BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ, VI MẠCH SỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ……………………. SINH VIÊN THỰC HIỆN: ………………………. LỚP: TỰ ĐỘNG HÓA 2 – K9 NỘI DUNG Đề Tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu. Yêu cầu: Dải đo từ: t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100+ 10×n)°C Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp U=0 ÷ -5V I=4 ÷ 20mA Dùng cơ cấu đo để chỉ thị. Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷tmax/2. Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: τ = (1+0,5×a) giây. Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị: t°C=tmax/2 Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân. Xây dựng bộ hiển thị số BCD. Trong đó: a: Chữ số hàng đơn vị của danh sách (ví dụ: STT = 3 →a=3; STT=10 →a=0 n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách. PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan về mạch đo Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo Tính toán, lựa chọn cảm biến Tính toán, thiết kế mạch đo Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa Tính toán mạch nhấp nháy cho LED Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Dùng phần mềm mô phỏng mạch Kết luận và hướng phát triển. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO I.Tổng quan. Trong đo lường thì các tín hiệu thường rất nhỏ và tồn tại ở dạng vật lý. Do đó muốn xử lí chúng, ta phải có những mạch khuếch đại, mạch biến đổi để xử lý những tín hiệu đó. Đo nhiệt độ cũng như vậy, có nhiều phương pháp đo tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải nhiệt độ. Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt trực tiếp trong môi trường cần đo. Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường cần đo(áp dụng với trường hơp đo ở nhiệt độ cao ). Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải ở quá cao. Trong nhiệt độ bằng phương pháp trưc tiếp ta chỉ khảo sát 2 loại nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu và nhiệt kế nhiệt điện trở. Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ như dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến nhiệt độ. Sau đây ta sẽ đi tìm hiểu phương pháp thường dùng nhất đó là dùng cặp nhiệt ngẫu. II.Hình thành sơ đồ khối Sơ đồ khối. Mạch đo gồm có 8 khối cơ bản: Khối cảm biến Mạch khuếch đại (Mạch KĐ vi sai) Mạch chuyển đổi U-I Mạch so sánh Mạch cảnh báo Bộ ADC Cơ cấu chỉ thị Khối hiển thị BCD Sơ đồ khối nguyên lý mạch đo: TEMP Chức năng của các khối trong mạch đo Khối cảm biến : Khối cảm biến có chức năng biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện. Ở đây ta dùng cảm biến cặp nhiệt ngẫu để chuyển đổi nhiệt độ sang tín hiệu điện áp. Khối khuếch đại : Có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, vì tín hiệu điện do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa vào các khối sau. Để hạn chế nhiễu thì người ta thường sử dụng mạch khuếch đại vi sai. Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu từ dạng điện áp sang dòng điện đưa lên các cơ cấu chỉ thị (Cơ cấu điện từ). Mạch so sánh : Có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra khối sau. Cụ thể việc so sánh tín hiệu sẽ được ứng dụng cho mạch cảnh báo khi có sự quá nhiệt độ. Khối cánh báo: Cảnh báo cho người biết rằng nhiệt độ đã tăng quá cao so với nhiệt độ cho phép. Bộ ADC: Có chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Sau đó đưa lên các bộ phận giải mã để hiển thị. Khối hiển thị BCD: Có chức năng chuyển đổi đầu vào 4bit hoặc 8bit sang bảng mã BCD để hiển thị nhiệt độ tương ứng lên LED 7 thanh. Đó là các khối cơ bản dùng để đo, hiển thị và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến cặp nhiệt ngẫu. III.Tổng quan mạch đo 3.1 Mạch đo Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng cần đo mà chọn ra loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thông số cần đo thành đại lượng điện hay điện áp. Sau đó tín hiệu được chuyển qua bộ lọc và khuếch đại lên. Tín hiệu sau khi được hiệu chỉnh sẽ chuyển qua bộ chuyển đổi U-I để đưa vào cơ cấu chỉ thị. Tín hiệu cũng có thể được chuyển thành tín hiệu số thông qua bộ chuyển đổi ADC. Sau đó tín hiệu số từ ADC được chuyển sang bộ mã hóa BCD và qua bộ giải mã hiển thị lên màn hình hoặc cơ cấu hiển thị tương ứng. 3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của môi trường, không có điện trong đại lượng cần đo. Nhiệt độ được phân làm nhiều dải để đo: Dải mức thấp. Dải mức trung bình. Dải mức cao. Nhiệt độ được đo với các cảm biến hỗ trợ: Cặp nhiệt kế. Nhiệt điện kế kim loại. Nhiệt điện trở kim loại. Nhiệt điện trở bán dẫn. Cảm biến thạch anh. CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 1.Cặp nhiệt ngẫu TCK 1.1. Nguyên lý hoạt động. Cảm biến nhiệt ngẫu dựa trên cơ sở hiệu ứng nhiệt điện thế. Khi hai dây kim loại khác nhau được nối chung ở 2 đầu. Một đầu được coi là đầu lạnh (điểm tham chiếu), một đầu được coi là đầu nóng (điểm đo). Khi hai đầu có nhiệt độ khác nhau – một điện áp được gọi là thế điện động được hình thành. E_T=K_T (t_n+t_td ) (K_T : Hệ số hiệu ứng nhiệt) Nhiệt độ đầu lạnh (điểm tham chiếu) đươc duy trì ở nhiệt độ chuẩn 0℃. Nhưng E_t thực tế thường nhỏ hơn trên lý thuyết . Phương pháp khắc phục: Giữ ổn định nhiệt độ đầu đo. Dùng thiết bị bù nhiệt : E_T=K_T (t_n+t_td )+U_b 1.2.Cấu tạo. 1 Vỏ bảo vệ 2 Mối hàn 3 Dây điện cực 4 Sứ cách điện 5 Bộ phận lắp đặt 6 Vít nối dây 7 Dây nối 8 Đầu nối dây Hình 2.1: Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt công nghiệp Đầu làm việc của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí hoặc hàn bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ các vít nối (6) dây đặt trong đầu nối dây (8). Để cách ly các điện cực người ta dùng các ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ và nhiệt ở nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ (1) làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độ dẫn nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá lớn. Trường hợp vỏ bằng thép mối hàn ở đầu làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp. Ưu điểm và nhược điểm của cặp nhiệt ngẫu: Ưu điểm : Đơn giản. Khả năng đo nhiệt độ cao. Giá thành thấp. Đáp ứng nhanh đối với sự thay đổi nhiệt độ. Nhược điểm : Độ ổn định kém. Ít nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ của nhiệt độ. Dây dẫn nối dài phải dùng cùng loại thermocouple. Dây dẫn có thể bị nhiễu nếu không bọc chống nhiễu. Dải đo: -100 0C - 1400 0C 1.3.Phân loại cặp nhiệt ngẫu. Phân loại Loại (Type)Vật liệuDải đo(oC)Sai sốSức điện động(mV) BPlatin 30% - Rhodium (+) Platin 6% - Rhodium (-)0 - 1700±0.5%0 – 12.426 TĐồng – Constantan-270 - 370±2%-6.258 – 19.072 JSắt - Constantan-210 – 800±3%-8.095 – 45.498 KCrom - Alumel-270 - 1250±3%-5.354 – 50.633 ECrom - Constantan-276 - 870±3%-9,835 – 66.475 SPlatin – Rhodium 10%-50 - 1500±2.5%-0.236 – 15.576 RPlatin – Rhodium 13%-50 - 1500±3.4%-0.226 – 17.445 Đặc tính vào ra của một số loại cặp nhiệt điện 2.Bộ khuếch đại thuật toán uA741 Chân 1- Chỉnh không Chân 2- Cửa vào đảo Chân 3- Cửa vào không đảo Chân 4- Điện nguồn -V Chân 5- Chỉnh không Chân 6- Chân xuất Chân 7- Điện nguồn +V Chân 8- Không dùng Kí hiệu: Điện áp làm việc của OPAMP uA741 từ -5V/+5V ÷ -15V/+15V. OpAmp là một linh kiện có nhiều chức năng: Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập Vo = A (V+ - V-) Khuếch đại điện âm hoặc dương Vo = AV+(V- = 0) Vo = -AV¬- (V + = 0) So sánh hai điện thế nhập Vo = Vs s Khi V+ > V- Vo = -Vs s Khi V+ < V- Vo = 0 Khi V+ = V- Ngoài ra ứng dụng trong mạch tích phân, vi phân, mạch cộng, mạch trừ... 3. IC555 Chân 1- Nối đất Chân 2- Ngõ vào xung Chân 3- Ngõ ra Chân 4- Hồi phục Chân 5- Điện áp điều khiển Chân 6- Điện áp ngưỡng Chân 7- Xả điện Chân 8- Nguồn cấp dương Mạch tích hợp IC555 là mạch tích hợp tương tự - số được ứng dụng rộng rãi. Khi kết hợp với các phần tử R, C bên ngoài cho phép có được mạch tạo xung đơn (mạch định thì) có độ rộng xung mong muốn, hoặc mạch dao động tạo dãy xung vuông có tần số xác định. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset . Chu kỳ xung phụ thuộc rất nhiều vào các phần tử R, C bên ngoài. Thời gian nạp (có xung ra): tn = 0.69(RA+RB) C Thời gian xả điện (không có xung ra): tn = 0.69RBC Chu kì: T=0.69(RA+2RB) C 4.ADC0804. Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự - số, thuộc họ ADC080X. IC có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK R và CLK IN và không bé hơn 110µs. Các chân khác của ADC0804 có chức năng như sau: CS (Chip select): Chân số 1, là chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp được sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804. Để truy cập tới ADC0804 thì chân này phải được đặt ở mức thấp. RD (Read): Chân số 2, là chân nhận tín hiệu vào tích cực ở mức thấp. Các bộ chuyển đổi của ADC0804 sẽ chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân và giữ nó ở một thanh ghi trong. Chân RD được sử dụng để cho phép đưa dữ liệu đã được chyển đổi tới đầu ra của ADC0804. Khi CS = 0 nếu có một xung cao xuống thấp áp đến chân RD thì dữ liệu ra dạng số 8 bit được đưa tới các chân dữ liệu (DB0 – DB7). WR (Write): Chân số 3, đây là chân vào tích cực mức thấp được dùng báo cho ADC biết để bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra xung cao xuống thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân 8 bit. Khi việc chuyển đổi hoàn tất thì chân INTR được ADC hạ xuống thấp. CLK IN và CLK R: CLK IN (chân số 4), là chân vào nối tới đồng hồ ngoài được sử dụng để tạo thời gian. Tuy nhiên ADC0804 cũng có một bộ tạo xung đồng hồ riêng. Để dùng đồng hồ riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân số 19) được nối với một tụ điện và một điện trở. Tần số đồng hồ được xác định bằng biểu thức: f=1,1/RC. VD: Với R = 10 kΩ, C = 150 pF và tần số f = 606 kHz và thời gian chuyển đổi là 110 µs. Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, là chân ra tích cực mức thấp. Bình thường chân này ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất thì nó chuyển xuống mức thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, cần đặt CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa dữ liệu ra. Vin (+) và Vin (-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin = Vin (+) – Vin (-). Thông thường Vin (-) được nối tới đất và Vin (+) được dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số. Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V. Chân này còn được dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở. Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện áp tham chiếu. Nếu chân này hở thì điện áp đầu vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dải 0 đến +5V. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin khác với dải 0 đến +5V. Chân Vref/2 được dùng để thực hiện các điện áp đầu ra khác 0 đến +5V. D0 – D7, chân số 18 – 11, là các chân ra dữ liệu số (D7 là bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp nhất LSB). Các chân này được đệm ba trạng thái và dữ liệu đã được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân RD đưa xuống mức thấp. Để tính điện áp đầu ra ta tính theo công thức sau: 5.IC74LS83. Hình 2.11. Ký hiệu khối và chân ra 74LS83 74LS83 là IC cộng 2 số 4 bit nhị phân. A1,A2,A3,A4,B1,B2,B3,B4 : các chân đầu vào của 2 số nhị phân A, B. S1,S2,S3,S4: đầu ra nhị phân. C4 : Số nhớ của phép cộng. CO: Số nhớ ban đầu. 6.IC74LS47, 7SEG. IC7447 là một IC giải mã, nó làm nhiệm vụ giải mã từ mã nhị phân logic (dạng 0,1) sang mã của led 7 vạch để xuất ra led 7 vạch. Về cấu tạo nó là một tập hợp các mạch tổ hợp gồm cách linh kiện số logic như các cổng and, or ... Đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân (BCD) từ 0 tới 9, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng. PORT QA-QG : Nối trực tiếp LED 7 thanh với QA= a, QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu vào PORTA,B,C,D. BI/ RBO, RBI, LT : Chân điều khiển của 7447(Để kích hoạt IC 7447 hoạt động chỉ cần nối BI/RBO=LT=1). 7.Điện trở, transistor. a.Điện trở Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau. Kí hiệu: b. Transistor. Transitor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. Kí hiệu: Nguyên lý hoạt động: Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho các chân cực của nó một điện áp một chiều thích hợp. Có ba chế độ làm việc của tranzito là: Chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa. Cả hai loại tranzito P-N-P và N-P-N đều có nguyên lý làm việc giống nhau, chỉ có chiều nguồn điện cung cấp vào các chân cực là ngược dấu nhau. + Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện sao cho hai tiếp xúc P-N đều phân cực ngược. Tranzito có điện trở rất lớn và chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua nên tranzito coi như không dẫn điện. + Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận. Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn. Ở chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc như một phần tử tuyến tính trong mạch điện. Ở chế độ này tranzito như một khóa điện tử và nó được sử dụng trong các mạch xung, các mạch số. + Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện sao cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, và tiếp xúc góp TC phân cực ngược. Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với quá trình biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất và nó có khả năng tạo dao động, khuếch đại tín hiệu... 8.Cơ cấu chỉ thị. Là thiết bị hiển thị cho người dùng biết được nhiệt độ của đối tượng cần đo. Có nhiều cơ cấu chỉ thị khác nhau như: từ điện, điện động... Cấu tạo chung cơ cấu chỉ thị từ điện: phần tĩnh và phần động Phần tĩnh: Gồm nam châm vĩnh cửu, mạch từ và cực từ 3 và lõi sắt 6 hình thành mạch từ kín. Giữa cực từ 3 và lõi sắt 6 có có khe hở không khí đều gọi là khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động. Phần động: Gồm khung dây quay 5 được quấn bắng dây đồng. Khung dây được gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có hai lò xo cản 7 mắc ngược nhau, kim chỉ thị 2 và thang đo 8. Nguyên lý làm việc chung: Khi có dòng điện chạy qua khung dây 5 (phần động), dưới tác động của từ trường nam châm vĩnh cửu 1 (phần tĩnh) sinh ra mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α. Mômen quay được tính theo biểu thức: M q =d.Wed.ω=B.S.I.W B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây của khung dây Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α tỷ lệ bậc nhất với dòng điện I chạy qua khung dây. Các đặc tính chung: Từ biểu thức suy ra cơ cấu chỉ thị từ điện có các đặc tính cơ bản sau: Chỉ đo được dòng điện 1 chiều. Đặc tính thang đo đều. Độ nhạy là 1 hằng số. 9.Thiết bị cảnh báo Để cảnh báo quá nhiệt ta có thể sử dụng chuông cảnh báo hoặc còi cảnh báo, hoặc ta có thể sử dụng đồng thời cả hai để cảnh báo quá nhiệt. Những thiết bị này thường hoạt động đơn giản dễ dàng lắp đặt và sử dụng được cả nguồn một chiều hay xoay chiều. 10.Nguồn cấp cho mạch. Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với cấp điện áp 5V, -12V/+12V tùy theo yêu cầu của mạch trên thực tế thì nguồn điện 1 chiều thường được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều. Nguồn cấp của chúng ta gồm có: Máy biến áp có chức năng hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng đó là 5V, -12V/+12V. Bộ chỉnh lưu cầu gồm có các điot có tác dụng chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng 1 chiều. Ngoài ra mạch còn có tụ điện, cuộn cảm để san phẳng điện áp từ mạch chỉnh lưu. Sơ đồ nguyên lý của khối chỉnh lưu cầu 1 pha: Hình 2.12. Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu 1 pha với các tải khác nhau CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐO I.Tính toán, lựa chọn cảm biến. Ở đề tài này yêu cầu dải nhiệt độ từ t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100+ 10×n)°C (với n=34) tức là khoảng 0oC÷440oC cho nên ta sẽ chọn cặp nhiệt ngẫu loại J. Vật liệu chế tạo: Sắt-Constantan. Dải đo: -210oC÷800oC. Độ chính xác: ±3%. Sức điện động (mV): -8,095mV ÷45,498mV. II.Tính toán, thiết kế mạch đo. Hình mô phỏng cặp nhiệt ngẫu trong proteus. Hình 3.1. Điện áp ra (Eđ) trên 2 đầu của cặp nhiệt ngẫu Đầu ra trên hai đầu cảm biến cặp nhiệt ngẫu là điện áp (1oC~0.0412mV) nên ở đây ta sẽ sử dụng mạch khuếch đại vi sai đơn giản với sơ đồ không đảo. Mạch dùng phản hồi âm để ổn định hệ số khuếch đại. Với đề bài này thì ta sẽ khuếch đại tín hiệu luôn ở mạch vi sai (điện áp ra từ 0÷5V tương ứng với dải nhiệt độ 0÷4400C). Sơ đồ mô phỏng trên proteus. Hình 3.2. Mạch khuếch đại vi sai đơn giản Tính toán các giá trị của kiện trong mạch. Ta có: 〖U_o=U〗_I2 R_4/(R_3+R_4 ) (1+R_2/R_1 )-U_I1 R_2/R_1 Nếu chọn điều kiện: R_3/R_4 =R_1/R_2 Suy ra: U_o=(U_I2-U_I1)R_2/R_1 Chọn: R_3=R_1,R_4=R_2 Tại T=0oC: Chọn UI1=0V và UI2=0V => Uo = 0V. Tại T=440oC : Chọn UI1=0V và Uo=5V, U_I2=18,1mV => R_2/R_1 =5/18.1mV (1) Từ (1) chọn R_1=1kΩ => R_2=276kΩ. Vậy R_3=R_1=1kΩ,R_4=R_2=276kΩ. Chú ý : Trong mạch nên mắc thêm một biến trở tinh chỉnh RV1 = 1kΩ nối tiếp với R_2 để hiệu chỉnh điện áp đầu ra chuẩn xác hơn. III.Tính toán, thiết kế mạch nguồn. Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế thì nguồn sử dụng là xoay chiều với điện áp là 220V. => Biến đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều. Tính chọn máy biến áp: Ở đây chúng ta có hai nguồn đó: +5V, +12V/-12V, như vậy cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy ra hai cấp điện áp mình dùng. Hoặc ta có thể hạ xuống 12V rồi dùng con biến trở để chỉnh xuống 5V nhưng sẽ tiêu tốn 1 lượng năng lượng vì vậy nên dùng 2 bộ chỉnh lưu điện áp. Một phương pháp khác là ta có thể dùng khối ổn áp 1 chiều để có đầu ra thay đổi. Phương án thiết kế: Dùng IC ổn áp 1 chiều. Biến áp: Do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V và điện áp ra là 12V. Mạch chỉnh lưu: Do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu 1 pha 2 nửa chu kỳ. Bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san phẳng điện áp để dòng điện phẳng hơn. Lọc bằng tụ điện khá đơn giản và chất lượng học khá cao => dùng tụ điện. Khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra +5V, +12V/-12V. Ta sẽ dùng IC7805và IC7812/IC7912. Sơ đồ khối của mạch nguồn: Sơ đồ mạch nguyên lý: IV.Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa. Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp: U=0÷ -5V I=4÷20mA Chuẩn hóa đầu ra U=0÷ -5V Để chuẩn hóa U=0÷ -5V ta sẽ sử dụng mạch khuếch đại đảo với hệ số khuếch đại bằng 1(do ở trên tín hiệu điện áp đã được khuếch đại lên 5V tương ứng với 440oC bằng mạch khuếch đại vi sai). Sơ đồ mô phỏng trên Proteus. Hình 3.3. Mạch đo và mạch chuẩn hóa điện áp đầu ra Tính toán giá trị linh kiện trong mạch. Từ sơ đồ mạch chuẩn hóa ta có hệ số khuếch đại của mạch: Ku=-R_7/R_5 Ku=1 Chọn R_7=R_5=10kΩ Chọn R_6=1kΩ Kết luận: Điện áp được chuẩn hóa từ mạch đo qua mạch khuếch đại đảo. Chuẩn hóa đầu ra I=4÷20mA Để chuẩn hóa đầu ra ở dạng dòng điện từ mạch đo. Có rất nhiều mạch biến đổi từ điện áp – dòng điện với khuếch đại thuật toán. Đối với yêu cầu của bài này (đầu ra I=4÷20mA) thì ta sử dụng sơ đồ mạch biến đổi U-I với 2 bộ KĐTT. Sơ đồ mô phỏng trên Proteus. Hình 3.4. Mạch đo và mạch biến đổi U-I Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch: Điều kiện của mạch: R_8 R_12=R_9 R_10 Biểu thức dòng điện ra: I_L=(U_I2-U_I1 ) R_9/R_8 1/R_11 (0) Với I_L=4mA,〖 U〗_I2=0V: => 4mA=(0-U_I1 ) R_9/R_8 1/R_11 (1) Với I_L=20mA,〖 U〗_I2=5V: => 20mA=(5-U_I1 ) R_9/R_8 1/R_11 (2) Lấy (2) chia (1) suy ra: U_I1= -1.25V (3) Chọn R_8=R_9=10kΩ,R_10=R_12=1kΩ,R_L=2.2Ω (4) Từ (0),(3) và (4) suy ra: R_11=312.5Ω Kết luận: Mạch cho phép thay đổi được hệ số biến đổi bằng cách thay đổi R_11. V.Tính toán mạch nhấp nháy cho LED. Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷tmax/2 (từ 0oC ÷ 220oC). Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: τ = (1+0,5×a) giây (với STT=34 => a=4 => τ = 3 giây). Với yêu cầu đặt ra như vậy thì giải pháp là dùng một mạch so sánh + mạch tạo xung vuông đối xứng với T=6s. Cụ thể ta sẽ dùng mạch tạo xung vuông đối xứng sử dụng IC555. Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Khi nhiệt độ nằm trong giới hạn 0oC ÷ 220oC thì U- < U+ điện áp ra của mạch so sánh ở mức H. Khi đó chân 4 (RST) được đưa lên mức cao, IC555 hoạt động và chân 3 có xung ra làm cho LED nhấp nháy. Tương tự U- > U+ điện áp ra của mạch so sánh ở mức L, chân 4 (RST) được kéo xuống mức thấp (0V), IC555 ngừng làm việc => LED không nhấp nháy. Sơ đồ mô phỏng trên Proteus. Hình 3.5. Mạch nhấp nháy cho LED Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch: Mạch so sánh: Khi U¬- I=((12-2.47)/2.2kΩ) = 4.3mA Vậy R14=U_+/I=2.47/4.3mA =570Ω Mạch tạo xung vuông đối xứng sử dụng IC555(nhấp nháy LED) Với chu kỳ T=6s, ta có T=0.69(R_19+R_20 ) C_2 và R19=R20 (do thời gian nạp bằng thời gian xả) Chọn C2=10uF, =>R19=R20=435kΩ Chọn R18=1kΩ, C1=0.01uF Hình mô phỏng xung ra của IC555 ứng với T=6s Hình 3.7. Xung vuông đối xứng Kết luận: Thời gian tụ được nạp chính là thời gian LED sáng và thời gian tụ xả điện là thời gian LED tắt trong một chu kỳ. VI.Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo. Khi nhiệt độ vượt quá tmax/2 =220oC thì đưa ra tín hiệu cảnh báo tới loa. Với yêu cầu như vậy thì ta sử dụng luôn mạch so sánh + một van bán dẫn đơn giản sử dụng transistor. Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Khi nhiệt độ vượt quá tmax/2 = 220oC thì U- > U+ điện áp ra của mạch so sánh ở mức L. Chân B của transistor được kéo xuống mức 0, đồng thời transistor sẽ được phân cực thuận, xuất hiện một dòng điện IEC đi qua loa và làm loa kêu. Ngược lại thì transistor bị phân cực ngược (R=∞) và không có dòng đi qua loa. Sơ đồ mô phỏng trên Proteus. Hình 3.8. Mạch cảnh báo ra loa khi quá nhiệt độ Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch: Ở đây để đơn giản ta sử dụng loa thạch anh với điện áp danh định là +5V. Van bán dẫn PNP có thể sử dụng 2N3906, A1015... Điện trở tương ứng trên các chân của van ta chọn như sau: RB = R16 = 10kΩ, RC = R17 = 220Ω. Để ứng dụng trong thực tế, có thể sử dụng van bán dẫn kết hợp với rơle để cảnh báo bằng chuông điện xoay chiều 220V hoặc thiết bị bạn muốn điều khiển. VII. Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân. Xây dựng bộ hiển thị số BCD. Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân. ADC0804 là một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. IC có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Nguyên lý hoạt động chung của mạch: Để ADC0804 làm việc thì chân CS phải được đặt ở mức thấp. Chân RD nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp, đồng thời thì chân RW phải có một xung cao xuống thấp để IC bắt đầu quá trình chuyển đổi. Cụ thể trong mạch sử dụng IC555 để tạo xung vuông. LED D1 tắt báo cho người dùng biết quá trình chuyển đổi hoàn tất. RD đang ở mức thấp, tín hiệu số được đưa ra PORT D (DB0-BD7). Quá trình cứ lặp đi lặp lại và điện áp chân V IN được chuyển đổi sang mã nhị phân. Sơ đồ mô phỏng trên Proteus. Hình 3.9. Bộ chuyển đổi điện áp sang mã nhị phân 8 bit Tính toán giá trị linh kiện trong mạch: Mạch chuyển điện áp sang mã nhị phân. Thời gian chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số được quyết định bởi bộ dao động nối với chân CLK IN và CLK R. Chọn R23 = 10 kΩ, C5 = 150 pF => tần số f = 606 kHz (f=1,1/RC) và thời gian chuyển đổi là 110 µs. Điện áp cần đo 0 – 5V nên ta dùng Vcc làm điện áp tham chiếu. Chân INTR là chân ngắt được nối với LED D1 thông qua R24 = 220 Ω. Mạch tạo xung vuông dùng IC555. Ở đây ta chọn thời gian lấy mẫu là 10ms: T=0.69(R_21+2R_22 ).C_4=10ms Chọn 〖C4 = 1uF,R〗_21=5kΩ〖=>R〗_22=4.7kΩ. Cứ sau 10ms IC lại lấy mẫu 1 lần và khi đó điện áp được chuyển đổi sang mã nhị phân liên tục. Xây dựng bộ hiển thị số BCD. Số nhị phân 8 bit có giá trị lớn nhất là 255. Vì vậy ta sẽ sử dụng 3 LED 7 đoạn để hiển thị kết quả tương ứng với hàng đơn vị, hàng chục và hàng trăm. Từ nhận xét này ta chia thành các khối mạch như sau: Khối hiển thị bằng LED 7 đoạn hàng đơn vị, khối mạch hiển thị hàng chục và khối hiển thị hàng trăm. Cách chuyển đổi số nhị phân tự nhiên 8 bit thành số BCD: Đầu tiên ta chuyển số 4 bit thành số BCD: Hai số BCD có giá trị từ 010 đến 910 khi cộng lại cho kết quả từ 010 đến 1810, để đọc được kết quả dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết quả có được từ mạch cộng nhị phân. Dưới đây là kết quả tương đương giữa 3 loại mã: Thập phân, nhị phân và BCD. Nhận thấy: Khi kết quả = 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm 6 cho mã nhị phân. Để giải quyết vấn đề hiệu chỉnh này trước tiên ta sẽ thực hiện một mạch phát hiện kết quả trung gian của mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit. Mạch này nhận kết quả trung gian của phép cộng 2 số nhị phân 4 bit và cho ở ngõ ra Y=1 khi kết quả này >= 10, ngược lại Y=0. Y=〖C''''''''〗_4+〖S''''''''〗_4 (〖S''''''''〗_(3 )+〖S''''''''〗_2 ) Bảng sự thật: Mạch cộng 2 số BCD được thực hiện theo sơ đồ: Hình 3.10. Mạch cộng 2 số nhị phân 4 bit Vận hành: IC thứ nhất cho kết quả trung gian của phép cộng hai số nhị phân. IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết quả là số BCD. Khi kết quả =10, IC 2 nhận ỡ ngõ vào A số 0110 (do Y=1) và kết quả được hiệu chỉnh như đã nói trên. Như vậy ta đã chuyển đổi được số nhị phân 4 bit thành số BCD. Tiếp theo ta sẽ đổi số 5 bit, 6 bit, 7 bit và 8 bit thành số BCD. Ở bít thứ 5 (giá trị thập phân tương ứng là 16). Vì vậy, ta sẽ cộng 6 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 1 vào khối hiển thị hàng chục. Ở bít thứ 6 (giá trị thập phân tương ứng là 32). Vì vậy, ta sẽ cộng 2 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 3 vào khối hiển thị hàng chục. Ở bít thứ 7 (giá trị thập phân tương ứng là 64). Vì vậy, ta sẽ cộng 4 vào khối mạch hiển thị đơn vị, và cộng 6 vào khối hiển thị hàng chục. Lúc này có thể xuất hiện bit tràn ở hàng chục nên ta sẽ đưa vào khối hiển thị hàng trăm. Ở bít thứ 8 (giá trị thập phân tương ứng là 128). Vì vậy, ta sẽ cộng 8 vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng 2 vào khối hiển thị hàng chục (nếu có bit tràn thì cộng vào khối hiển thị hàng trăm) và cộng 1 vào khối hiển thị hàng trăm. Tiếp theo là phần hiển thị kết quả: ta sẽ sử dụng IC 7447 hoặc 4551 để giải mã LED 7 đoạn. Cụ thể trong mạch ta sử dụng IC 74LS47 để giải mã BCD hiển thị lên LED 7 thanh. Sơ đồ mô phỏng trên Proteus. Hình 3.11. Bộ chuyển đổi 8 bit sang BCD CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận. Với đề tài được giao em đã cố gắng hoàn thành trong thời gian quy định. Trong quá trình thiết kế, do kiến thức còn hạn hẹp và trình độ hiểu biết chuyên môn còn tương đối hạn chế nên sẽ khó tránh khỏi những sai sót, khuyết điểm. Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo nhiệt tình từ phía các thầy cô để đề tài được hoàn thiện hơn. 4.2 Hạn chế. Hạn chế: Sai số lớn do hệ số Ku của khối khuếch đại lớn, thực tế khó có thể chỉnh về điện áp 0V, do điện trở không thể tiến đến vô cùng. Mạch hiển thị số phức tạp. 4.3. Hướng phát triển của đề tài. Cơ cấu hiển thị và chuyển điện áp sang mã nhị phân có thể dùng vi điều khiển (8051, PIC, AVR...) để việc tính toán và thiết kế dễ dàng hơn.
