Thiết kế thi công đầu cân điện tử chỉ thị số

Tuy nhiên các chức năng cơ bản của một đâu cân là lấy tín hiệu điện áp từ loadcell, biến đổi A/D, xử lý và hiển thị khối lượng cân được ra đèn Led 7 đoạn hoặc màn hình tinh thể lỏng, c

Trang 2

BO GIAO DUC & DAO TAO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRUONG ĐẠI HỌC DL KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ Độc Lập — Tự Do

~ Hạnh Phúc KHOADIEN-DIENTU reese oO@ -~

NHIỆM VỤ LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

Chú ý :SV phái đóng bản nhiệm vụ này vào trang thứ nhất của luận án

Ho và tên ŠV : TRAN ue " 4ô Hee wssv: 13 C019

= A Ngành : LE aoe i eevee Ah ccvovtnnnnanenannnnnnenneecneeccennaenerttee AQ PCB ne

^

á wel” ke ce - thu Chang Fh Cea hiên Ae whe pha sod

2 Nhiém vu (Yéu cầu về nội dung va số liệu ban đầu) :

Tm Aube til 1023/01 cee antl bh “ai _zx cốct the

— Ton “ki Ae “hao Chet hone Pant sess dean cá ME

Teh ee amecel cus yff2cr c£x¬ dung SY đéš + pox leer

" ò«ï tomb DU ngang errưetnrtrttrrrrrtrrrrrtrrtritnritintn

¬" ˆ ‹a - 3221" este

Bg be

/

3 Ngày giao nhiệm vụ luận án :24/03/2005

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ 30/04/2005

5 Họ tên người hướng dẫn : Phần hướng dẫn

Z

al Mguyer re an MEL nce Mareen nnn nn A01 Z cinta

22 Cu nung ranereerirrrrrrrrtrrrrtdtrttrfetrrefriiin 77 Ô.JdQẬH)

3L he nnHrrrrrereetrrrererrrerrrrrrrrrrei Â 0222 ss2nen craerrrrrrrrrirrrrrrrd Pe

Nội dung và yêu cầu LATN đã được thông qua

i AP 2V JT0NE ¿phế khe the

re khe Pu

15:2 độc: ba

Trang 3

Sinh viên thực hiện xin chân thành cảm

ơn Thầy Nguyễn Viễn Quốc Trên cương vị

là người hướng dẫn chính của đề tài, Thay

đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo cho em trong suốt quá trình thực hiện luận án

Sinh viên thực hiện cũng xin tô lòng biết

ơn đến các thay cé trong trường Đại Học

Dân Lập Kĩ Thuật Công Nghệ đã tận tình

dạy dỗ và truyền thụ những kiến thức, những

kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian em học ở trường

Cuối cùng, sinh viên thực hiện xin cam

ơn sự đóng góp ý kiến của tất cả các bạn sinh viên trong suốt quá trình thực hiện luận

Trang 4

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S N guyen Viễn Quốc

NHÂN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinhviên : TRAN LU DO

Lớp : 00ĐĐC03

Mã số sinh viên : 99ĐC019

Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA

Tên để tài : THIẾT KẾ - THI CONG DAU CAN BIEN TU CHI THI SO

Nhân xét của giáo viên hướng dẫn:

_— (4 vyớz rên LỄ - 1 Tức chiớa đa a

cecececeus Deer NA ow MEE AR A scenctcenenectntineietnetnestntionecisnseneiaeuaniannannente

Ngày Ê thang 7 nam 2005

Giáo viên hướng dẫn

Trang 5

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S Nguyễn Viễn Quốc

NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

Họ và tên sinh viên: TRẤN LỮ ĐÔ

CT1 XE E1gEE127171717711.T717471.7121721T1 112111211111TT1TT1nfT10100T70T01TT77777T770P D2111 1110111711121717211.711712171717.21m717.20271T701170TTTP11nn111TTTET777TT7TT7 D0111 E1211212121742127127122.721141.71717.71111777211111011n717T101Tt1011077Tn1TTT07TT77T77

Giáo viên phản biện

- 9VTH: Trần Lữ Đô Đề tài: Thiết kế-Thì công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 3

Trang 6

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.Š Nguyễn Viễn Quốc

NHẦN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO

Họ và tên sinh viên _: TRẤN LỮ ĐÔ

Mã số sinh viên : 99DCO19

Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA

Tên đề tài - THIẾT KẾ - THỊ CÔNG ĐẦU CÂN ĐIỆN TỬ CHỈ THỊ SỐ

Nhân xét của Hội đồng 22 giám khdo: khảo

DU TH 11811211111221212117.7171171721.71.717H.7H.-17 nnnHtnnnnTTfnHRRtrftttttftfftfftffttftffftTTRTTTTD

DU ng T111 51112112711717111121711477T 1 0771770011111001n01n101101TT7T-1700077777

oc ccccceusuueavasseassuesusauenssneassssssessereesesseseeseeseesenieeeeieeseOheQAAsAUE2RUSTEISSIRIIRIOAOU ETC C CCE IES

DU HT ExE1E212717122111121121171.11271717T0111711.01101201-101T11nfn1000T1nTTTDHGHTTTTETTTTRTTTEP C15151 121117121E2T71121T117171.217172.71172.1001m0101tn.1101100191T1T1TTTTTTDTTTTETTTTTTTE

DU TH 5111511215112112711271771.2113171.71771.777177727021111.0TTTf1110011nn10T7CTTDTTTTETTDT

CS 1211 51111111751122422771 7171717177717 1-7 17T001-1n11T1T011nn111T1nTT7TRRERSTTETTTTTTTTTEP C1111 1111152571217111171T.17117177.7111011711110171071710T001nT1110701777T77T-TPT1P Che g1 11g11515111157117717710111471.71.117717.-111077172771701710070nf111n101010T07771707

CT1 1E7E11E1E1712212121771E E.1171217171711747771777TT170171011101T00011nn010711077007717771077177 Dan TEkE1xE111218111122121142177 7 177117177171T71142071277770171177712717701nT10-101T17T00770T77

Trang 7

| CHUONG I: LÝ THUYẾTT Trang 7

:_ CHƯƠNG L1: Giới Thiệu Một Vài Bộ Hiển Thị Khối Lượng Cụ ThỂ 5< c2 Trang 8

| CHƯƠNG L2: Các Phương Pháp Và Cảm Biến Dùng Trong Đo Khối Lượng Trang 22

CHƯƠNG 13: Hệ Thống Cân Xe . -2222+ttc2t2tttecrttrrrrrrtrrtrrriiiiiririrrrirrrririin Trang 33

| CHƯƠNG 14: Lý Thuyết Thiết Kế Mạch Cho Hệ Thống Cân Sử Dung Loadcell Trang 35

| CHƯƠNG 1.5: Khảo Sát ADC7109 Và Các Linh Kiện Chính Sử Dụng Trong Luận An Trang 47

CHƯƠNG II: THIET KE VA THI CONG seeseaseasenses Trang 93

CHUONG IIL1: Thiét Kế Đầu Cân Dùng Vi Xử Lý - -+enehhrtrttrtrrtrrrrrrre Trang 94

CHƯƠNG IIIL2: Thiết Kế Các Khối Chức Năng Cho Mạch Vi Xử Lý . - Trang 103

CHƯƠNG III.3: Phần Mềm Máy Tính Quản Lý Cân . -++*s+ Trang 110

ạ00/9)(681108 {88.0 Trang 118

PHỤ LỤC

Sơ Đồ Nguyên Lý Và Sơ Đỗ Mạch In

Tài Liệu Tham Khảo

SVTH: Tran Lit Dé Đề tài: Thiết kế-Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 5

Trang 8

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.Š N guyén Viễn Quốc

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá - hiện đại hoá, để từng bước

bắt kịp sự phát triển trong khu vực và thế giới về mặt kinh tế và xã hội Công

nghiệp sắn xuất hàng hoá đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế

Việc tự động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực nhằm tạo

ra sản phẩm có chất lượng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mé trên thị

trường

Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ điện tử và công nghệ thông

tin, chúng ta có thêm các thiết bị đo lường điện tử ngày càng chính xác hơn, sử

dụng thuận lợi hơn, hoạt động ở chế độ tự động hóa hoàn toàn Để phục vụ

cho việc tự động hóa trong công nghiệp, chúng ta phải để cập đến các phương

pháp và cảm biến đo các đại lượng không điện

Với mục đích là xác định độ biến dạng, ứng suất khi tác dụng một lực vào một đầu của một dầm ngang Tức là đặt một vật có khối lượng vào đầu

dầm, trên đâm có gắn Strain Gage (miếng đo biến dạng) mà từ đó ta có thể

xác định được khối lượng mà vật đặt vào Thông qua đại lượng trung gian này

mà ta có thể xác định được: độ biến dạng ứng suất, độ võng và để tài này sẽ

được tìm hiểu kỹ về cách thức xác định được các đại lượng này

Trong phạm vi luận án này, sinh viên thực hiện chọn dé tai “thiét ké - thi công đầu cân điện tử chỉ thị số” Qua để tài này, sinh viên thực hiện có

thể biết thêm về các thiết bị và linh kiện như: Load cell, 89C51, ADC7109

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do hiểu biết và khả năng còn hạn chế nên

để tài này chắc hẳn còn nhiễu thiếu sót Sinh viên thực hiện mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của qúy thầy cô và các bạn

Sinh Viên Thực Hiện Trần Lữ Đô

SVTH: Trân Lữ Đô Dé tai: Thiết kế-Thì công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 6

Trang 9

Trang 10

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S N guyễn Viễn Quốc

CHƯƠNG I1:

MOT VAI BO HIEN THI KHOI LUGNG CU THE

L THI£T BI CHi THI KHOLLUONG (WEIGHING INDICATOR):

Thiết bị chỉ thị khối lượng (đầu cân) có nhiều loại, do nhiều hãng sản xuất khác nhau Tùy mỗi loại và yêu cầu cho từng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác nhau Tuy nhiên các chức năng cơ bản của một đâu cân là lấy tín hiệu điện áp từ loadcell, biến đổi A/D, xử lý và hiển thị khối lượng cân được ra đèn Led 7 đoạn hoặc

màn hình tinh thể lỏng, có thể truyền dữ liệu về máy tính hoặc ra máy in Ngoài ra còn ._ có các chức năng như “Auto Zero”, “Tare”, “Clear” Để thực hiện các chức năng như

i trên với độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ nguồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell

| va A/D Thông thường AD sử dụng là loại 16 bit hoac cao hơn sẽ cho độ phân giải là một

phần 65536 và như vậy độ chính xác sẽ rất cao Ngoài bộ vi xử lý đủ mạnh, đầu cân nhất thiết phải có bộ nhớ để lưu trữ số liệu sau khi cân chỉnh

| _ Sit dung bd bién déi A/D tốc độ nhanh đến 70 lần trong một giây

— Bộ biến đổi A/D có độ phân giải cao và chính xác

— Dễ dàng cân chỉnh bằng chức năng FDC (Full Digital Compensation)

— Có những lựa chọn thuận tiện cho việc giao tiếp với thiết bị bên ngoài như máy

in, máy tính, bộ hiển thị từ xa trong việc truyền đữ liệu song song mã BCD hay

| nối tiếp theo chuẩn RS-232

— Màn hình hiển thị huỳnh quang màu xanh loại lớn dễ dàng nhìn thấy trong bất

| kỳ điều kiện ánh sáng nào

| —_ Ngoài ra AD-4322 còn cung cấp các lựa chọn (Option) cho các ứng dụng khác

SVTH: Trần Lữ Đô Đề tài: Thiết kế-Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 8

Trang 11

Luận án tốt nghiệp đại hoc GVHD: ThŠ N guyễn Viễn Quốc

STANDBYÍ OPERATE

STANDBY Nut nay dung dé chuyén đổi qua lại giữa hai chế độ

STANDBY và OPERATE Ở chế độ standby, màn hình

OPERATE hiển thị sẽ tắt và không có dữ liệu xuất ra

ZERO Khi nhấn nút này thì sẽ hiển thị Zero khi không có thiết

bị cần cân Không nên nhấn nút này với chức năng TARE của đầu cân

TARE Nút TARE dùng để chuyển sang chế độ NET, số 0 được

hiển thị và khối lượng cần trừ bì sẽ được lưu vào bộ nhớ Dấu Ÿ sẽ sáng

Nút này đùng để lựa chọn một trong hai chế độ NET và NET GROSS Dấu vợ sẽ sáng tương ứng với chế độ được

chọn Chế độ Net là khối lượng ròng sau khi trừ bì (đã được lưu vào khi nhấn TARE) va Gross là khối lượng

GROSS tổng cộng bao gồm cả bì cân

Nút Print được đùng trong việc truyền tới máy in ( nếu

sử dụng OP- 01 ) hay truyền nối tiếp theo chuẩn PRINT

R RS_232 đến máy tính

Đèn lb © sẽ sáng khi dùng đơn vị cân là pound

Đèn kg Ô sẽ sáng nếu sử dụng đơn vị cân là kg

SVTH: Trân Lữ Đô Đề tài: Thiết kế-Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 9

Trang 12

Luận án tốt nghiép dai hoc GVHD: Th.S Nguyễn Viễn Quốc

Điện áp vào lớn từ loadcell: 36mV

Điện áp cấp cho loadcell: 12 Volt DC + 5%, 280 mA

Độ không tuyến tính: 0,01% toàn tầm

Nhiệt độ hoạt dong: -5°C đến 40°C

Nguồn pin nuôi bộ nhớ có thể hoạt động trong 6 năm hoặc hơn nếu không có cấp

điện cho AD43243

Ngoài ra AD4322 còn cung cấp khá nhiều chức năng hữu ích

Sau đây là một số chức năng thông dụng:

E 01: Điễu chỉnh dấu chấm thập phân Có thể cho hiển thị 1, 2, 3 hay 4 số sau dấu chấm

F02: Chọn lựa đơn vị cân

F 03: Cập nhật việc hiển thị: 14 lần/ giây hay 4 lần/ giây

E05: Đặt tầm chỉnh Zero: 2% hay 10% khối lượng tối đa

E 10: Chỉnh độ rộng xung tín hiệu FINISH: 0,1 giây > 0,2 giầy

Lựa chọn OP — 01 cho dif liéu 14 ma BCD

E31: Dữ liệu xuất ra là số hiển thị, trọng lượng ròng hay trọng lượng kể cả bì cân E32: Cách thức xuất dữ liệu: chuỗi, tự động in

Lufa chon OP — 04: cho giao tiếp nối tiếp

Trang 13

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S_N guyễn Viễn Quốc

3 Giải thích cách chỉnh cân:

3.1 Chỉnh độ phân giải:

Khối lượng hiển thị lên màn hình dựa vào độ phân giải này Đây là khoảng thay

đổi nhỏ nhất mà thiết bị có thể nhận biết được Ví dụ nếu đặt độ phân giải nhỏ nhất là 1 thì thiết bị sẽ hiển thị cách nhau 1 đơn vị như là 101, 102, 103 Nếu độ phân giải nhỏ nhất là 2 thì sẽ hiển thị 100, 102, 104 Có thể lựa chọn độ phân giải này là 1, 2, 5, 10,

20 hay 50 và được giới hạn theo khối lượng tối đa được cho trong catalogue của AD

4323

3.2 Chinh Zero:

Đây là cách chỉnh khi trên bàn không có vật cần cân Thực hiện việc này là để

AD 4323 biết được một giá trị cơ sở để so sánh với khối lượng thêm vào Có thể phải chỉnh Zero theo một chương trình thường xuyên để tránh ảnh hưởng của việc thay đổi

theo nhiệt độ hay các ảnh hưởng khác

3.3 Chỉnh khối lượng tối đa:

Đây là cách chỉnh khối lượng lớn nhất mà người sử dụng muốn cân Điều này phụ

thuộc vào tải trọng của loadcell hay là những giới hạn khác mà người dùng đặt Độ phân

giải sẽ phụ thuộc vào khối lượng lớn nhất này

3.4 Cân chỉnh bước cân (Span Calibration):

Với việc chỉnh Zero nhằm mục đích đặt giá trị ban đầu là không, cân chỉnh bước

- cân là xác định điểm giới hạn mà có thể cân được( khối lượng lớn nhất) Điểu này là để

cho AD 4232 biết hai đầu mút mà có thể cân được chính xác AD 4232 sẽ tính toán giá trị

cân được nếu khối lượng cần cân nằm trong hai giới hạn này Tuy nhiên trong thực tế, có thể dùng các khối lượng chuẩn để cân chỉnh cho việc này mà không nhất thiết phải dùng khối lượng tối đa

Sở dĩ, cần cân chỉnh Zero là để AD đọc giá trị sai lệch điện áp ban đầu khi không

có vật gì ở trên bàn cân Chỉnh bước cân là cho AD biết được giá trị điện áp ứng với một

khối lượng chuẩn đặt lên bàn cân Từ đó, bộ xử lý sẽ lấy hiệu số hai giá trị điện áp này

và chia khối lượng chuẩn để ra một hệ số tương ứng cho mỗi đơn vị cân và lưu các giá trị này vào bộ nhớ Khi có khối lượng cần cân, bộ xử lý sẽ đọc giá trị điện áp và trừ đi điện

áp ở trạng thái Zero rồi chia cho hệ số đã lưu trước đó sẽ ra được khối lượng cần cân

Ngoài ra, khi cần chỉnh cho đầu cân nếu điện áp ngõ ra loađcell quá lớn lúc chỉnh

Zero thì thêm một điện trở giữa EXC+ va SIG - của Loadcell như hình (1) Hoặc ngược

Trang 14

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S_N guyen Viễn Quốc

lại nếu tín hiệu ra của Loadcell quá nhỏ (lệch âm) khi cân chỉnh Zero thì trong trường hợp này phải mắc thêm một điện trở phụ giữa EXC+ và SIG + như trong hình vẽ (2)

Các điện trở mắc thêm này phải có giá trị điện trở lớn (thường là từ 50KO đến

500K)

IIIL THIET BLDAU CAN K3NV:

Chức năng của K3NV 1a hiển thị điện áp hoặc đòng đầu vào sau khi đã thực hiện biến đổi số của đầu vào Do vậy các thiết bị cảm biến, đo đạt mà giá trị điện áp ngõ ra thay đổi ta có thể sử dụng các đầu cân loại này để hiển thị sự tăng giảm đó bằng số, hoặc truyền qua lại với những thiết bị điều khiển khác như máy tính, PLC

1 Các Chức Năng Chính Của K3NV:

1.1 Scaling:

Có hai phương pháp biến đổi tỉ lệ: biến đối bằng cách dùng các giá trị đầu vào đo được hoặc biến đổi tỉ lệ không cân kết nối với một sensor và thay vào đó là dùng đầu vào giả

> Ta đặt giá trị hiển thị 1 tương ứng với giá trị đầu vào 1 và đặt giá trị hiển thị

2 tương ung với giá trị đầu vào 2 biến đổi tỉ lệ được thể hiện trên đường thắng nối 2 giá trị này với nhau

> Ta có thể dùng chức năng teaching để đặc các giá trị đầu vào l và giá trị đầu vào 2

> Gid trị đầu vào 1 có thể lớn hơn giá trị đầu vào 2 và giá trị hiển thị 1 có thể

lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị hiển thị 2

> giá trị đầu vàol không được giống giá trị đầu vào 2 nếu không giá trị đầu vào 2 sẽ tự động đặt tới giá trị bằng giá trị đầu vao 1 cong 1

> Hãy đặc giá trị biến đổi tỉ lệ sau khi đặt giá trị đầu vào

SVTH: Trần Lữ Đô Đà tài: Thiết kế-Thỉ công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 12

Trang 15

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S N guyễn Viễn Quốc

Giá trị

ith †

1.2 Dải đầu vào:

I Ngàn: cáo Gis tb baw coer v 4

HOLD là một đầu vào bên ngoài và được sử dụng để dừng quá trình A/D và giữ

nguyên màn hình hiển thị Các đầu ra so sánh, đầu ra tuyến tính và đầu ra BCD cũng

Trang 16

1.6 Thử đầu ra:

Chức năng này rất thuận tiện để kiểm tra một hệ thống ma K3NV được kết nối

vào, đặc biệt là khi một số đầu vào không hoạt động được K3NV mô phỏng một đầu vào để kiểm tra các tình trạng của đầu ra

Trang 17

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S_N guyén Viễn Quốc

ZERO signal : TA

1.8 Chon chế độ chạy tai chổ và từ xa:

| Ta có thể chạy K3NV từ xa qua một máy tính hoặc chạy tại chỗ bằng các phím

'_ đầu vào Chế độ chạy từ xa: dùng để lập trình từ xa bằng cách tải các thông số khởi động

từ máy tính qua cổng RS-23, RS-485, hoặc RS-422

Chế độ chạy tại chỗ: quá trình lập trình được thực hiện bằng cách ấn các phím đầu vào trên bảng điều khiển ở mặt trước của K3NV

- 9VTH: Trần Lữ Đô Đề tài: Thiết kế-Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 15

Trang 18

2 Phần Mặt Trước Của Đông Hồ:

Đèn hiển thị các trạng Hiến thị giá trị hiện Các đèn hiển thị

thải của đầu ra so sánh tai (PV) trang thái

sẽ mờ đi ngoại trừ các chữ số có thể đặt được

Chế độ Setting: Hiển thị danh mục lựa chọn, thông số hoặc giá trị đặt Khi ta thay đổi một giá trị, tất cả các chữ số sẽ mờ đi ngoại trừ các chữ số có thể đặt được

2.2 SV Display (Hiển thị giá tri đặt):

Chế độ RUN: Hiển thị các giá trị đặt so sánh Khi ta thay đổi một giá trị thì tất cả các chữ số sẽ mờ đi ngoại trừ các chữ số có thể đặt được

Chế độ Setting: Hiển thị các giá trị đặt Khi ta thay đổi một giá trị thì tất cả các

chữ số sẽ mờ đi ngoại trừ các chữ số có thể đặt được

Trang 19

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S Nguyén Viễn Quốc

2.3 Các đèn hiển thị các trạng thái đầu ra so sánh:

Hiển thị các trạng thái của dau ra so sánh

2.4 Các đèn hiển thị trang thái:

HOLD Indicator: Đèn hiển thị HOLD, đèn này sẽ sáng khi tín hiệu đầu vào

ZERO Indicator: Đèn này sẽ sáng khi tín hiệu đầu vào ZERO được bật

PROG Indicator: Đèn này sẽ sáng khi danh mục chế độ Setting được hiển thị Đèn

này sẽ lóe sáng lúc hiển thị các thông số

n thị trên màn hình giá trị hiện tại

2.5 Teaching Indicator:

Đèn này sẽ sáng khi hiển thị các thông số có thể đặt trong teaching operation

Đèn này sẽ lóc sáng lúc hiển thị giá trị hiện tại như một giá trị đặt

2.6 Đèn báo trang thái hiển thị của giá trị đặt:

Đèn này cho biết giá trị đặt nào hiển thị, tại màn hiển thị giá trị hiện tại hoặc tại màn hiển thị giá trị đặt

2.7 Phim Escape:

Phím này được dùng để chọn giá trị hiện tại, giá trị lớn nhất hoặc giá trị nhỏ nhất

để hiển thị tại màn hiển thị giá trị hiện tại ở chế độ RUN

[=] Giá trị lớn ma ely Giá tịnh Lae

A

Phím này còn được dùng để quay trở về chế độ RỦN từ các chế độ Setting, bảo

vệ hoặc chế độ bảo dưỡng

2.8 Mode Key:

| Khi ta ấn phím này giá trị đặt (vượt quá các giá trị HH, H, L, LL ở lệnh này) sẽ

hiển thị tại màn hiển thị giá trị hiện tại trong chế độ RUN Trừ khi một phím chức năng

Trang 20

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.Š Nguyễn Viễn Quốc

khác được ấn trong vòng 5 giây khi ta ấn phím này, màn hình hiển thị sẽ tự động hiển thị

một giá trị hiện tại khác

Gavida| ES oatia IÊ8 [Bávidn Gia tri dat ne

L

Không ân Không Ân Không ấn

phim trong Ss phim trong Ss phim trong 5s

Phím này được dùng để chọn thông số hiển thị thay đổi giá trị đặt Phím này cũng

được dùng để tăng dẫn chữ số hiện tại trong giá trị đặt

Được dùng để đặt giá trị hiện tại về 0 hoặc đặt lại giá trị lớn nhất / nhỏ nhất ở chế

độ RUN Ta có thể nhấn phím này để chọn chức năng teaching

Trang 21

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S N, guyỄn Viễn Quốc

K3NV có Modul đầu ra Role, K31- Cl, -C2,-C5

K3NV c6 Modul dau ra Transistor, K31- T1, -T2

K3NV c6 Modul đầu ra tuyén, K31- L1, -L2,-L3,-L4, -L5, -L6, -L7, -L8, -L9, -L10

SSO DOO OC OOCOOO

Trang 22

Luận án tốt nghiép dai hoc GVHD: Th.S_N guyễn Viễn Quốc

K3NV có Modul đầu ra Transistor + RS-422, K31-FLK6

Chế độ Run hoạt động bình thường

Chế độ Setting để đưa vào các thông số ban đầu

Chế độ bảo vệ để khóa cấu hình

Chế độ bảo dưỡng Maintenance Mode dùng để tinh chỉnh

Trong lúc bật điện của K3NV

thi dn phim Mode va Shift

Ché d6 bao dudng trong vòng 1 gidy

| tet RUN Mode [=| Ché độ bảo vệ

Lm]

[eS] 1 siay r=]

Setting Mode

RUN Mode: Khi ta bat K3NV lén, đồng hồ đo này sẽ vào chế độ RUN Khi ở chế

độ này đồng hồ K3NV cấp một tín hiệu đâu ra là kết quả của phép so sánh giữa các giá

trị đo được với các giá trị đặt

Setting Mode: Với đồng hỗ K3NV ta có thể đặt các giá trị Ở chế độ Setting bằng

các phím hoặc bằng cách sử dụng chức năng Teaching

Chế độ bảo vệ: Ở chế độ bảo vệ này, ta có miền tinh chinh cla K3NV

SVTH: Tran Lit Dé Đề tài: Thiết kế-Thì công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 20

Trang 23

5 Chức Năng Truyền Tin:

Một máy tính nhờ có chức năng truyền tin của đồng hồ K3NV mà có thể thực hiện

được những hoạt động sau:

- Xác nhận và thay đối các giá trị đặt Ta không thay đổi các trạng thái truyền tin

- Đọc và đặt lại các giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất

- Đặt và đặt lại về ZERO

- Xác nhận dữ liệu

Dùng một modul truyền tin nếu có yêu cầu cân chức năng truyền tin

- RS-232C dùng các modul đầu ra K31-FLK1 hoặc K31-ELK4 để dùng giao diện

Trang 24

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S_N guyén Vién Quéc

CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CẢM BIỂN DUNG TRONG DO KHOI LUGNG

1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DO KHOI LUONG:

Trong vật lý cơ học, mối quan hệ giữa lực và khối lượng được xác định bằng định luật II Newton, mà theo đó lực tác dụng vào vật thể có khối lượng m sẽ bằng tích số khối lượng và gia tốc của nó, tức là:

F=ma (1) Trọng lực là một trường hợp của công thức này Dưới tác dụng của sức hút trái

đất, vật có khối lượng sẽ chịu tác dụng của trọng lực P = m.g với g là gia tốc trọng

trường Các phương pháp đo khối lượng dựa vào quan hệ này

Công thức (1) không có nghĩa là không có lực trên vật thể nếu không cú gia tốc

mà nó chỉ có nghĩa là không có lực cân bằng thực Hai lực cân bằng và đối nhau tác động lên một vật thể sẽ cân bằng, không tạo nên gia tốc Có hai cách để tạo nên lực cân bằng:

phương pháp cân bằng 0 và phương pháp dịch chuyển

Cân bằng đòn cân là một ứng dụng

của cảm biến lực cân bằng 0 vào việc đo L

khối lượng Một khối lượng chưa biết i

được đặt trên đĩa cân Các quả cân được

hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác

nhau được đặt trên đĩa bên kia cho đến chưa biết

khi cân bằng Khối lượng chưa biết bằng

tổng khối lượng các quả cân đặt lên Khối lượng chuẩn

đã biết

SVTH: Trần Lữ Đô Dé tai: Thiết kế-Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 22

Trang 25

Cân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thông qua sự dịch chuyển dưới tác dụng của trọng lực do vật khối lượng m gây ra Khối lượng chưa biết đặt trên giá cân treo trên lò xo đã được hiệu chỉnh Lò xo di động cho đến khi lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết Lượng di động của lò xo được dùng để đo khối lượng chưa biết Ở các cân đồng hồ chỉ thị kim, lượng di động của lò xo sẽ làm kim quay thông qua một cơ cấu bánh răng với tỷ lệ hợp lý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân

Một cách khác có thể cân được vật là cấp nguồn DC cho biến trở xoay Khi có khối lượng đè lên bàn cân, thông qua cơ cấu đi chuyển thích hợp sẽ làm xoay biến trở và

do đó điện áp lấy ra cũng thay đổi Điện áp này được đưa về bộ chuyển đổi AD và xử lý

Tuy nhiên khó khăn lớn nhất của phương pháp này là rất khó tìm biến trở tuyến tính Ngoài ra còn có thể sử dụng một Encoder và bộ đếm để đếm số xung phát ra của encoder khi xoay bởi sự di chuyển này Sơ đồ hai hệ thống cân loại này được vẽ như

Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell

| Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn

| hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết

SVTH: Trân Lit Dé Đề tài: Thiết kế.Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 23

Trang 26

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S_N guyén Viễn Quốc

IL GIỚI THIÊU VỀ LOADCELL:

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở là

một phương tiện để biến đổi một biến dạng bé thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở Có hai loại điện trở đán dùng làm cắm biến lực dịch chuyển: loại liên kết (bonded)

và loại không lên kết (unbonded)

Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng ở một vị trí xác định trên bể mặt của bộ phận đàn hồi Điện trở này được dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng của vật đàn hôi Biến dạng này được truyền trực tiếp vào tấm điện trở và nó làm thay đổi giá trị điện trở tương ứng

Cảm biến dùng điện trở loại không liên kết sử dụng để đo lượng đi động nhỏ Một lượng di động do mối liên kết bằng cơ khí tạo nên sẽ làm thay đổi điện trở làm cảm biến

Lượng di động cũng thường được tạo nên bằng lực tác động vào một bộ phận đàn hồi

Vì thế tấm điện trở không liên kết sẽ đo toàn bộ lượng dịch chuyển của bộ phận đàn hồi còn tấm điện trở liên kết đo biến dạng tại một điểm xác định trên bể mặt của bộ

phận đàn hồi

Trong các cách lấy tín hiệu ra từ cảm biến mang đặc tính tổng trở, mạch lấy tín hiệu ra tối ưu nhất là mạch cầu Đây là một phương pháp để đo sự thay đổi nhỏ trong

điện trở của một phần tử mà giá trị điện áp ra tỷ lệ với sự thay đổi của điện trở khi có

khối lượng (hay lực) đặt vào cảm biến

Hoạt động của mạch cầu có hai trường hợp: mạch cầu cân bằng và mạch cầu

không cân bằng Ở mạch cầu cân bằng, điện trở của cảm biến được xác định từ giá trị ba

điện trở đã biết trước Ở cách đo không cân bằng, sự thay đổi điện trở cảm biến từ một

giá trị cơ sở tạo nên một sự sai lệch nhỏ giữa hai điện áp của ngõ ra mạch cầu Sử dụng

bộ khuếch đại để khuếch đại sai lệch này lên để dễ dàng xử lý

Điện trở cảm biến có thể được gắn vào một nhánh của mạch cầu Wheatstone không cân bằng như sau:

Trang 28

IL MOT SO LOADCELL THUC TE:

C6 nhiéu loai loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật),

Global Weighing (Hàn Quéc), Transducer Techniques Inc, Tedea — Huntleigh Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu đây ra của Loadcell có màu sắc khác nhau, có

Exc- Đen Nâu Đen Trắng

Sigt Xanh Xanh Trắng Xanh lá cây

Sig- Trắng Trắng Đỏ Xanh dương

Có nhiều kiểu hình đạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau Do đó cách kết

nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcell và thường có các thông số như : tải trọng danh định , điện áp ra danh định( giá trị này có thể là từ 2 milVolt / Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải (Với

giá trị điện áp ra danh định là 2mili Volt / Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện

áp ra sẽ là 20 mili Volt ứng với khối lượng tối đa)

Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng Sau

đây là hình đạng của một số loại loadcell có trong thực tẾ

Trang 29

Luận án tốt ¡hiệp đại học GVHD: Th.S Nguyễn Viễn Quốc

SVTH: Trần Lữ Đô Đê tài: Thiết kế-Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 27

Trang 30

IV, CÁCH BỐ TRÍ LOADCELL VÀ TRAM NỐI DÂY:

| Trong hệ thống cân với khối lượng lớn, số lượng loadcell sử dụng phụ thuộc vào

¡ tải trọng chịu dung, chiều đài xe Thường là 4, 6 hoặc 8 loadcell

i Do sử dụng nhiều loadcell trong hệ thống cân nên cần phải cộng các tín hiệu ra trước khi đưa về đầu cân để xử lý Nếu đầu cân không có chức năng này ta phải dùng thêm hộp nối (Junction box) dé két ndi hé các loadcell trên

Vì mỗi loadcell có một độ nhạy khác nhau cho dù dùng cùng loại, nên Junction

- box có các (4,6,8) biến trở điều chỉnh để các loadcell cùng ra một sai lệch điện áp đối _ với cùng một tải trọng Các biến trở này được mắc vào nguồn cung cấp cho loadcell vì thay đổi áp nguồn cung cấp sẽ làm thay đổi tín hiệu điện áp ra Ngoài ra để có thể cộng

| cdc tín hiệu lại với nhau, người ta dùng thêm một điện trở mắc ở ngõ ra của các loadcell

Sơ đồ nguyên lý kết nối như sau:

Với cách kết nối như vậy thì mạch tương đương của bộ cộng tín hiệu cho 4

loadce]l có thể được vẽ như sau:

Trang 31

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD; Th.S Nguyén Viễn Quốc

Esig = Sig(+) — Sig(-)

R, >>r "¡-†a Với rị là điện trở nguồn tín hiệu

Zin: 14 tổng trở nhập của bộ khuếch đại

Gọi U là điện áp ngõ vào bộ khuếch đại Ta có:

U UE sa „U- Fe „U_- đua UE si

hay U- (4 — z] = R (Esc + E s62 + đụ; + Ea)

=>U= _4n _(E,,, + Eựe; + Eggs + Evga)

Trang 32

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S N guyén Viễn Quốc

Sau đây là hình dạng một số loại loadcell có tải trọng lớn thường được sử dụng

trong các trạm cân xe:

Ngoài bộ phận chính là những tấm điện trở dán, một số loại loadcell còn có thêm thiết bị bảo vệ quá tải có thể là các lò xo như những hình ở trên

SVTH: Trân Lữ Đô Đề tài: Thiết kế-Thi công đầu cân điện tử chỉ thị số Trang 30

Trang 33

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.Š N guyén Viễn Quốc

CAC THONG SO KY THUAT CUA LOADCELL DUNG TRONG MO HINH:

Zero Return after 30 mins — 0.0500 +9 of Applied Load Temperature Effect (On OưputQ) _ 00030 +% of Applied Load

Temperature: Eflect (On Zero/"C} 0.0100 +% of Applied Load

Eecentrle Loading (elfeetfem} 0.0074 £% of Applied Load Zero Balance 3.0 +96 of Rated Output Temperature Range (Operating) 30" to 44°C Temperature Range (Compensated) _ al to 440°C

Safe Overload 150 +9 of Rated Capacity Ultimate Overload ~ 300 +% of Rated Capacity

Excitation (Recommended) 10 Volts AC or DC Exeltation (Maximurt} 15 Volts AC or DC

Input Impedance 425 + 15 Ohms

Output Impedance — 350 + 3 Ohms Insulation Impedance .>8000 MegaOhmi Deflection at Rated Capacity _ «l4 mm

Construction - Anodised Aluminium

Cable Type _ ‡ conductor floating screen

Cable Length — 2 Metres Environmental Protection Standard: (P66 Total Ever: According to QIML R40

SVTH: Trần Lữ Đô Đề tài: Thiết kế-Thi công đâu cân điện tử chỉ thị số

Trang 34

Trang 35

Tùy theo yêu cầu của từng trạm cân mà có thêm bộ hiển thị từ xa hay không Sau đây là mô tả chỉ tiết các khối trong hệ thống trên

CẦU CÂN:

Cầu cân bao gồm một bộ phận thường làm bằng sắt hay những hợp kim chịu lực tốt, còn gọi là bàn cân Bên dưới bàn cân này được bố trí thường là 4 loadcell Số lượng

loadcell bố trí này tuỳ thuộc vào tải trọng xe, chiều đài xe, có thể là 6, 8 loadcell Một

đầu của loadcell được gắn chặt vào phần đế cố định dưới đất, đầu còn lại của loadcell

được gắn vào bàn cân Loadcell sử dụng ở đây là loại chịu lực nén Khi xe tải chạy lên bàn cân, dưới tác dụng của trọng lực xe, mỗi loadcell bị nén và sinh ra một điện áp sai

lệch, điện áp này được dẫn về hộp nối để cộng các tín hiệu từ các loadcell này lại trước khi đưa về đầu cân xử lý Ngoài ra, còn có hai bệ để xe chạy lên và chạy xuống, phần này không dính đến bàn cân

Trang 36

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S_Nguyén Viễn Quốc

Tùy theo yêu cầu và vị trí cụ thể mà có các dạng cầu cân như sau:

Loại bàn cân được bố trí nằm Loại bàn cân được bố trí nằm

ngang mặt đất nhô lên trên mặt đất

Trang 37

L KY THUAT BIEN DOI AD:

Biến đổi Analog_Digital là thành phân cần thiết trong việc xử lý thông tín và các chức năng điểu khiển xử dụng phương pháp số Tín hiệu thực tế ở dạng Analog Một hệ thống tiếp nhận dữ liệu phải có các bộ giao tiếp A/D, nd sẽ đổi dữ liệu vào analog thành

đữ liệu ra digital phù hợp để đưa vào bộ xử lý số Thường một bộ tiếp nhận gồm các thành phân: khuếch đại, lọc, mạch trích và giữ mẫu (Sample and Hold), phân kênh và

Fs: Giá trị toàn thang

Tất cả các giá trị của lượng tử Q đều được biểu diễn bởi mã số, mà mã này tương

ứng với giá trị trung bình của lượng tử (có thể nằm giữa khoảng LSB) gọi là mức ngưỡng

Các giá trị Analog nằm trong từ mức ngưỡng sai biệt đi +1/2L5SB vẫn được thể hiện bằng cùng một mã, đó là sai số lượng tử hóa Sai số này có thể được làm giảm đi bằng cách tăng số bit trong mã ra của bộ A/D

Trang 38

1.2 Độ phân giải:

Là giá trị biến đổi nhỏ nhất của tín hiệu vào được yêu cầu để thay đổi mã ra theo một mức Độ phân giải được đưa ra với giả thuyết lý tưởng

1.3 Đô chính xác:

Sự sai biệt giữa giá trị điện áp vào so với gia tri Fs tương ứng với mã xuất ra Độ

chính xác tương đối cũng giống như trên nhưng được định nghĩa trong điểu kiện toàn dai

