Nghiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ và thiết kế mạch đo nhiệt độ hiển thị máy tính

Mục đích yêu cầu của bài toán: Ngiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ Phân tích đề tài, chọn phán thiết kế Thiết kế phần cứng tổng thể Ngiên cứu chi tiết các linh kiên sử dụng trong t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN KTĐ & THCN - o0o -

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Nguyễn Minh Thư

Nguyễn Văn Quyết

Khoá : K3 Khoa : Điện

1 Đề tài thiết kế:

Ngiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ và thiết kế thiết bị đo nhiệt độ,hiển thi máy tính

2 Các số liệu ban đầu :

Dải nhiệt độ đầu vào từ 0á1000C

Sai số cho phép của thiết bị 1,5%

3 Mục đích yêu cầu của bài toán:

Ngiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ

Phân tích đề tài, chọn phán thiết kế

Thiết kế phần cứng tổng thể

Ngiên cứu chi tiết các linh kiên sử dụng trong thiết kế

Tính sai số của mạch thiết kế

6 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

7 Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế:

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HỚNG DẪN

(Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

SINH VIÊN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

(Ký, ghi rõ họ tên)

Mục lục

Chương 1 : Các phương pháp đo nhiệt độ………

1.1 Khái niệm về nhiệt độ………

1.1.1 Khái niệm………

1.1.2 Thang đo nhiệt độ………

1.1.3 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ………

1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc………

1.2.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở………

1.2.1.1 Nhiệt điện trở kim loại………

1.2.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn………

1.2.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu………

1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ………

1.2.3.1 LM335………

1.2.3.2 ADC22100………

1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc…………

1.3.1 Hoả quang kế phát xạ………

1.3.2 Hoả quang kế cường độ sáng………

1.3.3 Hoả quang kế màu sác………

Chương 2 : Tính toán và thiết kế tổng thể thiết bị đo……

2.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo………

2.2 Thiết kế phần cứng………

2.2.1 senser………

2.2.1.1 Khái niệm………

2.2.1.3 Nguyên lý hoạt động………

2.2.1.4 Sơ đồ chân LM741………

2.2.2 Mạch chuyển đổi chuẩn hoá………

2.2.3 Thiết kế card thu thập và xử lý thông tin………

2.2.3.1 ADC 0809 và các mạch phụ………

2.2.3.2 Vi xử lý 89C51 và các mạch phụ…………

2.2.3.3 Lưu đồ thuật toán chương trình………

2.2.4 Thiết kế nguồn cung cấp………

2.2.4.1 Khái niệm cơ bản về bô ổn áp………

2.2.4.2 Nguyên tắc ổn áp………

2.2.4.3 Sơ đồ khối của nguồn cung cấp ổn định………

2.2.5 Sơ đồ nguyên lý của card thu thập dữ liệu………

Chương 3 : Linh kiện sử dụng trong thiết kế ………

3.1 Bộ biến đổi ADC 0809………

3.1.1 Đặc điểm………

3.1.2 Các thông số kỹ thuật………

3.1.3 Sơ đồ chân………

3.1.4 Nguyên lý………

3.1.5 Hoạt động………

3.2 Vi xử lý………

3.2.1 Đặc điểm……… ………

3.2.2 Mô tả………

3.2.3 Định dạng chân………

3.2.4 Sơ đồ chân………

3.2.5 Timer/ Counter………

3.2.6 Chế độ nghỉ………

3.2.7 Chế độ nguồn giảm………

3.2.8 Các bit khoá chương trình………

3.3 Cổng truyền thông RS 232………

3.3.1 Về chuẩn RS 232………

3.3.2 Cổng nối tiếp RS 232………

3.3.3 Các yêu cầu của chuẩn RS 232 với phần tạo dạng phát… 3.4 Giới thiệu về máy tính PC………

3.4.1 Giới thiệu chung về máy tính………

3.4.2 Các cổng vào ra của máy tính………

3.4.3 Cổng nối tiếp………

Chương 4 : Đánh giá sai số chung………

4.1 Sai số của senser………

4.2 Sai số của bộ khuếch đại………

4.3 Sai số của ADC………

4.3 Kết luận => sai số toàn mạch………

4.4 Cách hiệu chỉnh sai số………

Lời nói đầu

Đo nhiệt độ là một trong các phương pháp cơ bản và thường gặp trong

đo lường, nó đã có từ lâu, mỗi giai đoạn có những phương pháp đo khácnhau Trước đây khi công nghệ điên tử và bán dẫn chưa phát triển thì cácmạch đo chủ yếu dựa trên kỹ thuật tương tự, phương pháp xử lý chủ yếu dựavào phần cứng cho nên giá trị đó có sai số lớn, thiết bị cồng kềnh, lắp đặtkhông thuận tiện Đến đầu những năm 80 và nhất là những năm cuối thế kỷ

