Đo áp suất bằng MXP5100 và hiển thị lcd

Trang 1

Formatted: Font: (Default) Times New Roman,

14 pt, Italic

Formatted: Right Formatted: Font: (Default) Times New Roman,

Đồ án I

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, không thể không

kể đến sự chỉ bảo tận tình và những góp ý cũng như hướng dẫn về kiến thức

cũng như kĩ thuật của cô Lan Hương và thầy Trần Hanh Tuy nhiên, do kiến

thức thực tế còn hạn chế nên bản thiết kế còn nhiều thiếu sót Vì vậy, em

mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè để bản thiết kế của em được

hoàn thiện hơn

Một lần nữa chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô đã tận tình

chỉ bảo, giúp đỡ em để em hoàn thành được đồ án này

Nhóm đồ án

Trang 2

14 pt, Italic

LỜI GIỚI THIỆU

Bước vào học kì này, với những kiến thức đã có được trong các kì học trước

về các môn vi xử lý, điện tử số, kĩ thuật đo lường, điện tử tương tự… làm

hành trang Tuy nhiên những kiến thức này cần được thực hành thực tế Đồ

án I đã giúp chúng em có thể tiếp xúc những kiến thức đã học một cách trực

tiếp

Chúng em đã được nhận đề tài: “Đo áp suất bằng sensor MPX5100 và hiển

thị LCD”

Việc sử dụng các sensor với đầu ra đạt chuẩn điện áp 0 – 5V mà không cần

qua các bộ khuếch đại về điện áp đang trở nên dễ dàng hơn với những sensor

thông minh Sensor MSP5100 là một trong số đó Đồ án được thực hiện với

một bài toán cơ bản nhưng rất cần thiết trong các nhà máy xí nghiệp sản xuất

để đảm bảo tính an toàn cho con người và máy móc hoạt động bình thường

Nhóm có 4 thành viên và phần việc được phân chia như sau :

1 Nguyễn Xuân Ánh và Nguyễn Thế Đức : tìm hiểu về Atmel Mega 16, lập trình và mô phỏng mạch trên Proteus

2 Đặng Việt Hùng và Vũ Trọng Bằng : Vẽ mạch nguyên lý, mạch in và làm mạch thật

3 Vũ Trọng Bằng : tổng hợp ý kiến các thành viên và hoàn thành bản báo cáo

Đây là bước đầu tập dượt giúp chúng em có những kinh nghiệm làm thực tế

cho công việc học tập cũng như công tác sau này

Nhóm đồ án

Trang 3

14 pt, Italic

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

………

Nhận xét giáo viên chấm đồ án ………

………

Trang 4

14 pt, Italic

I Tìm hiểu áp suất các phương pháp đo áp suất

Trong công nghiệp luyện kim sử dụng nhiều các thiết bị thủy khí và khí

nén, để hệ thống làm việc bình thường phải kiểm tra và đo áp suất một cách liên

tục, nếu áp suất chất lỏng,khí,hơi vượt qua một giới hạn nhất định có thể ảnh

hưởng xấu đến hoạt động của thiết bị, thậm chí có thể làm hỏng hoặc nổ bình

chứa, đường ống dẫn gây nguy hiểm và thiệt hại nghiêm trọng.Bởi vậy việc đo

áp suất có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn cho thiết bị cũng như việc

điều khiển kiểm tra hoạt động của máy móc thiết bị có chất lưu

1 Áp suất

Áp suất là một đại lượng vật lý thể hiện cường độ của thành phần lực tác

động vuông góc lên một đơn vị diện tích:

p =

trong đó:

dF:lực tác động (N)

dS:diện tích chịu tác động (m)

Trong trường hợp chất lưu không chuyển động,áp suất chất lưu là áp suất

tĩnh do trọng lượng chất lưu và áp suất khí quyển tác dụng lên mặt thoáng

chất lưu

Trong đó:

khối lượng riêng chất lưu

g: gia tốc trọng trường

h:khoảng cách từ điểm khảo sát đến mặt thoáng tiếp xúc với khí quyển

Trang 5

14 pt, Italic

Trong trường hợp chất lưu chuyển động,áp suất gồm hai thành phần áp suất

v là vận tốc chuyển động của chất lưu

2 Các phương pháp đo áp suất

Ở đây do sử dụng sensor MPX4250 là sensor dùng nguyên lý đàn hồi nên ta

chỉ xét tập trung vào phương pháp sử dụng nguyên lý này Các phương pháp

khác chỉ nêu mang tính chất tham khảo

2.1.Áp kế dùng dịch thể

a.Vi áp kế kiểu phao

b.Vi áp kế kiểu chuông

c.Vi áp kế kiểu bù

d.Áp kế kiểu vành khuyên

2.2 Áp kế kiểu đàn hồi

Nguyên lý chung loại này là dựa trên cơ sở đo sự biến dạng đàn hồi của

một phần tử biến dạng nhạy cảm với tác dụng của áp suất Các phần tử biến

dạng thường dùng là lò xo,màng mỏng,ống trụ và kiểu đèn xếp

a.áp kế kiểu lò xo

b.áp kế kiểu màng : phần tử có cấu tạo màng mỏng chia làm 2 loại là màng

đàn hồi và màng dẻo

Khi áp suất tác động lên màng làm nó biến dạng.Biến dạng của màng là

hàm phi tuyến của áp suất và tùy thuộc điểm khảo sát.Với màng mỏng độ

phi tuyến là khá lớn khi độ võng lớn, do đó thường chỉ sử dụng trong một

phạm vi hẹp của độ dịch chuyển của màng

Trang 6

14 pt, Italic

a.màng phẳng b.màng uốn nếp

Hình 1

độ võng của màng phẳng dưới tác dụng của áp suất lên màng theo công

thức:

Màng uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ hơn màng phẳng nên có thể được

sử dụng độ võng lớn hơn màng phẳng

Độ võng của tâm màng uốn nếp được xác định theo công thức:

trong đó a,b là các hệ số phụ thuộc hình dạng và bề dày của màng

Khi đo áp suất nhỏ người ta dùng màng dẻo hình tròn phẳng hoặc uốn

nếp,chế tạo từ vải tẩm cao su.trong một số trường hợp người ta dùng màng

dẻo tâm cứng,khi đó ở tâm màng được kẹp cứng bởi hai tấm kim loại

Trang 7

14 pt, Italic

Đối với màng dẻo thường,lực di chuyển được tạo nên từ tâm màng xác định

bởi:

D là đường kính ổ đỡ màng

Đối với màng dẻo tâm cứng,lực di chuyển được tạo nên từ tâm màng xác

định bởi:

d là đường kính màng và đĩa cứng

3 Cảm biến thông minh

Các loại cảm biến thông minh thường có một bộ chuyển đổi chuẩn hóa

(CĐCH) làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện sau cảm biến thành tín hiệu

chuẩn thường là điện áp 0 - 5V hoặc 0 – 10V hoặc dòng 0-20mA hay

4-20mA

Giữa các cảm biến và chuyển đổi A/D rồi vào uP tín hiệu nhất thiết phải qua

các CĐCH sao cho bất cứ khoảng đo nào của đại lượng đo cũng tương ứng

với tín hiệu ra của chuyển đổi chuẩn hóa Các CĐCH có thể phục vụ riêng

cho từng loại cảm biến và đặt trước MUX hay cho một nhóm cảm biến

giống nhau về loại và khoảng đo đặt sau MUX

Khi qua CĐCH tín hiệu được biến đổi tỷ lệ, nếu tín hiệu x nằm trong khoảng

X1- X2 thì tín hiệu ra y phải nằm trong khoảng 0 – Y

Đặc tính của CĐCH thường là tuyến tính, tức có dạng :

y= y0 + kx

Trang 8

14 pt, Italic

Dưới đây là ví dụ của một bộ chuẩn hóa ra tín hiệu một chiều:

Trang 9

14 pt, Italic

II Lựa chọn linh kiện

Trong phạm vi yêu cầu đồ án mà chúng em thực hiện, chúng em đã sử dụng

sensor MPX5100 và chip ATmega16 trong quá trình mô phỏng

Khi thiết kế mạch thật do điều kiện không cho phép nhóm đã phải thay

sensor trên bằng biến trở vì lý do kinh tế và tìm kiếm linh kiện thay thế

Việc lựa chọn chip xử lý do dòng AVR khá phổ biến, thông dụng, dễ lập

trình, giá cả hợp lý

1 Tìm hiểu về sensor MPX5100:

MPX-5100 được thiết kế từ nguyên khối silicon, được thiết kế cho một

phạm vi rộng rãi các ứng dụng Người sử dụng có thể ghép nối với một vi

điều khiển hoặc đầu vào cho một bộ A/D Bộ thiết kế tiến tiến với màng

mỏng metallization, lưỡng cực để cung cấp một tín hiệu tương tự với độ

chính xác cao tỉ lệ với áp lực đặt vào

Sơ đồ khối mạch tích hợp trên một chip cảm biến áp suất trong unibody

Trang 10

14 pt, Italic

Sơ đồ khối mạch tích hợp trong một chip cảm biến Small Outline

Bảng 1: Đặc điểm hoạt động

Trang 11

14 pt, Italic

F2: Nguồn cấp và tín hiệu ra

F3 : Mặt cắt của 2 loại cảm biến

F4: Sai số do nhiệt độ.( MPX5100D/MPX5100G/MPXV5100G Series)

Trang 12

14 pt, Italic

F5: Mức sai số cho phép

F6: Kích thước chân phục vụ cho làm mạch

Trang 13

14 pt, Italic

Trang 14

14 pt, Italic

2 Tìm hiểu chip vi xử lý

ATMEGA16:

Hình ảnh của Atmel mega 16 và sơ đồ chân:

Trang 15

14 pt, Italic

Atmega16 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa trên

kiến trúc RISC Reduced Instruction Set Computer

Với công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì xung

nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số

1 Mhz Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá chế độ

tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí

Atmega16 có tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc

đa năng Toàn bộ 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic

Logic Unit), cho phép truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung

nhịp Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng

CISC (Complex Intruction Set Computer) thông thường

Khi sử dụng vi điều khiển Atmega16, có rất nhiều phần mềm được dùng

để lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau đó là: Trình dịch Assembly như

AVR studio của Atmel, Trình dịch C như win AVR, CodeVisionAVR C,

ICCAVR C - CMPPILER của GNU… Trình dịch C đã được nhiều người

dụng và đánh giá tương đối mạnh, dễ tiếp cận đối với những người bắt đầu

tìm hiểu AVR, đó là trình dịch CodeVisionAVR C Phần mềm này hỗ trợ

nhiều ứng dụng và có nhiều hàm có sẵn nên việc lập trình tốt hơn

Trang 16

14 pt, Italic

III Các bước tiến hành tính toán và thuật toán

1 Yêu cầu đồ án

Đồ án: thực hiện đo áp suất và hiển thị kết quả đo

2 Giải quyết bài toán

Đồ án được chia làm 2 phần:

2.1 Đo áp suất

Việc đo áp suất sử dụng sensor MPX5100 là dòng sensor thông minh Việc tìm hiểu sensor này đã được trình bày ở phân trên

Sensor được chuẩn hóa áp ra với mức điện áp ra đã nêu ở trên là từ 0.2-4.9V tương ứng với mức áp suất từ 0-100 kPa

2.2 Hiển thị LCD

Tín hiệu từ sensor sẽ được đưa đến một vi xử lý (Atmelmega16)

Việc lựa chọn của nhóm là sử dụng vi xử lý có tích hợp sẵn bộ chuyển đổi ADC Tín hiệu analog từ sensor sẽ được chuyển sang tín hiệu số Tín hiệu này được vi xử lý xử lý và gửi tín hiệu ra màn hình LCD

Atmel 16 có sẵn một bộ chuyển đổi ADC 10bit

- Tính toán bước nhảy đơn vị:

với việc thực hiện cứ thay đổi 1kPa thì Lcd thay đổi 1 đơn vị thì ADC 10bit là hoàn toàn phù hợp

Trang 17

14 pt, Italic

IV Sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in

3

Trang 18

14 pt, Italic

V Kết luận

Với những kiến thức thu nhận được từ sự giảng dạy tận tình của các thầy

cô và sự cố gắng của các thành viên trong nhóm, chúng em đã hoàn thành

đồ án được giao

Khi thực hiện đồ án, phải giải quyết các bài toán thực tế, chúng em mới

thấy được phần nào sự khó khăn của những công việc sau này khi làm

việc Đồ án này đã giúp chúng em có những kinh nghiệm để trau dồi cho

bản thân cho những kì học tiếp theo và sau này

Một lần nữa em xin được cảm ơn cô Lan Hương và thầy Trần Hanh đã

giúp chúng em hoàn thành công việc của mình

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	1,56 MB