Cách lập trình,nạp chương trình,kết nối bo mạch với lcd ,cảm biến phổ biến dễ dàng Là bo mạch sử dụng rộng dãi Việt Nam giới thuận tiện việc tìm hiểu phát triển ứng dụng như:số lượng tài liệu,số lượng ứng dụng mở phát triển dễ dàng trao đổi,học tập,dễ dàng tìm hỗ trợ gặp khó khăn Vì sau thời gian học tập tìm hiểu tài liệu với giảng dạy thầy cô giáo với dẫn dắt nhiệt tình giáo viên hướng dẫn thầy Nguyễn Ngọc Hà chúng em chọn đề tài :” Thiết kế hệ thống đo phản hồi ổn định nhiệt độ môi trường” làm đồ án Mục đích nghiên cứu Mục đích người thực đề tài tiến hành nghiên cứu là: Trước tiên để hồn thành mơn học Với thân người thực đề tài, hội tốt để tự kiểm tra lại kiến thức mình, đồng thời có hội để nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu với vấn đề chưa biết, chưa hiểu rõ nhằm trang bị cho thân nhiều kiến thức bổ ích sau ứng dụng vào thực tế sống ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Tập tính làm việc độc lập, khả tự suy nghĩ tìm tịi, học hỏi, phát huy lực thân Ngồi cịn tạo sản phẩm có tính ứng dụng thực tế Đối tượng nghiên cứu: - Các phương án điều khiển xử lý liệu LCD - Tìm hiểu Arduino nano V3 - Tìm hiểu phương pháp lập trình cho Arduino nano V3 - Giao tiếp cảm biến đo nhiệt độ Arduino nano V3 Lập kế hoạch nghiên cứu: - Để thực đề tài em kết hợp sử dụng nhiều phương pháp phương tiện hỗ trợ gồm có: - Tham khảo tài liệu:lập trình kỹ thuật ,vi điều khiển ứng dụng Arduino dành cho người tự học… - Quan sát thực tế - Thực nghiệm - Tổng kết kinh nghiệm - Phương tiện: máy vi tính, Internet, thư viện… ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Giới thiệu điện tử hệ thống đo lường  Hệ thống điện tử Tổng hợp sơ đồ nguyên lý sản phẩm Cơ điện tử nhằm thể mô đun cấu thành nên sản phẩm, thấy tích hợp ghép nối thành phần Có thể biểu diễn sơ đồ dạng khối sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Cơ điện tử Trong ý nghĩa khối sau: - Phần công tác: phần trực tiếp đưa thao tác công nghệ - Đo lường : modul kết nối đối tượng với điều khiển, tạo tín hiệu phản hồi làm đầu vào cho điều khiển - Mơ hình hóa: modul tạo tín hiệu đặt cho điều khiển - Bộ điều khiển: nhận tín hiệu từ modul đo lường, tính tốn hiệu chỉnh đưa lệnh điều khiển nguồn động lực để có thao tác xác - Cơ cấu chấp hành (CCCH): modul tạo nguồn động lực cho phần cơng tác, nhận lệnh điều khiển trực tiếp từ điều khiển - DSP: Khối xử lý tín hiệu số Qua sơ đồ ta thấy, từ phần cơng tác (có thể điện, hệ học, máy công cụ, tay máy,…) cách xem xét cấu trúc mối quan hệ động lực học nội đối tượng ta thiết lập phương trình tốn mơ tả hoạt động đối tượng, mơ đun Mơ hình ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ hóa Từ phương trình ta xác định yếu tố động lực học cần thiết để đối tượng thực đầu ý đồ công nghệ Các thông số động lực học lưu trữ Bộ điều khiển dạng tín hiệu đặt phục vụ cho việc hiệu chỉnh hệ thống Khi đối tượng hoạt động, tín hiệu thường giám sát Sensor, Mơ đun đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thông tin hoạt động Phần cơng tác, tín hiệu thu thường dạng Analog nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với Digital Signal) Quá trình