20, khi công nghệ bán dẫn và vi mạch phát triển mạnh, cùng với sự pháttriển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật số đã được ứng dụng rộng rãitrong các ngành đo lường điều khiển làm thay đổi hẳn phương pháp xử lý tínhiệu đo Trước đây xử lý tín hiệu đo chủ yếu là đo bằng phần cứng thì ngàynay việc xử lý được mềm hoá cùng với sự ra đời của những sensor thôngminh đã làm cho các thiết bị đo ngày càng thông minh và độ chính xác caohơn Ngày nay xuất hiên nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biếnloại cặp nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn hoặc sử dụng phương pháp phântích phổ để xác định nhiệt độ Đối với những nơi không trực tiếp đặt đượccác đầu đo nhiệt độ (nơi có nhiệt độ quá cao) Nhìn chung các phương pháp

đo nhiệt độ có nhiều nét giống nhau nhưng cách xử thì có thể khác nhau, tuỳvào mục đích và yêu cầu kỹ thuật đối với từng công việc cụ thể nhưng mụcđích cuối cùng của phép đo là thể hiện giá trị nhiệt độ với khoảng sai số chophép có thể chấp nhận được

Phần chi tiết em xin trình bày dưới đây

Chương 1

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ

1.1 Khái niệm về nhiệt độ:

1.1.1 Khái niệm:

Nhiệt độ là đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên

tử, phân tử của một hệ vật chất Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất ( rắn,lỏng, khí) mà chuyển động này có khác nhau ở trạng thái lỏng, các phân tửdao động quanh vi trí cân bằng nhưng vi trí cân bằng của nó luôn dịchchuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định Còn ở trạng tháirắn, các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng Cácdạng vận động này của các phân tử, nguyên tử được gọi chung là chuyểnđộng nhiệt Khi tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng khôngsinh công, thì quá trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt.Quá trình truyền nhiệt trên tuân theo 2 nguyên lý:

Bảo toàn năng lượng

Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độthất. Ở trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức

xạ nhiệt

Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn cótruyền nhiệt bằng đối lưu Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệtbằng cách vận chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau

1.1.2 Thang đo nhiệt độ:

Từ xa xưa con người đã nhận thức được hiện tượng nhiệt và đánh giá cường

độ của nó bằng cách đo và đánh giá nhiệt độ theo một đơn vị đo của mỗithời kỳ Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng được định nghĩa theo từng vùng,từng thời kỳ phát triển của khoa học kỹ thuật và xã hội Hiện nay chúng ta

có 3 thang đo nhiệt độ chính là:

Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K )

Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15

Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67

Đây là 3 thang đo nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay Trong

đó thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) được quy định là một trong 7 đơn vị đo cơbản của hệ đơn vị quốc tế (SI) Dựa trên 3 thang đo này chúng ta có thể đánhgiá được nhiệt độ

1.1.3 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ:

Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất củavật phụ thuộc nhiệt độ Hiện nay chúng ta có nhiều nguyên lí cảm biến khácnhau để chế tạo cảm biến nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt ngẫu,phương pháp quang dựa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt, phương pháp dựatrên sự dãn nở của vật rắn, lỏng, khí hoặc dựa trên tốc độ âm… Có 2 phươngpháp đo chính:

Ở dải nhiệt độ thấp và trung bình phương pháp đo là phương pháp tiếpxúc, nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ngay trong môi trường đo.Thiết bị đo như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt, bán dẫn.

Ở dải nhiệt độ cao phương pháp đo là phương pháp không tiếp xúc( dụng cụ dặt ngoài môi trường đo) Các thiết bị đo như: cảm biến quang,hoả quang kế ( hoả quang kế phát xạ, hoả quang kế cường độ sáng, hoảquang kế màu sắc)…

1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc

1.2.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở:

Nguyên lý hoạt động:

Điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và dựa vào sự thayđổi điện trở đó người ta đo được nhiệt độ cần đo

Nhiệt điện trở dùng trong dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ

để nhiệt năng sinh ra do dòng nhiệt điện trở nhỏ hơn so với nhiệt năng nhậnđược từ môi trường thí nghiệm

Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điệntrở là có hệ số nhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn…

Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kimloại và nhiệt điện trở bán dẫn

1.2.1.1 Nhiệt điện trở kim loại:

Quan hệ giữa nhiệt điện trở của nó và nhiệt độ là tuyến tính, tính lặplại của quan hệ là rất cao nên thiết bị được cấu tạo đơn giản Nhiệt điện trởkim loại thường có dạng dây kim loại hoặc màng mỏng kim loại có điện trởsuất thay đổi theo nhiệt độ Trong điện trở kim loại dược chia thành 2 loại:

Platin được chế tạo với độ tinh khiết cao, cho phép tăng độ chính xáccủa các đặc tính điện trở của nó, hơn nữa Platin còn trơ về mặt hoá học và

ổn định tinh thể, cho phép hoạt động tốt trong dải nhiệt độ rộng Ngoài ra nólại còn có tính lặp rất cao, sai số ngẫu nhiên thấp ( dưới 0,01%), có độ saikhác 0.01 0C…

Niken có độ nhạy cao hơn so với Platin nhưng Niken có tính hoá họccao, dễ bị oxy hoá khi nhiệt độ tăng do vậy dải nhiệt độ làm việc của nó bịhạn chế ( dưới 2500C ) Tuy vậy nó lại có giá thành rẻ vẫn đáp ứng về mặt

kỹ thuật cho nên cũng hay được sử dụng

Đồng cũng được sử dụng nhiều vì sự thay đổi nhiệt độ của đồng có độtuyến tính cao, giống như Niken thì hoạt tính hoá học của đồng lớn nên dảinhiệt độ làm việc của đông bị hạn chế ( dưới 180 0C )

Để đạt được độ nhạy cao nhiệt điện trở phải lớn muốn vậy phải giảmtiết diện và tăng chiều dài dây Để có độ bền cơ học tốt các nhiệt điện trởkim loại có trị số điện trở R vào khoảng 100 ở 00C Các nhiệt điện trở cótrị số lớn thường dùng đo dải ở nhiệt độ thấp vì ở đó cho phép thu được độnhạy cao Để sử dụng cho mục đích công nghiệp các nhiệt điện trở có vỏ bọctốt, chống được va chạm và rung mạnh…

Đối với bạch kim thì giữa điện trở và nhiệt độ trong giới hạn từ 0 

660 0C được biểu diễn bằng biểu thức:

Rt = Ro(1+At+Bt2 ) Trong đó Ro là nhiệt độ ở 00C

Đối với bạch kim tinh khiết thì: A = 3,940.10-3/ 0C

B = -5,6.10-7/ 0C Trong khoảngtừ -190  00C thì quan hệ giữa điện trở của bạch kimvới nhiệt độ có dạng: Rt = { 1+At+Bt2+C(t-100)3

Trong đó C = -4,10.10 / C

Đối với đồng ta có công thức: Rt = Ro(1+t)

