CHƯƠNG IVTHIẾT KẾ MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU I.CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Đối với đại lượng nhiệt độ có thể sử dụng các loại cảm biến sau: +Dùng cặp nhietä TC Thermocouple +Dùng cặp nhiệt điện trở :lo
Trang 1CHƯƠNG IV
THIẾT KẾ MẠCH THU THẬP DỮ LIỆU
I.CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
Đối với đại lượng nhiệt độ có thể sử dụng các loại cảm biến sau:
+Dùng cặp nhietä TC (Thermocouple)
+Dùng cặp nhiệt điện trở :loại kim loại hay bán dẫn +Dùng IC cảm biến nhiệt độ chuyên dụng như : LX5700, LM335, AD590…
mỗi loại cảm biến nhiệt độ chỉ hoạt động hữu hiệu trong một số trường hợp nào đó Trong các ứng dụng hiện nay người ta hay dùng TC vì có tầm đo nhiệt độ rộng ,có đầu ra điện áp tỉ lệ với nhiệt độ nên mạch đo dễ thiết kế và đơn giản ,giá thành cũng rẽ
trong luận văn này em sử dụng TC loại K (Cr-Al)
ĐẶC ĐIỂM TC LOẠI K
+ Gồm hai dây kim loại là hợp kim của Cr và Al
CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TÍNH CỦA TC LOẠI K
Sự biến thiên của TC (K) giữa suất điện động ra và nhiệt độ được xem là rất tuyến tính với độ nhạy nhiệt:
Ta có bảng thông số về mối quan hệ giữa nhiệt độ tác động lên điểm đo và suất điện động nhiệt tại mối nối của TC(K)
BÙ NHIỆT CHO TC(K)
Trang 2Để đọc chính xác nhiệt độ đặt tại đầu ra ta cần phải xử lý :
+ Phải kéo dài điểm so sánh đến một vị trí có nhiệt độ ổn định (có thể xem như nhiệt độ môi trường) bằng dây bù ,các dây bù này phải thỏa mãn một số tiêu chuẩn nào đó về mặt vật lý để tương thích với cặp nhiệt điện ,thông thường nhà sản xuất thường bán cặp nhiệt điện cùng với các đoạn dây bù cho nó
+ Phải bù nhiệt cho TC(K) tại đầu cuối của dây tự do nhằm tránh nhiệt độ tại đó thay đổi làm ảnh hưởng đến kết quả đo Việc bù này có nhiều phương pháp ,tuy nhiên trong luận văn này em sử dụng bù nhiệt điểm chuẩn bằng một mạch bù như hình sau:
II.CHỌN BỘ BIẾN ĐỔI ADC
Ngày nay các nhà sản xuất đã đưa ra rất nhiều loại ADC với độ phân giải ,thời gian biến đổi ,và các phương pháp biến đổi khác nhau như:ADC572B1 của liên xô là bộ biến đổi ADC 12 bit với tốc độ biến đổi là 200s ,TLC 549 với độ phân giải 8 bit với thời gian biến đổi là 17s với lối
ra dữ liệu theo đường truyền nối tiếp Các bộ biến đổi ADC
8 bit họ 08XX có độ chính xác cao với số ngõ vào multiplexed ,lối ra dữ liệu song song Hay bộ biến đổi ADC 12 bit 1 kênh ICL 7109
VR 2
VC C (12)
D 3
D IO D E
V C C (-12)
2.7K
1k
R 2 820
VR 8
V C C (-12)
VC C (12)
BU NHIET
VC C (12)
R 6 33K
VC C (-12)
VR 5
VR 6
KHUECH DAI
25 LAN
+
-U12
O P -07 3
2
6
7 1
4 8
KHUECH DAI
40 LAN
R 8 100K
+
-U13
O P-07 3
2
6
7 1
4 8
R 5 1k
D 1
R 1 1.5K
R 4 820
|CHINH
KHONG
R 3 1k
Trang 3Trong luận văn này em sử dụng bộ biến đổi ADC
0809 để mạch điệ đơn giản và do IC này rất thông dụng trên thị trường hiện nay
Các đặc điểm của IC ADC 0809
+ Ngõ ra dữ liệu song song 8 bit tương thích TTL và ngõ ra
3 trạng thái có thể ghép thẳng với data Bus
+ ADC 0809 có 8 kênh làm việc hoàn toàn độc lập nhau ,các ngõ vào được so với điện áp 0V