đã lấy chuẩn `

1.4 Đầu vào bộ ADC:

Tùy theo công nghệ chế tạo mà bộ ADC có đầu vào đơn cực hay lưỡng cực, đa số nằm trong khoảng 0 + 5V hoặc 0 +10V đối với ADC đơn cực và -5V+ +5V hoặc -10V + 10V đối với ADC lưỡng cực Tín hiệu vào cần phù hợp với tầm vào xác định cho từng bộ ADC Nếu đâu vào không hết thang sẽ tạo mã vô dụng Ở đầu ra Vấn đề này sẽ giải quyết bằng cách chọn tầm vào đầu vào bộ ADC sau đó chỉnh độ lợi thích hợp cho đầu vào của nguồn Analog |

Khi sử dụng bộ ADC đơn cực mà có tín hiệu vào lưỡng cực nằm trong khoảng +V

thì ta cần phải cộng thêm điện áp vào Vi với một điện áp nền bằng +V khi đó ta sẽ có

điện áp vào Vi nằm trong khoảng 0 + 2V Tín hiệu này sẽ được đưa tới đầu vào bộ ADC

Nếu sử dụng ADC lưỡng cực thì không cần cộng tín hiệu và đầu ra sẽ nhận được mã

lưỡng cực

- 1.5 Đầu ra bộ ADC:

Đa số các bộ ADC có đầu ra 8 bits, 12 bits, 16 bits Đầu ra các bộ ADC thường là

mã nhị phân tự nhiên hoặc có dấu Các bộ ADC dùng cho máy đo chỉ thị số đa dụng thường có đầu ra là mã BCD

_ 16, Tín hiệu tham chiếu V,«r :

Ve EOC (End of Convertion)

Trang 39

Luận án tốt nghiệp đại học GVHD: Th.S N, guyễn Viễn Quốc

Hình vẽ cho thấy đầu vào và đầu ra của bộ ADC Mọi ADC đều yêu cầu có tín hiệu V, Bất kỳ mọi sai số nào trên Vr đều gây ra lỗi độ lợi ở đặc tính của ADC Vì vậy

V, là tín hiệu đảm bảo độ chính xác và ổn định của bộ ADC Dùng IC 6 ổn áp có thể thỏa mãn điều này

1.7 Tín hiệu điều khiển:

Mọi bộ ADC đều có tính xung Clock và tín hiệu điều khiển để hoạt động Thiết

bị ngoài giao tiếp với ADC sẽ khởi động quá trình AD bằng cách phát một xung tích cực Start vào đầu vào Start của ADC, ngay sau đó ADC sẽ kéo đường EOC (End of

Convertion) về mức thấp (không tích cực) Lúc này ADC đang thực hiện quá trình biến đổi, tương ung với mỗi xung clock đưa vào ADC sẽ thực hiện được một bước biến đổi, sau một số bước nhất định tùy theo bộ ADC thì quá trình biến đổi hoàn thành Khi biến đổi xong, AD sẽ đưa EOC về mức tích cực, tín hiệu này có thể dùng để kích một ngắt cứng của máy tính (nếu dùng giao tiếp với máy tính) hoặc tín hiệu báo những quá trình hỏi vòng Để đọc được dữ liệu đầu ra của bộ ADC thì phải đặt vào đường OE (Output Enable) của ADC lên mức cao, sau khi đọc xong thì lại trả đường này về mức thấp

Sơ đồ khối A/D có Vr dạng nấc thang

Counter: Bộ đếm tạo đầu ra cho bộ ADC bằng hoặc lớn hơn giá trị vào Vi Nó

| được reset tại mọi thời điểm bắt đầu thực hiện AD và đếm dẫn lên sau mỗi xung Clock Cứ mỗi lần đếm bộ ADC lại nâng lên mỗi nấc thang (1LBS) Bộ so sánh sẽ dùng bộ đếm

| lại khi điện áp DAC (áp hồi tiếp) đạt tới giá trị vào VI

Trang 40

Luận án tốt nehiệp đại học GVHD: Th.S N guyén Vién Quéc

Nhược điểm của phương pháp này là Tc (thời gian chuyển đổi) theo mức tín hiệu vào và đôi khi rất lâu, Te = 2" x Tạsœ đối với bộ DAC n bit khi biến đổi một tín hiệu vào

6 mttc FS (Full Scale)

Một cải tiến của phương pháp nay 1a “tracking” hay “servo” sử dụng bộ đếm

thuận nghịch cho phép DAC đưa tín hiệu vào liên tục Bằng sự khống chế bộ đếm từ bên ngoài tại một điểm nhất dinh ta ding b6 DAC kiểu tracking như một bộ S&H (Sample

and Hold)

2.2 ADC thăng bằng liên tục:

Sơ đồ khối giống như phương pháp trước, nhưng bộ đếm là bộ đếm thuận nghịch

| Về cơ bản cũng giống như phương pháp trên nhưng bộ đếm hoạt động được ở chế

| độ thuận nghịch Khi tín hiệu Vụ < Vị thì bộ đếm sẽ đếm lên, ngược lại thì bộ đếm sẽ đấm xuống Quá trình xác lập ghi nhận được khi giá trị Vụ, giao động xung quanh giá trị

| 2.3 Phương pháp biến đổi A/D hàm đốc tuyến tính (Phương pháp tích phân một độ

Về bản chất thực hiện biến đổi trung gian từ điện áp ra khoảng thời gian sau đó

đo khoảng thời gian theo phương pháp số

Tiêu đề	Thiết kế thi công đầu cân điện tử chỉ thị số
Thể loại	Đề án tốt nghiệp

Định dạng
Số trang	125
Dung lượng	7,26 MB

Thiết kế thi công đầu cân điện tử chỉ thị số

KỸ THUÂT BIẾN ĐỔI A/: