Thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 và ICL 7107

Thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 và ICL 7107

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN ***

BÁO CÁO ĐỒ ÁN I

Đề tài :Thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng

LM35 và ICL7107

Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2017

Giáo viên hướng dẫn: Thầy Trần Văn Tuấn

Lớp: KT Điện K59

LỜI MỞ ĐẦU

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử, các thiết

bị điện tử tinh vi ngày càng được áp dụng nhiều vào trong đời sống và sản xuất Tronglĩnh vực điều khiển – tự động công nghệ chế tạo cũng ngày càng hiện đại cho ra đời hàngloạt các thiết bị mới mà điển hình là các thiết bị cảm biến, vi điều khiển ngày càng nhỏgọn, linh hoạt trong quá trình sử dụng mà giá cả lại ngày một hạ

Đề tài nghiên cứu và tìm hiểu về các thiết bị điện tử này và ứng dụng của chúng trongđời sống hằng ngày cũng trở thành đề tài hấp dẫn và ngày càng được nhiều sinh viên tìmhiểu Với những gì được học trên ghế nhà trường, kết hợp với các tài liệu tham khảo trêncác trang sách, báo, mạng internet em xin tìm hiểu về để tài thiết kế mạch đo nhiệt độ sửdụng dây cảm biến nhiệt LM35 và IC7107

Đề tài được thiết kế dựa trên kiến thức đã học, sách tham khảo và một số nguồn tàiliệu khác Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên chúng em không tránh khỏinhững sai sót Vì vậy mong thầy và các bạn góp ý xây dựng, giúp đỡ để hoàn thiện hơn

đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1.2 Mục tiêu đề tài

Thiết kế và chế tạo mạch đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35 và ICL7107

1.3 Nội dung nghiên cứu

• Phương pháp đo nhiệt độ với LM35

• Phương pháp đo điện áp với ICL7107

• Tìm hiểu thêm các ứng dụng cần đo nhiệt độ môi trường.

1.4 Ý nghĩa đề tài

• Giúp sinh viên tiếp cận với việc xây dựng một mạch đo thực tế

• Sản phẩm có thể được ứng dụng trong thực tế đo nhiệt độ trong công nghiệp vàdân dụng

• Giúp nắm vững hơn kiến thức về mạch điện và điện tử

CHƯƠNG 2: CÁC KHỐI TRONG MẠCH

2.1 Khối cảm biến

• LM35 là một cảm biến

nhiệt độ analog

• LM35 có 3 chân : 2 chân

cấp nguồn và 1 chân xuất

điện áp ra tùy theo nhiệt

độ

LM35DZ là loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,bởi giá thành thấp và cách vận hành đơn giản.LM35 có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo độ C (10mV/°C)

Sơ đồ chân của LM35 :

• Chân +Vs là chân cung cấp điện áp cho LM35 hoạt động (4 - 20V)

• Chân Vout là chân điện áp ngõ ra của LM35, được đưa vào chân Analog của các bộ ADC

• Chân GND là chân nối mass, lưu ý cần nối mass chân này để trành làm hỏng cảm biến cũng như làm giảm sai số trong quá trình đo

Một số thông số chính của LM35:

Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của

nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh

Đặc điểm chính của cảm biến LM35

+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V

+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/°C

+ Độ chính xác cao ở 25°C là 0.5°C

+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải

Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55°C - 150°C với các mức điện áp ra khác nhau Xét một số mức điện áp sau :

- Nhiệt độ -55°C điện áp đầu ra -550mV

- Nhiệt độ 25°C điện áp đầu ra 250mV

- Nhiệt độ 150°C điện áp đầu ra 1500mV

Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp Đối với hệ thống này thì đo từ 0°C đến 150°C Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của nó

Sai số của LM35

+ Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV

+ Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V

==> Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)

+ ADC 11 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 2.44mV

Vậy sai số của hệ thống đo là : Y = 0.00244/1.49 = 0.164%

Mô phỏng bằng Proteus:

Nhiệt độ là 27C, điện áp xuất ra là V=0.27176 chứng tỏ sự tăng 10mV/°C là kháchính xác.

Khi mô phỏng Proteus, nếu khối LM35 không hoạt động, thì click chuột phải/ editproperties/ bỏ check exclude from Simulation đi

2.2 Khối khuếch đại.

Sử dụng ICL7660

Sơ đồ chân ICL7660:

Kích thước chân ICL7660:

Thông số kĩ thuật ICL7660:

2.3 Khối xử lý tín hiệu và hiển thị.

2.3.1 Giới thiệu vi mạch ICL7107

ICL7107 của hãng Intersil là một bộ AD 3 digit công suất thấp, hiển thị tốt Bao gồm trong IC này là bộ giải mã LED 7 đoạn, bộ điều khiển hiện thị, bộ tạo chuẩn,và bộ tạo xung đồng hồ Các đặc tính của nó bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ hơn uV, điểm “0” trượt không quá 1uV/oC, độ dốc dòng ngõ vào tối đa là 10pA.

Các giá trị định mức:

Điện áp nguồn:

V+→GND: 6V (Cụ thể đối với đồ án này là +5V)

V-→GND: -9V(Cụ thể đối với đồ án này là -5V)

Điện áp ngõ vào analog:

Điện áp ngõ vào tham chiếu:

tOSC = RC/0.45

Điện áp toàn giai ngõ vào analog:

VINFS (typical) =200mV hoặc 2V(Cụ thể trong đồ án này chọn thanh đo 2V)Trở tích hợp:

RINT = VINFS/ IINT

Tụ tích hợp:

CINT = (tINT IINT)/VINT

Độ lắc điện áp ngõ ra bộ tích hợp:

VINT = (tINT IINT)/CINT

Độ lắc tối đa VINT:

(V- +0.5V) < VINT < (V+ -0.5V), VINT (typical) = 2V

Bộ đếm hiện thị:

COUNT = 1000.VIN/VREF

Điện áp ngõ vào trạng thái mode chung:

Nếu VCOM bị kéo tụt xuống (V+ → V-)/2 thì mạch VCOM sẽ ngắt

Dạng sóng ngõ ra khuếch đại tích hợp điển hình (chân 27 – INT)

2.5.4 Sơ đồ mạch hiển thị vẽ trên Proteus:

2.6 Thực hiện vẽ mạch in trên Altium.

Mạch nguyên lý:

Mạch in trên ALTIUM:

CHƯƠNG 3: CÁC BƯỚC HIỆU CHỈNH MẠCH

3.1 Lựa chọn thang đo cho ICL7107.

Phạm vi hoạt động của ICL7107 là -199.9→199.9 Trong giải đo này điện áp đầu ra

Vout của cảm biến biến đổi trong khoảng từ -100 oC→169 oC ICL7107 có hai thang đo

là 200mV và 2V như vậy ta sẽ lựa chọn thang đo 200mV để phù hợp với giải đo yêu cầu của mạch đề ra

Ta có dislaycount cua ICL7107 la :

COUNT

Mạch mới lắp vao chưa chạy vì VREF và V trừ của mạch khuếch đại chưa chính

xác.Nên ta cần phải hiệu chỉnh bằng cách xoay biến trở theo thiều thích hợp để nhận được

VREF=0,1V

3.2 Điều chỉnh điện áp trừ của mạch khuếch đại.

Điện áp trừ của mạch khuếch đại ta cần điều chỉnh về 0,1V nên ta xoay biến trở về 0.1V

KẾT LUẬN

Mạch hoạt động bình thường tuy nhiên vẫn còn các yếu tố sai số Đồng thời hiển thị LED số vẫn đang còn bị mờ ở dải nhiệt từ 20 đến nhỏ hơn 30 độ C

Mạch vẫn còn sai số do các yếu tố sau:

 Nhiễu trong thiết kế mạch điện tử là các loại tín hiệu tạp chất được sinh ra một cách ngẫu nhiên gây ảnh hưởng xấu tới tín hiệu thông tin

 Nhiệt độ môi trường ko ổn định (đóng vai trò nhỏ)

 Xấp xỉ hàm điện trở của LM35 Vậy nên nhiệt càng cao thì sai số càng lớn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TEMPERATURE MEASUREMENT CIRCUIT