Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
Vi điều khiển là bo mạch tích hợp bao gồm đầy đủ các tính năng cần thiết của một hệ thống máy tính. Các chân trong vi điều khiển có thể được người dùng lập trình và số lượng chân có thể thay đổi tùy thuộc vào loại vi điều khiển. Tốc độ xử lý cao và khả năng xử lý các hàm logic, đồng thời cũng là một thiết bị có thể được thiết kế với chi phí không quá cao. Bo mạch của vi điều khiển thường chứa các linh kiện như bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ, bộ nhớ chỉ đọc, cổng đầu vào và đầu ra, bộ đếm thời gian và bộ đếm, bộ chuyển đổi analog sang digital, bộ chuyển đổi digital sang analog, cổng giao tiếp nối tiếp, mạch dao động. [10]
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại vi điều khiển khác nhau như dòng Arduino ở hình 2.9, ESP32, ESP8266 ở hình 2.10, Raspberry, PIC Microcontroller,...
Hình 2.9 Các dòng Arduino Hình 2.10 Các dòng ESP Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực khác nhau bằng việc tạo ra một loạt các thiết bị điện tử khác nhau. Hầu hết vi điều khiển được tích hợp trong các thiết bị liên quan đến điều khiển, đo lường, tính toán. Ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực như công nghiệp chế tạo ô tô, vi điều khiển được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh công suất của động cơ hay các thiết bị điều khiển và một số thiết bị ngoại vi khác hay còn đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các thiết bị như máy ảnh kỹ thuật số, màn hình LED hoặc LCD. [10]
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 12
2.3.2. Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ là thiết bị dùng để đo nhiệt độ của đối tượng cần đo như:
môi trường xung quanh, thân nhiệt con người,... Nguyên lý hoạt động dựa trên mối quan hệ giữa điện trở của kim loại và nhiệt độ, có thể hiểu khi nhiệt độ tăng ở mức nào đó thì điện trở cũng sẽ tăng và ngược lại. Cảm biến nhiệt độ ghi nhận và chuyển hóa sự thay đổi nhiệt độ thành tín hiệu điện, sau đó tín hiệu này được truyền tới các thiết bị đọc như vi điều khiển và xử lý để hiển thị và lưu giữ thông tin về nhiệt độ.
[11]
Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến nhiệt độ: cảm biến nhiệt điện trở (RTD), Cặp nhiệt điện (Thermocouple), Nhiệt bán dẫn (Diode, IC…),...
Hình 2.11 Cảm biến nhiệt điện trở (RTD)
Hình 2.12 Cặp nhiệt điện (Thermocouple)
Hình 2.13 Nhiệt bán dẫn (Diode, IC…) Cảm biến nhiệt độ được ứng dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực trong đời sống hiện nay. Trong công nghiệp có thể dùng giám sát và kiểm soát nhiệt trong dây chuyền sản xuất, bảo quản, trong y tế có thể dùng cảm biến để theo dõi thân nhiệt bệnh nhân cho quá trình điều trị sức khỏe của con người cũng như các sinh vật khác. Với tốc độ phát triển của thế giới như hiện nay thì cảm biến nhiệt độ góp phần vô cùng quan trọng trong việc giám sát và kiểm soát nhiệt độ không chỉ trong công nghiệp, y tế mà còn trong rất nhiều lĩnh vực như phòng thí nghiệm, môi trường, công nghiệp điện tử,...
2.3.3. Relay bán dẫn (Solid State Relay)
Solid State Relay (được gọi tắt là SSR) là một loại công tắc điện tử dùng để điều khiển dòng điện bằng cách sử dụng các thành phần bán dẫn, như transistor hoặc triac, opto-coupler. Solid State Relay hoạt động dựa trên tín hiệu điều khiển đi vào đầu vào, tín hiệu kích hoạt một led bên trong opto-isolator. Phototransistor hoặc photodiode sẽ phát hiện led khi nó phát sáng, giúp truyền tín hiệu một cách gián tiếp, giúp cách ly điện giữa mạch điều khiển và mạch tải. Tín hiệu từ phototransistor sau
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 13
đó kích hoạt các linh kiện bán dẫn, chúng cho phép dòng điện chạy qua và cung cấp điện cho tải. Khi tín hiệu điều khiển tắt, led ngừng phát sáng, làm cho phototransistor ngừng hoạt động và các linh kiện bán dẫn ngừng dẫn điện, ngắt dòng điện qua tải.
Quá trình này cho phép SSR chuyển mạch nhanh chóng và bền bỉ, không gây ra tia lửa điện, giúp bảo vệ mạch. [12]
Hình 2.14 Solid State Relay (SSR)
Solid State Relay được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và tự động hóa. Trong các hệ thống yêu cầu điều khiển nhiệt độ, SSR được ứng dụng để điều khiển lò nhiệt, máy ép nhiệt và các thiết bị công nghiệp yêu cầu điều khiển nhiệt độ chính xác. Ngoài các ứng dụng về điều khiển nhiệt độ, SSR còn được sử dụng trong hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống điều khiển chiếu sáng, SSR còn để bảo vệ các mạch điện khỏi quá tải và quá áp, giúp tăng độ an toàn và tuổi thọ của thiết bị, trở thành một thiết bị lý tưởng trong nhiều môi trường công nghiệp.
2.3.4. Thanh nhiệt điện trở
Thanh nhiệt điện trở là thiết bị cung cấp nhiệt năng thì cấp điện năng vào hai đầu của thiết bị. Thanh nhiệt điện trở tỏa ra nhiệt năng thực chất là sự cản trở dòng điện của điện trở cấu tạo bên trong. Vật liệu cấu tạo dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, ngược lại vật liệu dẫn điện kém thì điện trở lớn.
Hình 2.15 Một số loại thanh nhiệt điện trở
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 14
Cấu tạo bên trong của các thanh nhiệt điện trở được mô tả như hình 2.16 chủ yếu có ba lớp: lớp vỏ bọc ngoài, lớp cách điện dẫn nhiệt và dây điện trở. Lớp vỏ bọc ngoài thường được cấu tạo nên từ inox hoặc đồng, chế tạo thành ống có phần rỗng bên trong. Lớp cách điện dẫn nhiệt thường là MgO (Magie Oxit) dạng bột được nén chặt bên trong ống bọc ngoài, giúp cách điện và dẫn nhiệt tốt, hai đầu dùng gốm sứ để bịt chặt. Phần dây điện trở cấu tạo từ hợp kim có điện trở cao, là phần chính tạo ra nhiệt, thường từ Nichrome. [13]
Hình 2.16 Cấu tạo thanh nhiệt điện trở
Ngoài ra, một số loại thanh nhiệt điện trở trong cấu tạo có thêm cánh tản nhiệt.
Khi có dòng điện đi qua, thanh điện trở nóng lên, nhiệt truyền từ điện trở đến cánh tản nhiệt. Phần cánh tản nhiệt này giúp cho nhiệt được tản ra nhanh chóng, tiện lợi cho việc sử dụng.