Trong đó: Ro - điện trở ở nhiệt độ 00C

0 - hệ số nhiệt độ đối với khoảng nhiệt độ bắt đầu từ 00Vbằng 4,3.10-3/ 0C

Trong khoảng nhiệt độ từ -500C  1500C Loại này có thể dùng đượctrong các môi trường có độ ẩm và khí ăn mòn

Trong thực tế có loại nhiệt điện trở TCM-0879-01T3 bằng đồng côngthức mô tả: Rt = 50(1+4,3.10-3T) ()

1.2.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn:

Nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ hỗn hợp nhiều oxit kim loạikhác nhau (ví dụ như: CuO, MnO…) Một số nhiệt điện trở bán dẫn đặctrưng bởi quan hệ: Rt = A.eB/T

Trong đó A: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bấndẫn, kích thước và hình dạng của vật

B: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn

T: Nhiệt độ Kenvin của nhiệt điện trở

Nhược điểm của nhiệt điện trở bán dẫn là có hệ số phi tuyến giữa điệntrở với nhiệt độ Điều này gây khó khăn cho việc có thang đo tuyến tính vàviệc lầm lẫn giữa các nhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt

Nhiệt điện trở có thể dùng mạch đo bất kỳ để đo điện trở nhưng thôngthường dùng mạch cầu không cân bằng, chỉ thị là Logomet từ điện hoặc cần

tự động cân bằng, trong đó một nhánh là nhiệt điện trở khi sản xuất hàngloạt

Nếu dùng cầu 2 dây dụng cụ sẽ có sai số do sự thay đổi nhiệt điện trởcủa đường dây khi nhiệt độ môi trường thay đổi.

1.2.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu:

Nguyên lý làm việc:

Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu là 1 mạch từ có 2 hay nhiều thanh dẫnđiện gồm 2 dây dẫn A và B Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn cónhiệt độ t và t0 khác nhau thì trong mạch khép kín có một dòng điện chạyqua Chiều của dòng điện này phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng của mối hànnghĩa là t > t0 thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại Nếu để hở một đầuthì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( ví

Như vậy bằng cách đo sức điện động ta có thể tìm được nhiệt độ củađối tượng

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp khi cần đonhững nơi có nhiệt độ cao

1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ

Có rất nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử đã sản xuất ra các loại ICbán dẫn dùng để đo dải nhiệt độ từ -55150 0C Trong các mạch tổ hợp IC,

cảm biến nhiệt thường là điện áp của lớp chuyển tiếp p-n trong một loạitranzitor loại bipola.

1.2.3.1 Loại LM 335

IC loại LM 335 có điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ thang

đo 0C, điện áp ra là 10mV/ 0C và sai số không tuyến tính là ±1,8 mV chotoàn thang đo Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi từ 4V30V LM 335được chế tạo cho 3 thang đo:

-55150 0C loại LM 335 và LM 35D-40110 0C loại LM35C và LM35CA0100 0C loại LM35DA

1.2.3.2 Loại AD22100

AD22100 có hệ số nhiệt độ 22,5 mV/ 0C Điện áp ngõ ra có côngthức:

Vout = (V+/5V).(1,375V+22,5mV/ 0C.T) Trong đó:

V+: Trị số điện áp cấp

T : Nhiệt độ cần đo Các IC trong họ AD22100:

AD100KT/KR cho dải nhiệt độ từ 01000C

AD100AT/AR cho dải nhiệt độ từ -40850C

AD100ST/SR cho dải nhiệt độ đo từ -501500C

Hình dạng bên ngoài của AD22100:

V+: Điện áp nguồn nuôi 430 VDC

Vo : Đầu ra GND : nối vào 0V

Trong đó : T là hệ số bức xạ tổng, xác định tính chất của vật và nhiệt

độ của nó ( thường nhỏ hơn 1 )

Tt : Nhiệt độ thực của vật Hoả quang kế phát xạ được khắc độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối.Nhưng khi đo ở đối tượng thực thì Tp được tính theo công thức:

Khoảng cách để đo giữa đối tượng và hoả quang kế được xác định dokích thước Chùm tia sáng từ đối tượng đo đến dụng cụ phải chùm hết tầmnhìn ống ngắm của nhiệt kế

Nhược điểm của tất cả các hoả quang kế là đối tượng không phải làvật đen tuyệt đối do đó trong vật nóng có sự phát xạ nội tại và dòng phát xạnhiệt đi qua bề mặt

1.3.2 Hoả quang kế cường độ sáng:

Trong thực tế khi đo nhiệt độ T dưới 30000C với bước sóng trongkhoảng 0,40m <  < 0,70m thì mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối cóthể biểu diễn bằng công thức:

Nếu cường độ sáng của đối tượng đo lớn hơn độ sáng của dây đốt ta

sẽ thấy dây thâm trên nền sáng

Nếu cường độ của đối tượng đo yếu hơn độ sáng của dây đốt thì kếtquả sẽ cho thấy dây sáng trên nền thẫm

Nếu độ sáng bằng nhau thì dây sẽ mất và đọc vị trí của bộ chắn sáng

So sánh bằng mắt tuy thô sơ nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác nhấtđịnh vì cường độ sáng thay đổi nhiều hơn gấp 10 lần so với sự thay đổi nhiệt

độ

Ánh sáng từ đối tượng đo 1 đến mẫu 10 qua khe hở và bộ lọc ánh

sáng 8 cùng đặt vào tế bào quang điện 4 Sự sánh được thực hiện bằng cáchlần lượt cho ánh sáng từ đối tượng đo và đèn chiếu tế bào quang điên nhờ

tấm chắn 3 và sự di chuyển tấm chắn cảm ứng điện từ 9 của chuyển đổingược với tần số 50 Hz.

Dòng ánh sáng 1 và 2 được tế bào quang điện biến thành dòng điện,dòng điện này được đưa vào khuếch đại xoay chiều và được chỉnh lưu bằng

bộ chỉnh lưu nhạy pha 6 để biến thành dòng 1 chiều và đưa vàomiliampemet 7 và đèn đốt 10 thay đổi cho đến khi cường độ sáng của đốitượng đo

Miliampemet được khắc trực tiếp giá trị nhiệt độ cho ta biết giá trị đođược Hoả quang kế loại này có độ chính xác cao ( sai số ±1% ) trong dảinhiệt đo 900  22000C

1.3.3 Hoả quang kế màu sắc

Khi đo đến dải nhiệt độ 2000 25000C thì giá trị 1,2 có thể xác địnhđược bằng thực nghiệm

Cường độ bức xạ từ đối tượng đo A qua hệ thấu kính 1 tập chung ánhsáng trên đĩa 2 Đĩa này quay quanh trục nhờ động cơ 3

Sau khi ánh sáng qua đĩa 2 đi vào tế bào quang điện 4 trên đĩa khoan 1

số lỗ, trong đó một nửa đặt bộ lọc ánh sáng đỏ (LĐ) còn nửa kia lọc ánhsáng xanh (LX) Khi đĩa qua tế bào quang lần lượt nhận được ánh sáng đỏ vàxanh với tần số nhất định tuỳ theo tốc độ quay của động cơ Dòng quangđiện được khuếch đại 5 từ đó đưa vào bộ chỉnh lưu pha 7

Nhờ bộ chuyển mạch 8 tín hiệu đĩa chia thành 2 phần tuỳ theo ánhsáng của tế bào quang điện là xanh hay đỏ

Tuỳ theo cường độ bức xạ của đối tượng đo, độ nhạy của khuếch đạiđược điều chỉnh tự động nhờ thiết bị 6

Bộ chia logomet từ điện: góc quay của nó tỉ lệ với nhiệt độ cần đo và

bộ chuyển mạch là các rơle phân cực, làm việc đồng bộ với các đĩa quay,nghĩa là: sự chuyển mạch của logomet xảy ra đồng thời với sự thay đổi bộlọc ánh sáng mà dòng bức xạ đặt lên tế bào quang điện

- Ưu điểm: Trong quá trình đo không phụ thuộc vào khoảng cách từ vị

trí đo đến đối tượng đo và không phụ thuộc vào sự hấp thụ bức xạ của môitrường

- Nhược điểm: Cấu tạo tương đối phức tạp.

Nhận xét chung về các loại cảm biến:

- Lượng thay đổi R nhỏ

- Điện trở tuyệt đối thấp

Máy tính

Max 232

- Tự gia tăng nhiệtCặp

nhiệt

ngẫu

- Là thành phần tích cực,

tự cung cấp công suất

- Đơn giản, rẻ tiền

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐO

2.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo

Hình trên là sơ đồ khối của thiết bị đo nhiệt độ hiển thị máy tính.

IC cảm biến nhiệt độ là LM335

Vì giá trị điện áp ở đầu ra của mạch đo chưa thể tương thích với dải làmviệc của ADC ( thông thường giá trị này rất nhỏ), trước khi đưa vào bộchuyển đổi A/ D thì tín hiệu này phải đưa qua bộ chuyển chuẩn hoá ( thôngthường giá trị này được khuếch đại đủ lớn) để đáp ứng đầu vào của mạchA/D Mạch khuếch đại đo lường thường chia làm 3 tầng trong đó có mộttầng có tác dụng lọc nhiễu nguồn

Bộ chuyển đổi ADC được thực hiện chức năng cơ bản chuyển tín hiệutương tự sang tín hiệu số

Từ ADC tín hiệu số được đưa vào vi điều khiển để tính toán sau đótruyền số liệu đã thu được lên hiển thị trên máy tính thông qua bộ đệm Max

232 qua cổng COM1 theo chuẩn RS232

2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động.

Hoạt động của đầu đo giống như một diod Zener hai cực, điện ápđánh thủng tương ứng với nhiệt độ tuyệt đối là 10 0 K Trở kháng động khiđầu đo hoạt động trong vùng dòng 400àA đèn 5mA nhỏ hơn 1Ω Trở khángnhỏ cùng điện áp ra tuyến tính là ưu điểm của đầu đo này.

Các thông số của vi mạch :

1 Định thang trực nuôi theo độ K

2 Tín hiệu lối ra bằng 10 mV / 0 K

3 Độ chính xác 1 0 C

Dòng hoạt động trong vùng 400àA  5 mA

4 Điện áp nguồn nuôi từ 5V  18V

Nguyên lý hoạt động của mạch đo nhiệt độ dùng LM335:

Theo dải đo của LM335 thì nếu ta cung cấp cho nó một dòng điện từ400àA đến 5 mA ở đầu vào thì đầu ra của nó sẽ có mức điện áp thay đổitheo nhiệt độ 10 mV/ 0 K, ở đây ta cung cấp cho LM335 dòng điện là 5 mA

Để đổi giá trị nhiệt độ từ độ K sang độ C thì phải có thêm mạch bùnhiệt độ Như vậy ta thấy rằng lúc đầu điện áp thay đổi từ 2,73 V đến 3,73 Vứng với 2730 K đến 3730 K tức là từ 00 C đến 1000 C Sau khi qua mạch bùnhiệt độ thì đầu ra sẽ có mức điện áp từ 0 V đến 1 V tương ứng 10 mV / 0C

Điện áp LM335 chuyển đổi tính theo 0C là:

2.2.2 Mạch chuyển đổi chuẩn hoá.

Tín hiệu ra của sensor ta đưa tín hiệu qua bộ khuếch đại sau đó mới đưavào ADC Mạch khuyếch đại sử dụng OP-07

- chân 1, chân 8: điện áp Vos TRIM.