Trang 2- Khi nhi t đ trong gi i h n bình thệ ộ ớ ạ ường: t°C=0÷tmax/2 Thi t kế ế
m ch nh p nháy cho LED v i th i gian sáng và t i b ng nhau vàạ ấ ớ ờ ố ằ
a: Ch s hàng đ n v c a danh sách (ví d : STT = 3 →a=3; STT=10 →a=0ữ ố ơ ị ủ ụn: S th t sinh viên trong danh sách.ố ứ ự
Yêu c u b c c n i dung:ầ ố ụ ộ
Chương 1: T ng quan v m ch đoổ ề ạ
Chương 2: Gi i thi u v các thi t b chínhớ ệ ề ế ị
Chương 3: Tính toán, thi t k m ch đoế ế ạ
- Tính toán, l a ch n c m bi nự ọ ả ế
- Tính toán, thi t k m ch đoế ế ạ
- Tính toán, thi t k m ch ngu n cung c pế ế ạ ồ ấ
- Tính toán, thi t k m ch khu ch đ i, chu n hế ế ạ ế ạ ẩ óa
- Tính toán m ch nh p nháy cho LEDạ ấ
- Tính toán, thi t k m ch c nh báoế ế ạ ả
- Dùng ph n m m mô ph ng m chầ ề ỏ ạ
K t lu n và hế ậ ướng phát tri n.ể
Trang 3CH ƯƠ NG I: T NG QUAN V M CH ĐO Ổ Ề Ạ I.T ng quan ổ
Trong đo lường thì các tín hi u thệ ường r t nh và t n t i d ng v t lýấ ỏ ồ ạ ở ạ ậ Do đó
mu n ố xử lí chúng, ta ph i có nh ng m ch khu ch đ i, m ch bi n đ i đ x lýả ữ ạ ế ạ ạ ế ổ ể ử
nh ng tín hi u đó.ữ ệ
Đo nhi t đ cũng nh v y, cóệ ộ ư ậ nhi u phề ương pháp đo tuỳ theo yêu c u v kỹầ ềthu t và gi i nhi t đậ ả ệ ộ
Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo tr c ti p và đo gián ti pự ế ế
Đo tr c ti p là phư ế ương pháp đo trong đó các chuy n đ i nhi t đi n để ổ ệ ệ ươc
đ t tr c ti p trong môi trặ ự ế ường c n đo.ầ
Đo gián ti p là phế ương pháp đo trong đó d ng c đo đ t ngoài môi trụ ụ ặ ường
c n đo(áp d ng v i trầ ụ ớ ường h p đo nhi t đ cao ).ơ ở ệ ộ
Ta ch kh o sát phỉ ả ương pháp đo tr c ti p v i gi i nhi t đ c n đo không ph iự ế ớ ả ệ ộ ầ ả quá cao
ở
Trong nhi t đ b ng phệ ộ ằ ương pháp tr c ti p ta ư ế ch ỉ kh o sát 2 lo i nhi t kả ạ ệ ế
c p nhi t ng u và nhi t k nhi t đi n tr ặ ệ ẫ ệ ế ệ ệ ở
Trong kỹ thu t đo lậ ường nhi t đ ta có nhi u phệ ộ ề ương pháp đ đo nhi t để ệ ộ
nh dùng c m bi n nhi t đi n tr kim lo i , dùng c p nhi t ng u hay dùng ICư ả ế ệ ệ ở ạ ặ ệ ẫ
c m bi n nhi t đ Sau đây ta sẽ đi tìm hi u phả ế ệ ộ ể ương pháp thường dùng nh t đóấ
Trang 4Mạch KĐ điện áp chuyển U-IMạch
Bộ ADC
Mạch so sánh
Khối hiển thị BCD
Mạch cảnh báo
Kh i khu ch đ i : ố ế ạ Có ch c năng khu ch đ i tín hi u đi n t c m bi n đ aứ ế ạ ệ ệ ừ ả ế ư
t i, vì tín hi u đi n do c m bi n đ a ra thớ ệ ệ ả ế ư ường là r t bé nên ta ph iấ ảkhu ch đ i lên đ đ a vào các ế ạ ể ư kh i sauố Đ h n ch nhi u thì ngể ạ ế ễ ười ta
thường s d ng m ch khu ch đ i vi sai.ử ụ ạ ế ạ
M ch chuy n đ i U sang I: có tác d ng chuy n đ i tín hi u ạ ể ổ ụ ể ổ ệ t d ng đi nừ ạ ệ
áp sang dòng đi n đ a lên các c c u ch th (C c u đi n t ).ệ ư ơ ấ ỉ ị ơ ấ ệ ừ
M ch so sánh : ạ Có tác d ng so sánh tín hi u đ a ra t kh i khu ch đ i đụ ệ ư ừ ố ế ạ ể
đ a ra kh i sau ư ố C th vụ ể i c so sánh tín hi u sẽ đệ ệ ượ ức ng d ng cho m chụ ạ
c nh báo khi có s quá nhi t đ ả ự ệ ộ
Kh i cánh báo: ố C nh báo cho ngả ười bi t r ng nhi t đ đã tăng quá cao soế ằ ệ ộ
v i nhi t đ cho phép.ớ ệ ộ
B ADC: Có ch c năng chuy n đ i tín hi u tộ ứ ể ổ ệ ương t sang tín hi u s Sauự ệ ố
đó đ a lên các b ph n gi i mã đ hi n th ư ộ ậ ả ể ể ị
Kh i hi n th BCD: Có ch c năng chuy n đ i đ u vào 4bit ho c 8bit sangố ể ị ứ ể ổ ầ ặ
b ng mã BCD đ hi n th nhi t đ tả ể ể ị ệ ộ ương ng lên LED 7 thanh.ứ
Đó là các kh i c b n ố ơ ả dùng đ ể đo, hi n th vàể ị c nh báo nhi t đả ệ ộ sử d ngụ c mả
bi n c p nhi t ng uế ặ ệ ẫ
III.T ng quan m ch đo ổ ạ
3.1 M ch đo ạ
Trang 5Đ i tố ượng c n đo là đ i lầ ạ ượng v t lý, d a vào các đ c tính c a đ i lậ ự ặ ủ ạ ượng c nầ
3.2 Các ph ươ ng pháp đo nhi t đ ệ ộ
Đo nhi t đ là phệ ộ ương pháp đo lường tín hi u d ng t nhiên c a môi trệ ạ ự ủ ường,không có đi n trong đ i lệ ạ ượng c n đoầ
Nhi t đ đệ ộ ược phân làm nhi u d i đ đo:ề ả ể
+ Nhi t đi n k kim lo iệ ệ ế ạ
+ Nhi t đi n tr kim lo iệ ệ ở ạ
+ Nhi t đi n tr bán d nệ ệ ở ẫ
+ C m bi n th ch anh.ả ế ạ
Trang 6CH ƯƠ NG II: GI I THI U CÁC THI T B CHÍNH Ớ Ệ Ế Ị
1.C p nhi t ng u TCK ặ ệ ẫ
1.1 Nguyên lý ho t đ ng ạ ộ
C m bi n nhi t ng u d a trên c s hi u ng nhi t đi nả ế ệ ẫ ự ơ ở ệ ứ ệ ệ thế Khi hai dây kim
lo i khác nhau ạ được n i chung 2 đ uố ở ầ M tộ đ u đầ ược coi là đ u l nh (đi mầ ạ ểtham chi u), m t đ u đế ộ ầ ược coi là đ u nóng (đi m đo) Khi hai đ u có nhi t đầ ể ầ ệ ộkhác nhau – m t đi n áp độ ệ ượ ọc g i là th đi n đ ng đế ệ ộ ược hình thành
( : H s hi u ng nhi t)ệ ố ệ ứ ệNhi t đ ệ ộ đ u l nh (đi m tham chi u)ầ ạ ể ế đươc duy trì nhi t đ chu n 0ở ệ ộ ẩ Nh ngư
th c t thự ế ường nh h n trên lý thuy tỏ ơ ế
Hình 2.1: C u t o đi n hình c a m t c p nhi t công nghi p ấ ạ ể ủ ộ ặ ệ ệ
Trang 7H th ng v b o v ph i có nhi t dung đ nh đ gi m b t quán tính nhi tệ ố ỏ ả ệ ả ệ ủ ỏ ể ả ớ ệ
và v t li u ch t o v ph i có đ d n nhi t không quá nh nh ng cũng khôngậ ệ ế ạ ỏ ả ộ ẫ ệ ỏ ư
+ Dây d n n i dài ph i dùng cùng lo i thermocouple.ẫ ố ả ạ
+ Dây d n có th b nhi u n u không b c ch ng nhi u.ẫ ể ị ễ ế ọ ố ễ
Trang 8+ Đ c tính vào ra c a m t s lo i c p nhi t đi n ặ ủ ộ ố ạ ặ ệ ệ
2.B khu ch đ i thu t toán uA741 ộ ế ạ ậ
Chân 1- Ch nh khôngỉ
Chân 2- C a vào đ oử ả
Chân 3- C a vào không đ oử ả
Chân 4- Đi n ngu n -Vệ ồ
Chân 5- Ch nh khôngỉ
Chân 6- Chân xu tấ
Chân 7- Đi n ngu n +Vệ ồ
Chân 8- Không dùng Hình 2.6 S đ chân OPAMP uA741 ơ ồ
Trang 9OpAmp là m t linh ki n có nhi u ch c năngộ ệ ề ứ :
- Khu ch đ i hi u hai đi n th nh pế ạ ệ ệ ế ậ
Chân 5- Đi n áp đi u khi nệ ề ể
Chân 6- Đi n áp ngệ ưỡng
Chân 7- X đi nả ệ
Chân 8- Ngu n c p dồ ấ ương
M ch tích h p IC555 là m ch tích h p tạ ợ ạ ợ ương
t - s đự ố ượ ức ng d ng r ng rãi Khi k t h p v iụ ộ ế ợ ớ
các ph n t R, C bên ngoài cho phép có đầ ử ược
m ch t o xung đ n (m ch đ nh thì) có đ r ngạ ạ ơ ạ ị ộ ộ
xung mong mu n, ho c m ch dao đ ng t o dãyố ặ ạ ộ ạ
xung vuông có t n s xác đ nh.ầ ố ị
C u t o c a IC đ n gi n nh ng ho t đ ng t t.ấ ạ ủ ơ ả ư ạ ộ ố
Bên trong g m 3 đi n tr m c n i ti p chia đi n áp VCC thành 3 ph n C u t oồ ệ ở ắ ố ế ệ ầ ấ ạ
Hình 2.7 S đ và ch c năng các chân IC555 ơ ồ ứ
Trang 10này t o nên đi n áp chu n Đi n áp 1/3 VCC n i vào chân dạ ệ ẩ ệ ố ương c a Op-ampủ 1
và đi n áp 2/3 VCC n i vào chân âm c a Op-amp 2 Khi đi n áp chân 2 nh h nệ ố ủ ệ ở ỏ ơ1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi đi n áp chân 6 l n h n 2/3 VCC,ệ ở ớ ơchân R c a FF = [1] và FF đủ ược reset
Chu kỳ xung ph thu c r t nhi u vàoụ ộ ấ ề
các ph n t R, C bên ngoài.ầ ử
Th i gian n p (có xung ra): tờ ạ n = 0.69(RA+RB) C
Th i gian x đi n (không có xung ra): tờ ả ệ n = 0.69RBC
Chu kì: T=0.69(RA+2RB) C
4.ADC0804.
Chip ADC0804 là b chuy nộ ể
đ i tổ ương t - s , thu c hự ố ộ ọ
ADC080X IC có đi n áp nuôi +5Vệ
và đ phân gi i 8 bit Ngoài độ ả ộ
phân gi i thì th i gian chuy nả ờ ể
đ i cũng là m t tham s quanổ ộ ố
tr ng khi đánh giá b ADC Th iọ ộ ờ
gian chuy n đ i để ổ ược đ nh nghĩaị
là th i gian mà b ADC c n đờ ộ ầ ể
chuy n m t đ u vào tể ộ ầ ương tự
thành m t s nh phân Đ i v iộ ố ị ố ớ
ADC0804 thì th i gian chuy nờ ể
đ i ph thu c vào t n s đ ng h đổ ụ ộ ầ ố ồ ồ ượ ấc c p t i chân CLK R và CLK IN và khôngớ
bé h n 110µs Các chân khác c a ADC0804 có ch c năng nh sau:ơ ủ ứ ư
Hình 2.10 S đ chân ADC0804 ơ ồ Hình 2.8 S đ nguyên lý IC555 ơ ồ Hinh 2.9 Nguyên lý ho t đ ng IC555 ạ ộ
Trang 11+ CS (Chip select): Chân s 1, là chân ch n chip, đ u vào tích c c m c th p đố ọ ầ ự ứ ấ ược
s d ng đ kích ho t Chip ADC0804 Đ truy c p t i ADC0804 thì chân nàyử ụ ể ạ ể ậ ớ
ph i đả ược đ t m c th p.ặ ở ứ ấ
+ RD (Read): Chân s 2, là chân nh n tín hi u vào tích c c m c th p Các bố ậ ệ ự ở ứ ấ ộchuy n đ i c a ADC0804 sẽ chuy n đ i đ u vào tể ổ ủ ể ổ ầ ương t thành s nh phânự ố ị
và gi nó m t thanh ghi trong Chân RD đữ ở ộ ượ ử ục s d ng đ cho phép đ a dể ư ữ
li u đã đệ ược chy n đ i t i đ u ra c a ADC0804 Khi CS = 0 n u có m t xungể ổ ớ ầ ủ ế ộcao xu ng th p áp đ n chân RD thì d li u ra d ng s 8 bit đố ấ ế ữ ệ ạ ố ược đ a t i cácư ớchân d li u (DB0 – DB7).ữ ệ
+ WR (Write): Chân s 3, đây là chân vào tích c c m c th p đố ự ứ ấ ược dùng báo choADC bi t đ b t đ u quá trình chuy n đ i N u CS = 0 khi WR t o ra xung caoế ể ắ ầ ể ổ ế ạ
xu ng th p thì b ADC0804 b t đ u quá trình chuy n đ i giá tr đ u vàoố ấ ộ ắ ầ ể ổ ị ầ
tương t Vin thành s nh phân 8 bit Khi vi c chuy n đ i hoàn t t thì chânự ố ị ệ ể ổ ấINTR được ADC h xu ng th p.ạ ố ấ
+ CLK IN và CLK R: CLK IN (chân s 4), là chân vào n i t i đ ng h ngoài đố ố ớ ồ ồ ược
s d ng đ t o th i gian Tuy nhiên ADC0804 cũng có m t b t o xung đ ngử ụ ể ạ ờ ộ ộ ạ ồ
h riêng Đ dùng đ ng h riêng thì các chân CLK IN và CLK R (chân s 19)ồ ể ồ ồ ố
được n i v i m t t đi n và m t đi n tr ố ớ ộ ụ ệ ộ ệ ở Tần s đ ng h đố ồ ồ ược xác đ nhị
đ l y đi Sau khi INTR xu ng th p, c n đ t CS = 0 và g i m t xung cao xu ngể ấ ố ấ ầ ặ ử ộ ố
th p t i chân RD đ đ a d li u ra.ấ ớ ể ư ữ ệ
Vin (+) và Vin (-): Chân s 6 và chân s 7, đây là 2 đ u vào tố ố ầ ương t vi sai,ựtrong đó Vin = Vin (+) – Vin (-) Thông thường Vin (-) được n i t i đ t và Vinố ớ ấ(+) được dùng làm đ u vào tầ ương t và sẽ đự ược chuy n đ i v d ng s ể ổ ề ạ ố
Vcc: Chân s 20, là chân ngu n nuôi +5V Chân này còn đố ồ ược dùng làm đi n ápệtham chi u khi đ u vào Vref/2 đ h ế ầ ể ở
Vref/2: Chân s 9, là chân đi n áp đ u vào đố ệ ầ ược dùng làm đi n áp tham chi u.ệ ế
N u chân này h thì đi n áp đ u vào tế ở ệ ầ ương t cho ADC0804 n m trong d i 0ự ằ ả
đ n +5V Tuy nhiên, có nhi u ng d ng mà đ u vào tế ề ứ ụ ầ ương t áp đ n Vin khácự ế
Trang 12v i d i 0 đ n +5V Chân Vref/2 đớ ả ế ược dùng đ th c hi n các đi n áp đ u raể ự ệ ệ ầkhác 0 đ n +5V.ế
D0 – D7, chân s 18 – 11, là các chân ra d li u s (D7 là bit cao nh t MSB vàố ữ ệ ố ấD0 là bit th p nh t LSB) Các chân này đấ ấ ược đ m ba tr ng thái và d li u đãệ ạ ữ ệ
được chuy n đ i ch để ổ ỉ ược truy c p khi chân CS = 0 và chân RD đ a xu ng m cậ ư ố ứ
th p Đ tính đi n áp đ u ra ta tính theo công th c sau:ấ ể ệ ầ ứ
Đ u vào c a 7447, nh n các giá tr theo nh phân (BCD) t 0 t i 9, tầ ủ ậ ị ị ừ ớ ương ngứ
v i m i giá tr nh n đớ ố ị ậ ược sẽ gi i mã ra đ u ra Q tả ầ ương ng PORT QA-QG : N iứ ố
tr c ti p LED 7 thanh v i QA= a, QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá tr hi nự ế ớ ị ể
th trên LED 7 thanh ph thu c vào giá tr đ u vào PORTA,B,C,D.ị ụ ộ ị ầ
Vout = Vin / Kích thước bước
Trang 13BI/ RBO, RBI, LT : Chân đi u khi n c a 7447(Đ kích ho t IC 7447 ho t đ ngề ể ủ ể ạ ạ ộ
ch c n n i BI/RBO=LT=1).ỉ ầ ố
7.Đi n tr , transistor ệ ở
a.Đi n tr ệ ở
Trong thi t b đi n tế ị ệ ử đi n tr là m t linh ki n quan tr ngệ ở ộ ệ ọ , chúng được làm từ
h p ch t cacbon và kim lo i tuỳ theo t l pha tr n mà ngợ ấ ạ ỷ ệ ộ ười ta t o ra đạ ược các
+ Ch đ ng t: Cung c p ngu n đi n sao cho hai ti p xúc P-N đ u phân c cế ộ ắ ấ ồ ệ ế ề ự
ngược Tranzito có đi n tr r t l n và ch có m t dòng đi n r t nh ch y quaệ ở ấ ớ ỉ ộ ệ ấ ỏ ạnên tranzito coi nh không d n đi n.ư ẫ ệ
+ Ch đ d n bão hòa: Cung c p ngu n đi n sao cho c hai ti p xúc P-N đ uế ộ ẫ ấ ồ ệ ả ế ềphân c c thu n Tranzito có đi n tr r t nh và dòng đi n qua nó là khá l n.ự ậ ệ ở ấ ỏ ệ ớ
ch đ ng t và ch đ d n bão hòa, tranzito làm vi c nh m t ph n t
tuy n tính trong m ch đi n ch đ này tranzito nh m t khóa đi n t và nóế ạ ệ Ở ế ộ ư ộ ệ ử
đượ ử ục s d ng trong các m ch xung, các m ch s ạ ạ ố
+ Ch đ tích c c: Ta c p ngu n đi n sao cho ti p xúc phát TE phân c c thu n,ế ộ ự ấ ồ ệ ế ự ậ
và ti p xúc góp TC phân c c ngế ự ượ Ởc ch đ tích c c, tranzito làm vi c v i quáế ộ ự ệ ớtrình bi n đ i tín hi u dòng đi n, đi n áp, hay công su t và nó có kh năng t oế ổ ệ ệ ệ ấ ả ạdao đ ng, khu ch đ i tín hi u ộ ế ạ ệ
8.C c u ch th ơ ấ ỉ ị
Trang 14Là thi t b hi n th cho ngế ị ể ị ười dùng bi t đế ược nhi t đ c a đ i tệ ộ ủ ố ượng c n đo.ầ
Có nhi u c c u ch th khác nhau nh : t đi n, đi n đ ng ề ơ ấ ỉ ị ư ừ ệ ệ ộ
C u t o chungấ ạ c c u ch th t đi nơ ấ ỉ ị ừ ệ : ph n tĩnh và ph n đ ngầ ầ ộ
Ph n tĩnh: ầ G mồ nam châm vĩnh c uử , m ch t và c c t 3 và lõi s t 6 hìnhạ ừ ự ừ ắthành m ch t kín Gi a c c t 3 và lõi s t 6 có có khe h không khí đ uạ ừ ữ ự ừ ắ ở ề
g i là khe h làm vi c, gi a đ t khung quay chuy n đ ng.ọ ở ệ ở ữ ặ ể ộ
Ph n đ ng: ầ ộ G m kồ hung dây quay 5 được qu n b ng dây đ ng Khung dâyấ ắ ồ
được g n vào tr c quay (ho c dây căng, dây treo) Trên tr c quay có haiắ ụ ặ ụ
lò xo c n 7 m c ngả ắ ược nhau, kim ch th 2 và thang đo 8.ỉ ị
Nguyên lý làm vi c chung: ệ Khi có dòng đi n ch y qua khung dây 5 (ph nệ ạ ầ
đ ng), dộ ưới tác đ ng c a t trộ ủ ừ ường nam châm vĩnh c u 1 (ph n tĩnh) sinh raử ầmômen quay Mq làm khung dây l ch kh i v trí ban đ u m t góc ệ ỏ ị ầ ộ α
Mômen quay được tính theo bi u th c:ể ứ
M q ==B.S.I.WB: đ t c m c a nam châm vĩnh c uộ ừ ả ủ ử
S: ti t di n khung dâyế ệ
W: s vòng dây c a khung dâyố ủ
V i m t c c u ch th c th do B, S, W, D là h ng s nên góc l ch ớ ộ ơ ấ ỉ ị ụ ể ằ ố ệ α t l b cỷ ệ ậ
nh t v i dòng đi n I ch y qua khung dây.ấ ớ ệ ạ
Các đ c tính chung: ặ T bi u th c suy ra c c u ch th t đi n có các đ c tínhừ ể ứ ơ ấ ỉ ị ừ ệ ặ
Đ c nh báo quá nhi t ta có th s d ng chuông c nh báo ho c còi c nh báo,ể ả ệ ể ử ụ ả ặ ả
ho c ta có th s d ng đ ng th i c hai đ c nh báo quá nhi t Nh ng thi t bặ ể ử ụ ồ ờ ả ể ả ệ ữ ế ị
Trang 15này thường ho t đ ng đ n gi n d dàng l p đ t và s d ng đạ ộ ơ ả ễ ắ ặ ử ụ ượ ảc c ngu n m tồ ộchi u hay xoay chi u ề ề
10.Ngu n c p cho m ch ồ ấ ạ
Trong m ch s d ng ngu n đi n 1 chi u v i c p đi n áp 5V, ạ ử ụ ồ ệ ề ớ ấ ệ -12V/+12V tùytheo yêu c u c a m ch trên th c t thì ngu n đi n 1 chi u thầ ủ ạ ự ế ồ ệ ề ường được ch nhỉ
l u t ngu n xoay chi u ư ừ ồ ề Ngu n c p c a chúng ta g m có: ồ ấ ủ ồ
+ Máy bi n áp có ch c năng h áp t 220V xu ng c p đi n áp th p mà ta sế ứ ạ ừ ố ấ ệ ấ ử
Trang 16CH ƯƠ NG III: TÍNH TOÁN THI T K M CH ĐO Ế Ế Ạ
II.Tính toán, thi t k m ch đo ế ế ạ
- Hình mô ph ng c p nhi t ng u trong proteus.ỏ ặ ệ ẫ
Đi n áp ra (E ệ đ ) trên 2 đ u c a c p nhi t ng u ầ ủ ặ ệ ẫ
- Đ u ra trên hai đ u c m bi n c p nhi t ng u là đi n áp (1ầ ầ ả ế ặ ệ ẫ ệ oC~0.0412mV) nên đây ta sẽ s d ng m ch khu ch đ i vi sai đ n gi n v i s đ không đ o
Trang 17- T
ính
toán các giá tr c a ki n trong m ch.ị ủ ệ ạ
III.Tính toán, thi t k m ch ngu n ế ế ạ ồ
Vì h u h t các ngu n s d ng trong m ch đ u là ngu n m t chi u mà trênầ ế ồ ử ụ ạ ề ồ ộ ề
th c t thì ngu n ự ế ồ s d ng làử ụ xoay chi u v i đi n áp là 220V.ề ớ ệ
=> Bi n đ i dòng xoay chi u sang 1 chi u ế ổ ề ề
Tính ch n máy bi n áp: đây chúng ta có hai ngu n đó: +5V, +12V/-12V, nhọ ế Ở ồ ư
v y c n s d ng máy bi n áp có nhi u c p đi n áp đ l y ra hai c p đi n ápậ ầ ử ụ ế ề ấ ệ ể ấ ấ ệmình dùng Ho c ta có th h xu ng 12V r i dùng con bi n tr đ ch nh xu ngặ ể ạ ố ồ ế ở ể ỉ ố5V nh ng sẽ tiêu t n 1 lư ố ượng năng lượng vì v y nên dùng 2 b ch nh l u đi n áp.ậ ộ ỉ ư ệ
M t phộ ương pháp khác là ta có th dùng kh i n áp 1 chi u đ có đ u ra thayể ố ổ ề ể ầ
đ i.ổ
Trang 18Phương án thi t k : Dùng IC n áp 1 chi u ế ế ổ ề
+ Bi n áp: Do yêu c u đ t ra nên ta s d ng bi n áp có đi n áp vào 220V vàế ầ ặ ử ụ ế ệ
đi n áp ra là 12V.ệ
+ M ch ch nh l u: Do nh ng u đi m c a m ch ch nh l u c u nh đi n áp raạ ỉ ư ữ ư ể ủ ạ ỉ ư ầ ư ệ
ít nh p nháy, đi n áp ngấ ệ ược mà điôt ph i ch u nh h n so v i phả ị ỏ ơ ớ ương phápcân b ng nên ta sẽ ch n b ch nh l u c u 1 pha 2 n a chu kỳ.ằ ọ ộ ỉ ư ầ ử
+ B l c ngu n có nhi m v san ph ng đi n áp đ dòng đi n ph ng h n L cộ ọ ồ ệ ụ ẳ ệ ể ệ ẳ ơ ọ
b ng t đi n khá đ n gi n và ch t lằ ụ ệ ơ ả ấ ượng h c khá cao => dùng t đi n.ọ ụ ệ+ Kh i n áp theo yêu c u thi t k có đi n áp ra +5V, +12V/-12V Ta sẽ dùngố ổ ầ ế ế ệIC7805và IC7812/IC7912
+ S đ kh i c a m ch ngu n:ơ ồ ố ủ ạ ồ
+ S đ m ch nguyên lý:ơ ồ ạ
IV.Tính toán, thi t k m ch khu ch đ i, chu n hóa ế ế ạ ế ạ ẩ
Đ u ra: Chu n hóa đ u ra v i các m c đi n áp:ầ ẩ ầ ớ ứ ệ
1 U=0÷ -5V
2 I=4÷20mA
1 Chu n hóa đ u ra U=0÷ -5V ẩ ầ
- Đ chu n hóa U=0÷ -5V ta sẽ s d ng m ch khu ch đ i đ o v i h s khu chể ẩ ử ụ ạ ế ạ ả ớ ệ ố ế
đ i b ng 1(do trên tín hi u đi n áp đã đạ ằ ở ệ ệ ược khu ch đ i lên 5V tế ạ ương ngứ
v i ớ 440oC b ng m ch khu ch đ i vi sai).ằ ạ ế ạ
- S đ mô ph ng trên Proteus.ơ ồ ỏ