thực nhờ Bộ DSP (mơ đun xử lý tín hiệu), có q trình gồm chuyển đổi AD, lọc, điều chế… Dưới tích hợp thành phần bao gồm: Máy tính, mạch điện tử, Vi xử lý Bộ điều khiển tiến hành so sánh tín hiệu thu với tín hiệu đặt tính tốn để đưa hiệu chỉnh có sai lệch có thay đổi tín hiệu đặt Tín hiệu điều khiển đưa điều khiển dạng số (Digital) nên phải qua Bộ DSP2 để biến đổi DA đưa dạng Analog để tác động lên CCCH (cơ cấu chấp hành) để điều khiển cung cấp nguồn động lực giúp phần công tác hoạt động ý đồ cơng nghệ mong muốn Hình 1.2: Mơ hình hệ thống Cơ điện tử  Vị trí, vai trị hệ thống đo hệ thống điện tử Module đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thông tin hoạt động Phần công tác, hệ thống đo tạo kết nối tương tác phần ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ công tác điều khiển, từ hệ thống đo ta có tín hiệu phản hồi để làm đầu vào khởi tạo toán hiệu chỉnh điều khiển Tín hiệu thu từ hệ thống đo thường dạng Analog nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với Digital Signal) Quá trình thực nhờ Bộ DSP (mơ đun xử lý tín hiệu), q trình gồm khuếch đại, chuyển đổi AD, lọc, điều chế, tách sóng… Khuếch đại: tín hiệu nhỏ cần khuếch đại, chất trình dùng mạch khuếch đại làm tăng biên độ tần số tín hiệu cho phù hợp Chuyển đổi AD: chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, chất q trình mã hóa thơng tin Lọc: q trình ngăn khơng cho số tín hiệu có tần số tạp qua, q trình giúp loại bỏ tín hiệu nhiễu từ bên tác động vào hệ thống Điều chế: cần truyền dẫn không dây trường hợp trung tâm điều khiển nằm cách xa phần công tác Bản chất trình ghép tín hiệu cần xử lý có biên độ nhỏ vào sóng mang cao tần để có đủ lượng truyền xa mà không làm méo dạng tín hiệu Tách sóng: q trình thu hồi lại tín hiệu nguyên thủy từ tín hiệu điều chế 1.1 Tổng quan chức đối tượng thiết kế Trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp nay, ngành công nghiệp luyện kim, chế biến thực phẩm…vấn đề đo khống chế nhiệt độ, độ ẩm đặc biệt trọng yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm quan trọng Các toán thường đặt thực tế là: giám sát nhiệt độ, độ ẩm từ môi trường làm việc phản hồi thơng tin cho điều khiển để từ so sánh với vùng nhiệt độ độ ẩm làm việc đưa tín hiệu điều khiển hệ thống nhằm đảm bảo q trình như: đảm bảo an tồn cho hệ thống (đề phòng nhiệt), ổn định nhiệt độ, độ ẩm (làm mát tăng suất cấp nhiệt, ẩm), báo động an tồn,v.v…Trong q trình hoạt động, yêu cầu tín hiệu phản hồi phải biến đổi tương thích với điều khiển (dạng tín hiệu số) Để đáp ứng yêu cầu hệ thống cần thiết kế cần đảm bảo khối chức sau: 10 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ  Khối thu thập liệu: đảm bảo trình giám sát nhiệt độ, độ ẩm, biến đổi tín hiệu sơ cấp phản hồi  Khối xử lý tín hiệu: cần thực trình biến đổi AD, khuếch đại, lọc, điều chế giải điều chế, truyền dẫn tín hiệu điều khiển  Bộ điều khiển xử lý liệu: lưu trữ giá trị tín hiệu phản hồi, thực thi giải toán lập trình 1.3 Các yêu cầu kỹ thuật cần đạt vận hành Đo nhiệt độ lò ấp trứng để cung cấp liệu giám sát điều khiển cấu chấp hành Độ xác cảm biến đạt : ± ºC Tốc độ lấy mấu : 0,1s Với thị trường: làm quy mơ cơng nghiệp kích thước lớn,không phù hợp với quy mô nhỏ lẻ gia đình,giá thành đắt khó tiếp cận hộ chăn nuôi nhỏ lẻ Hiệu suất sp làm cao hơn,giá thành phù hợp,tập hợp nguyên vật liệu sẵn có,giá phù hợp Cấu tạo đơn giản dễ chế tạo sử dụng 1.4 : Tính tích hợp phạm vi Sản phẩm tích hợp nhiều hệ thống, modul dễ ghép nối, cấp tín hiệu cho hệ thống điện tử phổ biến thị trường : điều hịa ổn định nhà ni trồng rau nhà kính, phịng trồng nấm… 1.5: An tồn hệ thống vận hành Hệ thống tích hợp từ modul sử dụng nguồn 5VDC cách ly với môi trường xung quanh nên an toàn cho người sử dụng vận hành 1.6 Các hệ thống phân chia nhiệm vụ 11 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ  Sơ đồ làm việc tổng thể hệ thống Khối cảm biến DHT11 Khối nguồn điều khiển Xử lý tín hiệu đo (ATmega 328P) Khối hiển thị (LCD)  Khối cảm biến (thu thập tín hiệu đầu vào): Thực đo nhiệt độ lò ấp trứng 24/24 để trả kết khối xử lý tín hiệu đo  Khối xử lý tín hiệu đo: Nhận liệu nhiệt độ DHT11 thực tính tốn kết gửi hiển thị điều khiển nhiệt độ yêu cầu lò ấp  Khối hiển thị lưu trữ : Hiển thị giá trị trước sau điển khiển  Khối điều khiển : Thực tăng giảm nhiệt độ giá trị cần 12 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ CHƯƠNG II: TỔNG QUAN CẤU TRÚC HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ khối chức hệ thống Nhiêṭ đô ̣ môi Khối trường nguồn Khố i công suấ t Cảm Biế n Khố i điề u LCD hiể n DHT11 khiển thi ̣ (Arduino Hình2.1: Sơ đồ tổng thể hệ thống Để thiết kế, chế tạo hệ thống đo khơng chế nhiệt độ tự động bóng đèn phải đảm bảo nhiều yếu tố Cụ thể nhiệt độ sau: Để điều khiện bóng đèn bật hay tắt giống cơng tắc điện Quan trọng bật tắt phải thực cách tự động Giống nhiệt độ lị ấp mức thấp 47oC bóng đèn tự bật nhiệt độ phịng mức 50oC bóng đèn tự động tắt Để làm điều phải có thiết bị đo nhiệt độ, nhiệt độ lớn hay nhỏ mức điện áp ngưỡng cài đặt bóng đèn điều khiển theo chế độ định sẵn Khối nguồn : lấy DC đầu vào 12V cấp cho khối xử lý, hiển thị Khối điề u khiể n : có vai trị nhận tín hiệu từ cảm biế n đưa vào xử lý cho tín hiệu hiển thị xuất xung điều khiển màn hiǹ hiể n thi ̣của LCD Khối cơng suất : có vai trò điều khiển trực tiếp bóng đèn và qua ̣t gió nhiêṭ đô ̣ tăng và giảm khỏi mức đã quy đinh ̣ Khối hiển thị LCD: hiển thị nhiệt độ và đô ̣ ẩ m môi trường 2.2 Tính tốn lựa chọn thiết bị 2.2.1 Các sở chung phân loại phương pháp đo nhiệt độ 13 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Tùy theo nhiệt độ đo dùng phương pháp khác nhau, thường phân loại phương pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo Thông thường nhiệt độ đo chia thành ba dải: nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình cao Ở nhiệt độ trung bình thấp: phương pháp thường dùng để đo phương pháp tiếp xúc nghĩa chuyển đổi đặt trực tiếp môi trường cần đo Đối với nhiệt độ cao: đo phương pháp khơng tiếp xúc, dụng cụ đặt ngồi mơi trường đo 2.2.2 Các phương pháp đo tiếp xúc Trong công nghiệp, phương pháp đo thường sử dụng nhiệt xúc Có hai loại nhiệt xúc gồm: - Nhiệt kế nhiệt điện trở - Nhiệt kế nhiệt ngẫu Ngoài ra, ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -55oC ÷ 200oC người ta thường dùng IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt ốt, tranzito để đo nhiệt độ - Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo: - Đối với mơi trường khí nước: chuyển đổi đặt ngược lại với dòng chảy - Với vật rắn: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi dễ gây tổ hao vật, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt - Khi đo nhiệt độ chất dạng hạt (cát, đất…): cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối ngồi  Nhiệt kế nhiệt điện trở (Resistance Thermometer) Nhiệt kế nhiệt điện trở chế tạo từ dây platin, đồng, Niken, bán dẫn,… quấn lõi cách điện đặt vỏ kim loại có đầu nối ngồi Nhiệt kế nhiệt điện trở dùng mạch đo để đo điện trở thông thường hay dùng mạch cầu không cân bằng, thị lôgômét từ điện cầu tự động cân bằng, nhánh nhiệt điện trở 14 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Bù sai số thay đổi điện trở đường dây nhiệt độ môi trường thay đổi Để giảm sai số nhiệt độ môi trường thay đổi, người ta sử dụng mạch cầu ba dây hình 2.1 Hình 2.1 Mạch cầu ba dây giảm sai số nhiệt độ môi trường thay đổi Thực chất cầu làm việc chế độ không cân sai số chủ yếu thay đổi điện áp nguồn cung cấp gây nên Trong ngành công nghiệp nay, để đo nhiệt độ nhiệt điện trở người ta thực mạch cầu tự động ghi Phương pháp đo nhiệt độ điểm số điểm nhờ cấu chuyển mạch Cấp xác đạt đến 0.5  Nhiệt kế cặp nhiệt mẫu Phương pháp đo nhiệt độ cặp nhiệt ngẫu phương pháp phổ biến thuận lợi Cấu tạo nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu hình 2.2: Hình 2.2: Cấu tạo nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu 15 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Cấu tạo nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu gồm hai dây hàn với điểm luồn vào ống để đo nhiệt độ cao Với nhiệt độ thấp hơn, vỏ nhiệt kế làm thép khơng rỉ Để cách điện hai dây, dây lổng vào ống nhở Nếu vỏ làm kim loại hai dây đặt vào ống sứ Đầu cặp nhiệt ngẫu nối vào hộp đầu nối Mạch đo nhiệt kế nhiệt ngẫu milVonmet điện kế điện trở nhỏ có giới hạn đo từ ÷ 100mV  Đo nhiệt độ cao phương pháp tiếp xúc Ở môi trường nhiệt độ cao từ 1600oC trở lên, cặp nhiệt ngẫu không chịu lâu dài để đo nhiệt độ mơi trường người ta dựa tượng q trình q độ đốt nóng cặp nhiệt Nguyên lý hoạt động: trình độ đốt nóng cặp nhiệt có phương trình θ = ƒ (t) = ∆T.(1-𝑒 𝑡/τ ) với: θ - lượng tăng nhiệt độ đầu nóng thời gian t ∆T - hiệu nhiệt độ môi trường đo cặp nhiệt τ - số thời gian cặp nhiệt ngẫu Dựa quan hệ xác định nhiệt độ đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ cách nhúng nhiệt ngẫu vào mơi trường cần đo khoảng 0,4 ÷ 0,6 s ta phần đầu đặc tính q trình q độ nhiệt ngẫu theo tính nhiệt độ môi trường Đặc điểm: nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu thời gian nhúng vào môi trường cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng nửa nhiệt độ mơi trường nhiệt độ tính có sai số khơng q hai lần sai số nhiệt kế nhiệt ngẫu đo trực tiếp Phương pháp thường dùng để đo nhiệt độ thép nấu chảy  Đo nhiệt độ dùng phần tử bán dẫn (điốt tranzito): 16 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Nguyên lý hoạt động: linh kiện điện tử bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ, sử dụng số linh kiện bán dẫn điốt tranzito nối theo kiểu điốt (nối bazơ với colectơ), điện áp hai cực U hàm nhiệt độ Để tăng độ tuyến tính, độ ổn định khả thay người ta mắc theo sơ đồ hình 2: Hình 2.3 Sơ đồ mạch nguyên lý IC bán dẫn đo nhiệt độ Khi nhiệt độ thay đổi ta có: Ud = EBE1 – EBE2 = 𝐾.𝑇 𝑞 𝐼 ln( 𝑐1 ) 𝐼𝑐2 Với Ic1/ Ic1 = const thi Ud tỉ lệ với nhiệt độ T mà không cần nguồn ổn định Hiện cảm biến đo nhiệt độ dụng điốt tranzito tích hợp thành IC bán dẫn đo nhiệt độ Các cảm biến cho đầu điện áp dòng điện tỉ lệ với nhiệt độ cần đo với độ tuyến tính cao, sử dụng đơn giản Đặc điểm : Độ nhạy loại IC bán dẫn đo nhiệt độ thường có giá trị cỡ -2,5mV/oC khơng cố định mà thường thay đổi theo nhiệt độ Ưu điểm : độ tuyến tính cao, sử dụng đơn giản có độ nhạy cao Nhược điểm : giới hạn phạm vi sử dụng khoảng -500C ÷ 1500C, giới hạn chịu nhiệt phần tử bán dẫn 2.2.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc  Phương pháp hỏa quang kế: 17 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối, tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khả lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng mật độ phổ Eλ nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng Tùy theo đại lượng vào ta gọi dụng cụ đo theo phương pháp tên gọi khác như: hoả quang kế phát xạ, hoả quang kế cường độ sáng hoả quang kế màu sắc 2.3 Trong hệ thống sử dụng Một số linh kiện chính: - Adruino Nano V3 Cảm biến DHT11 Điện trở LCD  Adruino ATmega 328  Chíp vi xử lý ATmega328 Hình 2.2:Sơ đồ chân  Bảng vi điều khiển 18 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Hình 2.3: Bảng vi điều khiển Adruino Nano Adruino Nano Số chân analog I/O Cấu trúc Tốc độ xung Dòng tiêu thụ I/O Số chân digital I/O Bộ nhớ EEPROM Bộ nhớ Flash Thông số kỹ thuật AVR 16Mhz 40mA 22 1KB 32KB of which 2KB used by Bootloader Điện áp ngõ vào (7-12)Volts Vi xử lý ATmega328P Điện áp hoạt động 5V Kích thước bo mạch 18x45 mm Nguồn tiêu thụ 19mA Ngõ PWM SRAM 2KB Cân nặng 7gms Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật  Cảm biến nhiệt độ DHT11 19 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Nhiệt độ biến đổi thành tín hiệu điện sử dụng số biến đổi gọi Thermistor (bộ cảm biến nhiệt), cảm biến nhiệt đáp ứng thay đổi nhiệt độ cách thay đổi trở kháng đáp ứng khơng tuyến tính (bảng 3.1) Bảng 3.1 Trở kháng cảm biến nhiệt theo nhiệt độ Nhiệt độ (oC) Trở kháng cảm biến (kΩ) 29.490 25 10.000 50 3.893 75 1.700 100 0.817 Hình 3.3 Cảm biến nhiệt độ DHT11 Để đo độ ẩm, họ sử dụng thành phần cảm biến độ ẩm có hai điện cực với chất giữ ẩm chúng Vì vậy, độ ẩm thay đổi, độ dẫn chất thay đổi điện trở điện cực thay đổi Sự thay đổi điện trở đo xử lý IC khiến cho vi điều khiển sẵn sàng để đọc Sơ đồ nguyên lí cảm biến độ ẩm đất trình bày hình Mặt khác, để đo nhiệt độ, cảm biến sử dụng cảm biến nhiệt độ NTC nhiệt điện trở Một nhiệt điện trở thực điện trở thay đổi điện trở với thay đổi nhiệt độ Những cảm biến chế tạo cách thiêu kết vật liệu bán dẫn gốm polyme để cung cấp thay đổi lớn điện trở với thay đổi nhỏ nhiệt độ Thuật ngữ có tên “NTC” có nghĩa hệ số nhiệt độ âm, có nghĩa điện trở giảm nhiệt độ tăng 20 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ  Một số tính chất DHT11: DHT11 Là cảm biến thơng dụng chi phí rẻ dễ lấy liệu thơng qua giao tiếp 1-wire (giao tiếp digital 1-wire truyền liệu nhất) Cảm biến tích hợp tiền xử lý tín hiệu giúp liệu nhận xác mà khơng cần phải qua tính tốn Các thơng số bản: Điện áp hoạt động: 3V - 5V (DC) Dãi độ ẩm hoạt động: 20% - 90% RH, sai số ±5%RH Dãi nhiệt độ hoạt động: 0°C ~ 50°C, sai số ±2°C Khoảng cách truyển tối đa: 20m  Màn hình hiển thị LCD 16x2 Hình 2.4: LCD 16x2 LCD dung để giáo tiếp với Vi xử lý chế độ bit sử dụng chân DB4-DB7 STT Ký hiệu Vss VDD VEE RS R/W Chức Chân chân nối đất cho LCD Cung cấp nguồn cho LCD hoạt động Chân dùng để điều chỉnh độ tương phản LCD Chân chọn ghi(Register select).Nối chân với mức “0” mức “1” để chọn ghi -Mức “1” :thanh ghi liệu DR bên LCD kết nối với Bus DB0-DB7 -Mức “0”: ghi lệnh IR LCD với đếm địa kết nối với Bus DB0-DB7 Chân chọn mode LCD đọc chân nối với mức “1” nối chân với mức “0” để LCD ghi 21 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ E Chân cho phép(enable).Sau tín hiệu đặt lên bus DB0DB7 lệnh chấp nhận có xung cho phép chân E -Ở chế độ ghi:Dữ liệu bus chuyển vào ghi bên LCD phát xung cho phép chân E -Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên chân E giữ bus chân E xuống mức thấp DB0-DB7 dùng để trao đổi thông tin với MPU đường bus Có chế độ sử dụng: -Chế độ bit: đường bus dùng để truyền liệu với bit MSB bit DB7 -Chế độ bit: đường bus dùng để truyền liệu từ DB4 đến DB7, với MSB DB7 Bảng 2.2: Chức chân LCD  Sơ đồ ghép nối modul mô phổng Proteus Nguyên lý hoạt động : Sau cấ p nguồ n cho ̣ thố ng , sau giây giao diêṇ màn hiề n LCD hiể n thi nhiê ̣ ̣t đô ̣ hiêṇ ta ̣i lò và sau đó mời lựa cho ̣n chế đô ̣ làm viê ̣c lò , nút bấ m cho ̣n chế đô ̣ nhiêṭ đô ̣ từ 40-43 đô ̣ , nút bấ m cho ̣n nhiêṭ đô ̣ từ 47 -50 đô ̣ , sau nhấ t nút bấ m thứ nhấ t nế u nhiêṭ đô ̣ lò nhỏ nhiêṭ đô ̣ giới ̣n dưới thì arduino sẽ điề u khiể n rơle bâ ̣t bâ ̣t bóng đèn lên và sưởi tới nhiêṭ đô ̣ giới ̣n yêu cầ u sau đã đa ̣t tới nhiêṭ đô ̣ yêu cầ u thì sau giây sẽ dừng la ̣i nút hai giố ng nút mô ̣t Nế u cả nút cùng bấ m thì ̣ 22 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ thố ng báo lỗi yêu cầ u chúng ta cho ̣n la ̣i Khi làm viê ̣c ở mô ̣t chế đô ̣ nế u chúng ta tắ t thì lò vẫn sấ y tới nhiêṭ đô ̣ giới ̣n yêu cầ u rồ i bóng đèn mới tắ t để chúng ta lựa chon chế đô ̣ mới 23 ... - hiệu nhiệt độ môi trường đo cặp nhiệt τ - số thời gian cặp nhiệt ngẫu Dựa quan hệ xác định nhiệt độ đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu công tác cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ cách... thuật Cơ – điện tử Ngày giao đề: 21/ 10/2 019 1. Tên đề tài: Ngày hoàn thành: 21/ 8/2 019 Tính toán thiế t kế ̣ thố ng phản hồ i và ổ n dinh ̣ nhiê ̣t đô ̣ môi trường Nội dung thuyết minh tính... hoạt động 5V Kích thước bo mạch 18 x45 mm Nguồn tiêu thụ 19 mA Ngõ PWM SRAM 2KB Cân nặng 7gms Bảng 2 .1: Thông số kỹ thuật  Cảm biến nhiệt độ DHT 11 19 ĐỒ ÁN CÁC HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ Nhiệt độ biến