- chân 2, chân 3: điện áp đầu vào

- chân 6: điện áp ngõ ra

- chân 4, chân 7: điện áp nguồn nuôi

Đặc điểm:

- Volt thấp 75àm max/ 0 Cmax

- Mức trôi volt thấp: 1,3 àV/0 Cmax

- Nhiễu thấp 0,6 àVppmaxx

- Dải điện áp đầu vào rộng ± 14V

- Dải nguồn cung cấp rộng: 3V đến 18V

OP-07 có điện áp lệch đầu vào thấp ( lớn nhất là 75 àV đối với OP-07).Những điện áp lệch thấp này cho phép lọai trừ sự cần thiết của chỉnh 0 bênngoài OP-07 cũng có một số đặc điểm giống như dòng phân cực đầu vàothấp ( ±4 nA cho OP-07E và sự khuếch đại vòng hở cao ứng dụng cho thiết

bị đo khuyếch đại cao)

Trong mạch khuyếch đại ở đây ta dùng 3IC OP07

The linked image cannot be displayed The file may have been moved, renamed, or deleted Verify that the link points to the correct file and location.

Ở tầng đầu tiên là mạch khuyếch đại thuật toán với 2IC OP07 có hệ sốkhuyếch đại là:

K1 = 1+ (R8+ R9)/ R10

Có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại này bằng cáchđiều chỉnh biến trở R7

Ở tầng thứ 2 ta sử dụng OP07 thứ 3 với hệ số khuyếch đại là:

K2 = R5/ R4

Vậy hệ số khuyếch đại của toàn mạch khuyếch đại là:

K = K1 K2 = ( R5/ R4) ( 1+(R8+ R9)/ R10)

Chọn K1 = 2  1+( R8+R9 )/ R10 = 2Chọn R8 = R9 = 10K  R10 = 20K

K = K1.K2 = 5  K2 = 2,5 ( K = 5 vì điện áp cung cấp cho ADC 0809 dùng nguồn là 5V )

Chọn R5 = 10K  R4 = 4K

R6 = R4 = 4K

R7 = R5 = 10K

2.2.1 Thiết kế card thu thập và xử lý thông tin.

Card thu thập và xử lý thông tin gồm các phần chính sau:

Bộ biến đổi tương tự số trong mạch thiết kế là bộ chuyển đổi

ADC-0809 tám bit nhận tín hiệu số đưa vào vi xử lý để xử lý

Trong thiết kế này nhóm làm đồ án chọn vi xử lý là loại AT98C51.Nhiệm vụ chính của nó là đưa ra tín hiệu kích hoạt và điều khiển ADC, thuthập thông tin do ADC biến đổi, xử lý thông tin đó và truyền thông tin nhậnđược ( các kết quả đo trên máy tính)

Bộ đệm chuyên dùng dùng cho truyền nhận tiếp giữa MC và máy tính

được chuyển đổi thành tín hiệu -12V +12V để truyền lên máy tính vàngược lại.

2.2.3.1 ADC 0809 và các mạch phụ:

Điện áp cung cấp cho ADC 0809 dùng nguồn nuôi từ 05V, giữa haichân Vcc và GND được nối thông qua tụ 22F để lọc nhiễu

Kênh tín hiệu vào được đưa vào chân IN0

Chân cung cấp điện áp so sánh REF+ nối với +5V, chân REF_ nối đất

Chân CLK được cung cấp xung Clock bởi mạch tạo xung Clock.

Mạch tạo xung bao gồm thạch anh có tần số dao động 500kHz, 2 triggơsmith 74LS14, hai điện trở 1K, một tụ giấy100nF

The linked image cannot be displayed The file may have been moved, renamed, or deleted Verify that the link points to the correct file and location.

2.2.3.2 Vi xử lý 89C51 và các mạch phụ:

- Điện áp nguồn nuôi cung cấp cho vi điều khiển là +5V, 0V

- Chân EA/VP của vi điều khiển được nối vào nguồn +5V.

- Mạch Reset dùng để Reset hệ thống đưa hệ thống về trạng thái hoạtđộng ban đầu Mỗi lần nhấn phím Reset chân Reset của vi điều khiểnđược nối với điện áp +5V

The linked image cannot be displayed The file may have been moved, renamed, or deleted Verify that the link points to the correct file and location.

2.2.3.2 Lưu đồ thuật toán chương trình: