Bộ nhớ chơng trình ngoài EPROM ( Erasable Programable Read Only Memory) có chức năng chứa chơng trình điều khiển của hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò sấy đợc viết bằng ngôn ngữ Assembler của 8031. Chơng trình đợc viết trên máy tính sau đó đợc nạp vào EPROM thông qua thiết bị nạp ROM. Chơng trình có thể bị xoá bằng tia cực tím sau đó có thể nạp lại chơng trình khác. Do đó việc sử dụng EPROM có rất nhiều u điểm so với bộ nhớ ROM.
Việc chọn lối ra cho bộ nhớ đợc thực hiện qua chân chọn chip OE, chân này đợc nối với chân PSEN của vi xử lý.
Việc lựa chọn lối ra của bộ nhớ EPROM thờng phụ thuộc vào kích thớc của chơng trình điều khiển cần đợc nạp vào. Đối với hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy ta phải chọn loại bộ nhớ EPROM có dung lợng lớn ( 27HC256) để đáp ứng đủ cho hệ thống điều khiển đa kênh nhiệt độ.
3-2- Thiết kế phần cứng
.3.2.1- Sơ đồ thiết kế phần cứng đợc mô tả nh sau:
3.2.2- Các vi mạch khác sử dụng trong hệ thống.
( 2 1) 1 2 1 0 V V R R V − + =
Tín hiệu nhận đợc từ Thermocouple có điện áp nhiệt điện thay đổi từ
0ữ 6mV tơng ứng với nhiệt độ từ 0ữ 1400 C trong lò sấy. Các tín hiệu này có thể
coi là tín hiệu vi sai. Do tín hiệu này là rất nhỏ nên cần phải đa qua bộ khuếch đại tín hiệu trớc khi đa vào bộ biến đổi ADC.
Để khuếch đại tín hiệu ta dùng bộ khuếch đại đo lờng. Nó đợc dùng để khuếch đại chính xác các tín hiệu vi sai AC hay DC đồng thời loại bỏ đợc các phần tử nhiễu đồng pha lớn. Đặc điểm của bộ khuếch đại này là có trở kháng vào cao, độ trôi thấp, phù hợp với yêu cầu hệ thống.
Theo sơ đồ ta thấy rằng hai đầu vào của op- amp không đảo, dẫn đến trở kháng vào cao đối với hai tín hiệu, tầng ra là khuếch đại vi sai vòng đóng. Nh vậy ta thấy hai hệ khuếch đại đối với các đờng tín hiệu tách riêng đều đợc hiệu chỉnh
bởi điện trở R1.
Hình 3.1:Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu
Điện áp ra của bộ khuếch đại đo lờng có giá trị bằng:
ở đây ta thấy hai mạch khuếch đại thuật toán đầu vào cho điện trở rất cao
vì dòng điện vào của đầu vào thuận pha ở đây rất nhỏ. Độ khuếch đại toàn mạch có thể hiệu chỉnh một cách đơn giản bằng điện trở R1. Mạch điện này có thể xây
12540 40 5 = = = mV V in V out V K
dựng từ một vi mạch và một điện trở mắc bên ngoài, thí dụ mạch LH0036 của hãng National Semiconductor.
Nh vậy ta thấy điện áp ra bằng hệ số khuếch đại không đổi nhân với hiệu giữa hai điện áp vào và do đó nó đợc gọi là bộ khuếch đại hiệu.
Trong thực tiễn không thể đạt đợc những mạch điện lý tởng kiểu này. Nhng ta hoàn toàn có thể xây dựng đợc những mạch phù hợp với từng ứng dụng cụ thể
Do tín hiệu đầu ra từ cặp nhiệt điện là rất nhỏ từ 0 đến 40mV tơng ứng với
nhiệt độ đo đợc từ 00 C đến 12000 C. Do tín hiệu vào AD có giải từ 0V đến 5V nên
tín hiệu cần đợc khuếch đại từ 0ữ 40mV thành 0ữ 5V.
ở đây do đặc tính của cặp nhiệt điện là tuyến tính nên ta có thể tính toán
hệ số khuếch đại là :
b- Bộ lọc thông tích cực Butterworth.
Tại module thu nhận tín hiệu nhiệt độ trớc khi tín hiệu tơng tự đợc đa vào bộ biến đổi AD cần có các biện pháp lọc nhiễu để tăng độ chính xác cho hệ thống. Các nguồn nhiễu chủ yếu tác động lên tín hiệu của hệ thốnglà:
+ Nhiễu do nguồn điện lới + Nhiễu do từ trờng
+ Nhiễu do dung cơ khí
Để xử lý lọc nhiễu tuỳ từng loại nhiễu cụ thể mà ta dùng các phơng pháp lọc nhiễu khác nhau. Chẳng hạn đối với nhiễu từ trờng ta phải dùng các hộp bọc có tác dụng cản từ trờng. Đặc biệt có một loại nhiễu mà ta đặc biệt quan tâm là nhiễu do nguồn điện lới 50Hz gây lên. Để lọc nhiễu này ta thờng sử dụng bộ lọc tích cực Butterworth. Bộ lọc này gồm một tổ hợp điện trở, điện dung và một hoặc nhiều phần tử tích cực (nh op- amp) có sử dụng nguồn hồi tiếp. Các bộ lọc tích cực RC có thể chế tạo dễ dàng với kích thớc vật lí và đặc tuyến tần số của chúng tiến sát tới dạng lý tởng. Bộ lọc đợc sử dụng ở đây là bộ lọc thông tích cực thấp Butterworth, bộ lọc này có đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha phù hợp với lọc nhiễu do nguồn điện lới gây lên. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c-
Bộ khuếch đại đệm:
Sơ đồ mạch khuếch đại đệm:
Hình 3.2: Sơ đồ mạch khuếch đại đệm:
Sau hai tầng khuếch đại lọc nhiễu, tín hiệu đợc đa tới bộ khuếch đại đệm, bộ khuếch đại này có chiết áp cho phép điều chỉnh hệ số khuếch đại, đảm bảo điện áp đa vào đầu vào A/D có giá trị thích hợp.
d- Bộ biến đổi t ơng tự số:
Do nhiệt độ không yêu cầu cao về độ chính xác nên độ phân giải của nhiệt độ không cần cao. Do vậy ở đây ta sử dụng ADC 0809 có độ phân giải 8 bit. Sơ đồ thiết kế mạch có dạng nh sau:
Hình 3.3:Sơ đồ mạch biến đổi tơng tự số ADC 0809
* u điểm của việc sử dụng bộ biến đổi tơng tự số ADC 0809:
+ Không cần đòi hỏi điều chỉnh điểm không.
+ Quét động 8 kênh bằng lôgic địa chỉ.
+ Dải tín hiệu lối vào analog khi điện áp nguồn nuôi là +5V.
+ Tất cả tín hiệu tơng thích TTl.
+ Độ phân dải 8 bít.
+ Thời gian biến đổi 100 às.
+ Dòng tiêu thụ của vi mạch hầu nh không đáng kể 0,3mA.
Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi A/ D cần phải đợc tạo ra ở bên ngoài đợc dẫn đến chân CLOCK.
Tám kênh lối vào analog đợc dẫn đến các chân IN0 đến IN7. Mẫu bít ở các lối vào địa chỉ A, B, C sẽ xác định xem kênh nào phải đợc lựa chọn.
Nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi ADC 0809 cũng không có gì phức tạp. Một xung dơng ở chân START đợc kích hoạt sự biến đổi. Qua đó mẫu bít vào địa chỉ A, B, và C cũng đồng thời đợc chốt và xác định kênh biến đổi. Trong quá
trình biến đổi chân ra EOC ở mức Low, sau cỡ 100 às mức này sẽ chuuyển sang
mức High và báo hiệu sự kết thúc quá trình biến đổi. Sau đó kết quả của quá trình biến đổi sẽ xếp hàng ở đờng dẫn dữ liệu D0... D7. Khi OE= 1 các đờng dẫn có thể đợc đọc tiếp.
3.2.3- Module chỉ thị, nguồn,mạch đánh lửa, van và phím điều khiểnA- Mạch chỉ thị: A- Mạch chỉ thị:
Mạch chỉ thị sử dụng mạch hiển thị 7 thanh (7 segment) nối anôt chung bao gồm có 5 đèn LED để hiển thị thông số nhiệt độ của hệ thống. Việ sử dụng các bộ chỉ thị số có tác dụng tăng độ chính xác của hệ thống so với các bộ chỉ thị kim ( vì tránh đợc tình trạng vị trí nhìn khác nhau dẫn đến các kết quả khác nhau, và cũng nh tránh đợc các lỗi về cơ khí nh chạm hay kẹt kim). Mạch chỉ thị thu nhận tín hiệu từ vùng đệm , đa ra hiển thị LED theo nguyên tắc quét hoặc ngắt Timer. Trong đó:
- Các thông số chỉ thị bao gồm:
+ Giá trị nhiệt độ đo đợc tại thời điểm hoạt động + Giá trị nhiệt độ đặt trớc
- Các LED trạng thái bao gồm :
+ LED chỉ thị trạng thái ngắt (mở) cơ cấu điều chỉnh nhiệt độ khi nhiệt độ lò tăng quá mức quy định
+ LED báo động dừng hẳn hệ thống khi có sự cố nghiêm trọng + LED báo trạng thái làm việc bình thờng của hệ thống
ở đây mạch sử dụng 2 chốt 74LS373: Trong đó một chốt số liệu cần hiển
thị trong vùng đệm ra hiển thị 7 thanh, và một để giải mã địa chỉ cho digit cần hiển thị. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
B- Các phím điều khiển hệ thống:
Hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò sấy đứng đợc hoạt động thông qua các phím điều khiển, mỗi phím có những chức năng riêng thông qua thiết kế phần cứng cũng nh trong chơng trình phần mềm. Hệ thống bao gồm các phím điều khiển sau:
+ Ba phím để thay đổi giá trị đặt: Phím vào chơng trình đặt và thiết kế ch- ơng trình đặt (PROG), phím chọn digit cần thay đổi (SELECT), phím thay đổi giá trị tại digit đợc chọn( INC).
+ Một phím có chức năng RESET lại hệ thống (RESET). + Một phím cho phép hệ thống hoạt động (START). + Một phím chọn kênh đo nhiệt độ (CH1, CH2).