+ Sự tiêu thụ dòng điện hầu như không đáng kể khoảng 300A
+ Thời gian biến đổi khoảng 100s phụ thuộc vào xung clock đưa vào
+ADC 0809 hoạt động theo phương pháp biến đổi ADC xấp
sỉ liên tiếp
Phương pháp biến đổi ADC xấp xỉ liên tiếp
Đây là phương pháp chuyển đổi tương tự số trực tiếp Phương pháp này có ưu điểm là thời gian chuyển đổi
tỉ lệ thuận với bit của mã số (số bit data ra ) và thời gian xác lập của thanh ghi xấp xỉ liên tiếp chứ không phụ thuộc vào độ lớn của điện áp cần chuyển đổi
Để thực hiện quá trình chuyển đổi người ta đặc lần lược mỗi bit của mã số lên 1 ,bắt đầu từ bit cao nhất ( MSB) ,sơ đồ nguyên lý như sau:
U 1
AD C 0809
26 27 28 1 2 3 4 5 12 16 10 9 7
17 14 15 8 18 19 20 21 25 24 23 6 22
IN 0
IN 1
IN 2
IN 3
IN 4
IN 5
IN 6
IN 7
R EF +
R EF
-C LK
O E
EO C
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7 A0 A1 A2 STA R T ALE
So sá nh
SAR
D/A
In
Trang 4Thanh ghi SAR ( thanh ghi xấp xỉ liên tiếp ) điều khiển lối vào của ADC theo trật tự sau :
+ bước 1: đặt bit cao nhất bằng 1
+ bước 2: nếu lối ra của mạch so sánh là 1 thì bit này bị xóa về 0 , nếu không thì giữ nguyên
+bước 3:bit cao nhất tiếp theo được đặt lên 1 rồi lặp lại bước 2 ,nếu tất cả các bit đều đã được xét thì quá trình chuyển đổi đã thực hiện xong
/255 .Sau khi chuyển đổi xong thanh ghi SAR sẽ chứa mã số của kết quả
Tuy nhiên khi sử dụng các ADC làm việc theo phương pháp này cần chú ý đến nguồn cung cấp ,so sánh không ổn định với một mức độ tương đối thì phép đo sẽ sai ,mặt khác nếu thời gian thử nhỏ thì độ chính xác cũng kém
Các thông số kỹ thuật và làm việc của vi mạch ADC 0809
a) các thông số kỹ thuật:
+ Độ phân giải 8 bit
+ Quét động 8 kênh bằng logic địa chỉ
+ Không ccàn điều chỉnh điểm 0
+ Các tín hiệu tương thích TTL
+ Dãi tín hiệu analog lối vào 0V đến 5V khi điện áp nguồn nuôi là 5V
+ Thời gia biến đổi khoảng 100s
+ Bộ phát xung nhịp nằm trong chip
+ Dòng tiêu thụ thông thường 0.3mA
b) cách làm việc:
Theo sơ đồ chân của vi mạch ADC 0809 ta có quá trình làm việc là: Một xung dương ở chân START sẽ kích hoạt sự biến đổi , qua đó mẫu bit chọn kênh ở lối vào địa chỉ A,B và C cũng đồng thời được chốt và xác định kênh cần biến đổi .Trong quá trình biến đổi chân EOC ở mức thấp ,cỡ 100s mức này sẽ chuyển sang mức cao và báo hiệu sự kết thúc quá trình chuyển đổi Sau đó kết quả của quá trình
Trang 5biến đổi sẽ xếp hàng ở các đường dẫn dữ liệu D0…D7 Khi OE=1 các dữ liệu này sẽù được xuất ra ngoài
Từ đó em thiết kế mạch chuyển đổi adc như sau:
V C C (12)
12M Hz
750KHz
/C S 0
U 6
74LS 93
14 1 2 3
12 9 8 11
A B
R 0(1)
R 0(2)
Q A
Q B
Q C
Q D
/R D
D 1
U 8A
74 LS 02
2
/W R
V R 25
IN T1
C 1
10uF
D 4
D 7
D 2 U11
A D C 0809
26 27 28 1 2 3 4 5 12 16 10 9 7
17 14 15 8 18 19 20 21 25 24 23 6 22
IN 0
IN 1
IN 2
IN 3
IN 4
IN 5
IN 6
IN 7
R E F +
R E F
-C LK
O E
E O C
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
A 0
A 1
A 2
S TA R T
A LE
R 25 680
D 5
U 7A
74 LS 02
2
D 3
1
3
IN
D O U T
D 6