Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ MỤC LỤC Chương1:giới thiệu hệ thống điều khiển nhiệt độ I / khái niệm hệ thống điều khiển nhiệt độ II/ nguyên tắc điều khiển nhiệt độ III/các loại cảm biến nhiệt đô -2 IV/mô hình tổng quát phương pháp đo nhiệt độ -3 Chương 2:cảm biến nhiệt I/ thông số cảm biến -6 II/các loại cảm biến thông dụng Chương 3:giới thiệu vi xử lý AT89C57 -11 I/giới thiệu cấu trúc phần cứng họ MCS51 -11 II/khảo sát sơ đồ chân 8952,và chức chân -13 III/cấu trúc bên vi điều khiển -15 IV/hoạt động timer 8952 -23 V/hoạt động Port nối tiếp 32 VI/tập lệnh họ 8952 -39 Chương 4:mở rộng port dùng 8255 45 I/cấu trúc phần cứng -45 II/ cấu trúc phần mềm -47 III/ Giao tiếp 8255 với vi xử lý 47 Chương :thiết kế mạch 49 I/ giới thiệu linh kiện 51 II/thiết kế kit vi xử lý -54 III/ thiết kế mạch điều khiển công suất 58 IV/ thiết kế mạch bàn phím 60 V/ thiết kế mạch nguồn 61 VI/ thiết kế mạch hiển thò 63 VII/ thiết kế khối hiệu chỉnh zieger Nichol 64 VIII/ thiết kế mạch xử lý ADC 68 Chương 6: lưu đồ giải thuật -72 Chương 7:chương trình phần mềm -80 GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ PHẦN MỞ ĐẦU Ngày kỹ thuật vi điều khiển trở nên quen thuộc ngành kỹ thuật dân dụng Từ dây chuyền sản xuất lớn đến thiết bò gia dụng, thấy diện vi điều khiển Các vi điều khiển có khả xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà cần chip vi mạch nhỏ, thay thiết bò điều khiển lớn phức tạp mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác sử dụng Chính lý trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển điều mà sinh viên ngành điện mà đặc biệt chuyên ngành điều khiển tự động phải quan tâm Các điều khiển sử dụng vi điều khiển đơn giản để vận hành sử dụng đươc lại điều phức tạp Phần công việc xử lý phụ thuộc vào người, chương trình hay phần mềm Tuy thấy máy tính ngày thông minh, giải toán phức tạp vài phần triệu giây, dựa hiểu biết người Nếu tham gia người hệ thống vi điều khiển vật vô tri Do nói đến vi điều khiển giống máy tính bao gồm phầân phần cứng phần mềm Các vi điều khiển theo thời gian với phát triển công nghệ bán dẫn tiến triển nhanh, từ vi điều khiển Bit đơn giản đến vi điều khiển 32 Bit Với công nghệ tiên tiến ngày máy tính đến việc suy nghó, tri thức thông tin đưa vào, máy tính thuộc hệ trí tuệ nhân tạo Mặc dù vi điều khiển bước dài để tiếp cận với kỹ thuật vấn đề đơn giản sớm chiều Việc hiểu chế hoạt động vi điều khiển Bit sở để tìm hiểu sử dụng vi điều khiển tối tân hơn, bước muốn xâm nhập sâu vào lónh vực Để tìm hiểu vi điều khiển tạo tản cho việc nghiên cứu sau nầy việc trang bò kiến thức vi điều khiển cho sinh viên cần thiết Nên em chọn đề tài “ Thiết kế thi công hệ thống Kit Vi Điều Khiển 8952 ứng dụng vào việc điều khiển nhiệt độ “ GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ I.Khái niệm hệ thống điều khiển nhiệt độ: Nhiệt độ đại lượng vật lý diện khắp nơi nhiều lónh vực, đặc biệt công nghiệp sản phẩm , thiết bò hay điều kiện làm việc cần nhiệt độ khác Muốn có nhiệt độ phù hợp cần phải có hệ thống điều khiển.Tùy theo tính chất ,yêu cầu trình mà đòi hỏi phương pháp điều khiển thích hợp Hệ thống điều khiển nhiệt độ phân làm hai loại :Hệ thống điều khiển hồi tiếp (feedback control system) hệ thống điều khiển (sequence control system) − Điều khiển hồi tiếp thường xác đònh giám sát kết điều khiển , so sánh với yêu cầu thực thi tự động điều chỉnh − Điều khiển thực bước điều khiển tùy theo hoạt động điều khiển trước xác đònh II/ nguyên tắc điều khiển : 1.Nguyên tắc thông tin phản hồi: Trong trình điều khiển ,tồn hai dòng thông tin từ quan chủ quản đến đối tượng từ đối tượng ngược quan điều khiển , gọi liên kết ngược hay hồi tiếp a) Quá trình điều khiển theo n nguyên tắc bù nhiễu: Tác động vào đối tượng Điều khiển luật điều khiển u theo nguyên tác bùnhiễu để đạt đầu c mong muốn,nhưng không quan sát tín c u Đối tượng hiệu c Về nguyên tắc ,đối với hệ phức tạp điều khiển theo mạch hở không cho kết tốt b) Điều khiển theo sai lệch: Cơ quan điều khiển quan n sát c, so sánh với đònh chuẩn r c u e điều mong muốn r để chọn luật Điều khiển Đối tượng điều khiển u GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Nguyên tắc điều chỉnh linh hoạt ,loại sai lệch ,thử nghiệm sửa.Đây nguyên tắc điều khiển 2.Nguyên tắc đa dang tương xứng: Muốn trình điều khiển có chất lượng đa dạng quan điều khiển phải tương xứng với đa dạng đối tượng Tính đa dạng quan điều khiển dùng để chế ngự đối tượng thể :khả thu thập thông tin , lưu trữ ,phân tích xử lý ,chọn đònh ,tổ chức thực 3.Nguyên tắc bổ sung ngoài: Một hệ thống tồn hoạt động môi trường cụ thể có tác động qua lại chặt chẽ với môi trường Trong điều kiện thừa nhận nguyên tắc bổ sung sau:thừa nhận có đối tượng chưa biết (hộp đen)tác động vào hệ thống ta phải điều khiển hệ thống lẫn hộp đen 4.Nguyên tắc dự trư:õ Vì nguyên tắc coi thông tin chưa đầy đủ phải đề phòng bất trắc xảy không dùng toàn lực lượng điều kiện bình thường Vốn dự trữ không sử dụng ,nhưng cần để bảo đảm cho hệ thống vận hành an toàn 5.Nguyên tắc phân cấp: Đối với hệ thống phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều khiển bổ sung cho trung tâm ,để khuếch đại khả điều khiển Phải tránh khuynh hướng hình thức phân cấp đáng ,xử lý cho nhiện vụ quyền hạn cấp 6.Nguyên tắc cân nội: Mỗi hệ thống cần xây dựng với chế cân nội để có khả tự giải biến động xảy III.Các loại điều khiển: Sự phân loại điều khiển có tính chất quy ước 1.Điều khiển ổn đònh hóa: Mục tiêu điều khiển kết đầu đầu vào chuẩn r(t) = const với sai lệch cho phép exl (sai số chế độ xác lập) e(t) = r(t) - c(t) ≤ exl Đặc biệt đầu hệ thống cần giữ số ,ta có hệ thống điều chỉnh hay hệ thống ổn đònh Ví dụ: hệ thống ổn đònh nhiệt độ ,điện áp ,áp suất ,nồng độ tốc độ… 2.Điều khiển theo chương trình: Nếu r(t) hàm đònh trước theo thời gian ,yêu cầu đáp ứng hệ thống chép lại giá trò tín hiệu vào r(t) ta có hệ thống điều khiển theo chương trình GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Ví dụ: hệ thống điều khiển máy công cụ CNC ,điều khiển tự động nhà máy xi măng Hoàng Thạch ,hệ thống thu thập truyền số liệu hệ thống điện, quản lý vật tư nhà máy … 3.Điều khiển theo dõi: Nếu tín hiệu tác động vào hệ thống r(t) hàm không bết trước theo thời gian ,yêu cầu điều khiển đáp ứng c(t) bám sát r(t) ,ta có hệ thống theo dõi.Điều khiển theo dõi sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển vũ khí ,hệ thống lái tàu ,máy bay… 4.Điều khiển tối ưu hàm mục tiêu đạt cực trò: Ví dụ toán qui hoạch ,vận trù kinh tế ,kỹ thuật phương pháp điều khiển tối ưu IV.Mô hình tổng quát phương pháp đo nhiệt độ: 1.Mô hình hệ thống điều khiển: e(kt) + N - u(kt) y(t) Digital Controll ADC HTD K C CẢM BIẾN Hệ thống đo điều khiển nhiệt độ đạng hệ thống thu thập liệu Nhìn chung hệ thống thu thập liệu đầy đủ có thành phần sau: • Phần thu thập liệu từ đối tượng bên vào hệ thống vi xử lý-máy tính Phần gồm cảm biến ,mạch gia công tín hiệu ,bộ chuyển đổi tín hiệu tương đồng sang tín hiệu số (ADC) thiết bò ngoại vi khác nguồn, đường dây truyền liệu … • Phần điều khiển : bao gồm hệ vi xử lý , máy tính hệ thống tác động vào đối tượng • Phần mềm: chương trình cho kít xử lý chổ chương trình cho máy tính nhằm thu nhận liệu điều khiển nhiệt độ giao tiếp với người sử dụng Các thành phần liên quan chặt chẽ với ,tạo thành hệ thống hợp Từ phân tích hệ thống thu thập liệu (ADS)sẽ có thành phần cấu trúc sau: GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp Kênh Mạch Gia công Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ DỒN KÍT LƯU KÊNH TƯƠNG Kênh n Mạch Gia công n Mạch đối tượng TỰ ADC TRỮ VÀ Máy tính chủ ĐIỀU KHIỂN BỘ PHÂN Mạch đối tượng n KÊNH 2.Chức khối hệ thống điều khiển: 2.1.Kít chủ vi xử lý: Kit sử dụng chip vi xử lý ,là đơn vò master nhận yêu cầu từ người sử dụng truyền liệu cho slave khác ,ở sử dụng kỹ thuật truyền thông đa xử lý để giao tiếp kit chủ kit xử lý slave,giữa kit chủ máy tính, giao tiếp tác động phím từ kit Kit chủ có thiết kế phần cứng kit slave, có thêm phần cứng mạng truyền phần chương trình quản lý thông số đơn vò slave 2.2.khối thu thập liệu Khối thu thập liệu có nhiệm vụ thu nhận giá trò đo từ cảm biến biến đổi sang tình hiệu số để kít xử lý 2.4 Chương trình điều khiển: Thực việc giao tiếp vi xử lý kit chủ ,giữa kit chủ máy tính ,đặt trò 3.Các phần tử thiết bò đo phương pháp đo nhiệt độ: 3.1.Các phần tử thiết bò đo: GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ • CẢM BIẾN Phần tử biến đổi đại lượng không điện sang đại lượng điện,bộ phận thường dùng thermocouple • BỘ CHẾ BIẾN TÍN HIỆU Biến đổi tín hiệu điện thu từ thermocouple cho phù hợp với mức vào mạch biến đổi tín hiệu A/D • BỘ HIỂN THỊ KẾT QUẢ Hiển thò kết thu dạng hiển thò số • BỘ ĐIỀU KHIỂN Thực điều khiểntheo phương pháp PID hay ON/OFF • MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT Khuếch đại tín hiệu điều khiển để điều chỉnh nhiệt độ 3.2.Các phương pháp đo: Hiện có nhiều phương pháp đo khác :từ đơn giản đến phức tạp, từ loại có độ xác vừa đến loại xác cao • Đo nhiệt độ cột thủy ngân • Đo nhiệt độ điện trở • Đo nhiệt độ cặp nhiệt điện • Đo nhiệt độ diode transistor • Dụng cụ đo nhiệt theo nhiệt nóng chảy chất • Dụng cụ đo nhiệt độ theo dòng điện xạ • Đo nhiệt độ IC cảm biếm nhiệt • Đo nhiệt độ cảm biến thạch anh Đo nhiệt độ dùng cảm biến thạch anh có ưu điểm so với phương pháp khác ,vì có độ xác cao ,việc chuyển đổi dạng số dễ dàng thông tin liên quan đến tần số Ví dụ: đặc tính đo lường tinh thể thạch anh hãng Heulett Packard chế tạo có: + Khoảng đo -80oC ÷ 250oC + Khoảng tuyến tính ± 0.05% khoảng đo + Độ nhạy 1000HZ oC + Khả đo 0.0001oC Tuy nhiên có hạn chế khó chế tạo ,các mạch dao động thạch anh khó tinh chỉnh a) Cách lắp đặt cảm ứng nhiệt: Vò trí cảm ứng nhiệt ảnh hưởng lớn đến việc đo đạc điều khiển nhiệt độ vật thể Cảm ứng nhiệt xa nguồn nhiệt vọt lố cao tùy theo yêu cầu cụ thể mà ta lắp đặt vò trí thích hợp b) Quan hệ thang đo nhiệt độ: GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp ToC =T(oK)-273.15 ToC ={T(oF)-32}×5/9 GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương II: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Cảm biến nhiệt độ dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành đại lượng vật lý khác chẳng hạn điện, áp suất, độ giãn nở dài, độ giãn nở khối, điện trở, … Cảm biến nhiệt độ phần tử thiếu hệ thống đô lường điều khiển nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ có khả nhận biết tín hiệu nhiệt độ cách xác, trung thực chuyển đổi thành tín hiệu đo lường điện áp, dòng điện, điện trở, thể tích áp suất… I.CÁC THÔNG SỐ CẢM BIẾN: 1.Thông số cấu tạo: đònh nhà sản xuất phụ thuộc vào loại cảm biến 2.Thông số sử dụng: bao gồm yếu tố sau: ♦ Khoảng làm việc : khoảng nhiệt độ mà cảm biến có khả chưa bò bảo hòa Khoảng làm việc cao hay thấp tính chất cấu tạo tính lý hóa loại cảm biến qui đònh ♦ đôä nhạy: đònh nghóa: df s = dx df: thay đổi đại lượng đo cảm biến dx : thay đổi đại lượng vật lý ♦ Ngưỡng độ nhạy: mức thấp mà cảm biến phát ♦ Tính trễ: gọi quán tính cảm biến Tính trễ cảm biến tạo sai số phép đo Tốc độ thay đổi cuả đại lượng đo phải phù hợp với tính trễ cảm biến Nếu đại lượng đo thay đổi nhanh mà quán tính cảm biến lớn đo xác Mọi cảm biến có tính trễ ảnh hưởng vỏ bảo vệ II.CÁC LOẠI CẢM BIẾN THÔNG DỤNG: 1.Cặp nhiệt điện : Cặp nhiệt điện dụng cụ đo nhiệt độ thường sử dụng rộng rãi công nghiệp.Cơ sở chế tạo cặp nhiệt điện dựa nguyên lý sau: • Hiệu ứng Thomson: qua dây dẩn có dòng điện I hiệu nhiệt dây T1-T2 có hấp thụ hay tỏa nhiệt GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ • Hiệu ứng Pentier: có dòng điện qua mối nối hai dây dẫn vò trí mối nối có hấp thụ hay tỏa nhiệt • Hiệu ứng Seebeck: dây dẫn , có chênh lệch nhiệt độ điểm điểm xuất suất điện động • Đònh luật Macmut: mạch điện kín dây dẫn đồng phân bố nhiệt độ sao, suất điện động tổng cộng mạch không • Nguyên tắc: Nguyên tắc cấu tạo cặp nhiệt điện dựa theo sở thực nghiệm sau: Khi nung nóng dây kim loại hay đoạn dây ,tại tập trung điện tử tự có khuynh hướng khuếch tán từ nơi tập trung nhiều đến nơi tập trung Có nghóa đầu nóng (+)sang đầu nguội(-) (hiệu ứng seebeck) Ở đoạn dây xuất suất điện động Thomson phụ thuộc vào chất dây kim loại Rỏ ràng ta dùng hai dây kim loại đồng chất a ,nối với qua hai điểm T1 T2 mạch xuất hai suất điện động ngược chiều nên tổng suất điện động không Nhưng mạch kín cấu tạo hai dây kim loại khác a b tổng suất điện động xuất mạch suất điện động Thomson phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối T1,T2 hai đầu mối ghép dây dẫn Ngoài mạch có suất điện động Seebeck ,điều giải thích tập trung khác điện tử tự hai đầu mối ghép Mặt khác ,do xuất tiếp xúc khu vực mối ghép hai dây dẫn không đồng chất lý thuyết thể công thức: Eab(T1,T2)=Eab(T2)-Eab(T1) Trong đó: + Eab(T1,T2) : tổng suất điện động mạch kín hai đầu mối ghép có nhiệt độ T1,T2 +Eab(T1) : suất điện động Thomson xuất mạch mối ghép có nhiệt độ T1 +Eab(T2) : suất điện động Thomson xuất mạch mối ghép có nhiệt độ T2 Công thức sở chế tạo cạêp nhiệt điện Nếu để chuẩn đầu có nhiệt độ T1=0oC suất điện độngở hai đầu cặp nhiệt mối ghép T2=T là: GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  10 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ B F[(k-1)T] F C E D [k-1]T f(KT) kT Theo cách ta có : T [f[(k − 1)T] + f(kT)] U(z) K i T z + G i (z) = K i = × F(z) z -1 u(kT) = u[(k − 1)T] − Bộ điều khiển nhiệt độ dạng tổng quát : Gc(z) = k p + Kd z −1 Ki × T z +1 × + × T z z − (2*) khâu hiệu chỉnh thiết kế tính toán phần mềmvà thực thông qua phương pháp điều rộng xung ,ưu điểm phần cứng dể thực ,hoc tính linh động cao ,dễ thay đổi cho phù hợp với đối tựơng điều khiển Zieger Nichol đề xuất xác đònh số kp ,thời tích phân Ti ,hằng số vi phân Td hàm hiệu chỉnh thích hợp ứng vói hàm truyền với thông số (k,T,L)xác đònh Phương pháp hiệu chỉnh P Kp Ti Td T ∞ Pi L 0.9 × T Pid 1.2 × T L L L 0.3 2xL Đối với khâu hiệu chỉnh thực dạng ta có: Kp=Kp Ki = Kp Ti Kd=KpxTd Nhân vế cho thừa số (1-z-1) qui đồng vế ta GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  71 0.5xL Luận n Tốt Nghiêp [ Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ ] U( z ) = K P E(Z) − E(z) × z −1 + K d + [ E(z) − 2E(z) × z −1 + E(z) × z −2 T ] K IT E(z) + E(z) × z −1 + U(z) × z −1 [ E(kT) − E[(k - 1)T]] + K d E(kT) − 2E[(k - 1)T] + E[(k - 2)T] P T K T + I [ E(kT) + E[(k - 1)T]] + U[(k - 1)T] U( kT ) = K 2K d K i × T kd k i × T + ) + E[(n − 1)T](K p + − ) T T K + E[(n − 2)T] d + U[(n − 1)T) T U(kT) = E(nT)(k p + VIII / THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ: Đại lượng nhiệt đại lượng phân chia nhỏ đo nhận biết thông qua đai lượng khác mà phải dùng thiết bò chuyên để đo ta dùng : +Dùng cặp nhiệt điện (thermocouple) +dùng nhiệt điện trở điện trở kim loại hay bán dẩn +Dùng cácIC cảm biến nhiệt chuyên dụng LX5700,LM335,AD809… Mỗi loại cảm biến nhiệt điều có đặc điểm sữ dụng điều kiêäân thích hợp Trong luận văn ta sữ dụng cảm biến cặp nhiệt điện (thermocouple) loại K (AL_CR)do có tầm đo rộng (có thể đo đến 1000°C)điện áp tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ để thiết kế mạch ,dể mua gía phù hợp Cặp nhiệt có cấu tạo dây kim loại khác ,một đầu hàn dính lại ,một đầu tự Khi nhiệt độ nhiệt độ đầu hàn dính thay đổi đầu tự phát sinh điện áp dây kim loại hiệu ứng nhiệt điện đặt tính thermocuople: có tầm đo đến 16000 Đầu đo nhỏ gọn nên đo nhũng nơi tích bé sức điện động xem tuyến tính với nhiệt độ Độ nhạy s=40µV/0C Ta có tương quan vềnhiệt độ suất điện động Thermocuople GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  72 Luận n Tốt Nghiêp T(0C) E(m) T(0C) E(mV) T(0C) E(mV) T(0C) E(mV) T(0C) E(mV) 0.00 25 1.00 50 2.02 75 3.06 100 4.1 Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ 0.20 10 0.40 30 1.20 55 2.23 80 3.26 110 4.61 35 1.41 60 2.43 85 3.47 120 4.82 15 0.60 40 1.61 65 2.64 90 3.68 130 5.33 20 0.80 45 1.82 70 2.85 95 3.89 150 6.15 Để đọc xác giá trò đo ta cần phải bù nhiêt ,bù cuối đầu tự donhằm tránh nhiệt độ tậi thay đổi làm ảnh hưởng giá trò đo,để thực việc bù nầy ta thực mạch bù cách lợi dụnghệ số nhiệt diod(có thể transitor) Chọn ADC: thò trường có nhiều loại ADC với tốc độ phân giải phương pháp biến đổi củng thời gian biến đổi khác như: ADC ΠB1 adc biến đổi 12 bit tốc độ biến đổi 220µS TLC549 độ phân giải bit ADC0809 kênh bit Trong luậnvăn chọn IC ADC0809,do Thông dung thò trường giá thành phù hợp có đặc điểm phù hợp với thiết kế +AD tác động nhanh thời gian chuyển đổi khoảng 100-120µs tùy theo tần sũng clock đưa vào +Có 8kênh hoạt động độc lập +Không cần tinh chỉnh cho AD +Ngỏ có trạnh thái nối thẳng tới data bus,xuất tính hiệu dạng song song tương thích mức TTL +dãi tín hiệu analog vào chân Vref từ 0- 5V +Dòng tiêu yhụ bé tối đa khỏang0.3mA +Nguồn nuôi 5V +hoạt động theo phương pháp boến đổi xấp xó liên tiếp cách thức hoạt động: muốn chuyển đổi,ta kichs vào chân start chân ALE xung adc0809(U11) xét chân I0 ,I1,I2 để chọn kênh nhận giá trò diện áp analog cần chuyển chuyển đổi xong xuất giá tri vè chốt IC chờ lệnh đọc vi xữ lý Trong trình chuyển đổi chân EOC múc không,khi chuyển đổi xong Chân EOC GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  73 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ chuyển trạng thái sang mức1báo hiệu kết thúc chuyển đổi,do ta cung lợi dụng chân nầy để đọc liệu ,tuy nhiên thòi gian đổi khoảng 100µs nên ta co thể lập chờ 120µs chuyển đổi xong để đọc nên chân EOC không dùng tới Tính tóan thiết kế mạch chuyển đổi adc: +Tính hiệu đầu đo cảm biến đưa đọan dây bù kéo tới mạch đo để nối vào kênh +Lợi dụng hệ số nhiệt diod (hay transitor) để bù nhiệt đầu tự cảm biến ,tính tóan cho tổng điện áp diod nhiệt độ thay đổi điện áp bò thay đổi đầu tự không Ta có: VTC VR VD V0 + + + =0 R1 R3 R4 R6 (3) VTC :điện áp đầu thermocouple Vd :điện áp diod VR :điện áp biến trở VR11 dùng để chỉnh không V25 :điện áp ngỏ diod nhiệt độ 250 CD: hệ số nhiệt diod C :hệ số nhiệt thermocouple Ta:nhiệt độ môi trường Td:nhiệt độ đo Với : VTC = −C(Td − Ta ) = C(Ta − Td ) VD = V25 + C D (Ta − 25) từ (3) ta có: C (Ta − Td ) V R V25 + C d (Ta − 25) V0 + + + =0 R1 R3 R4 R6 C × Td C  25 × C d − V25 V C ⇒ V0 = R6 −  a − d  Ta × R6 − R R6 + R6 R1 R3  R1 R4  Để bù nhiệt ta có phải cho tổng phần phụ thuộc Ta=0: Cd C C + = ⇒ R4 = − d × R1 R4 R1 C diod có hệ số nhiệt Cd=-2 chọn R1=1,5kΩ × 10 −3 ⇒ R4 = × 1.5 = 75k 40 × 10 −6 Ta chọn R4=68kΩ+6,8kΩ Các điện trở R R5=820Ω dùng để phân cực cho diod Biến trở VR11 dùng để chỉnh giá trò cho ngỏ bù GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  74 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Ta chọn điện áp vào chân Vref ADC0809 5vtương ứng bit 0÷255 nên độ phân giải : VIN = = 19,6 mv bit 255 255 Ta thiết kế cho kênh (tầm đo 0÷1250) mổi bit đọc tương ứng 0,50.Khi ngõ vào ADC 0v ngõ ADC 00H(tương ứng 00) , ngõ vào ADC 5v ngõ FFh(tức 127.50)chọn hệ số khuếch đại tầng 25 lần: R6=25×R1 chọn R1=1.5kΩ ⇒ R6=37,5kΩ Ta chọn R6=R61+R62=33kΩ+VR10kΩ Chọn hệ số khuếch đại tầng 40 lần Vout V0 V = ⇒ R8 = out R7 = 40 × R7 R8 R7 V0 chọn R7=2,7kΩ ⇒R8=40x2,7=108kΩ Ta chọn R8=100kΩ+VR10kΩ Khi Ơ tầng ngõ vào 0.04mv/0C ngõ 1mv/0C tầng ngõ vào 1mv/0CALL ngõ 40mv/0C Đối với việc thiết kế kênh 2(tầm đo 0÷2500C) thiết kế tương tự khác tầng ta chọn hệ số khuếch đại 20 lần R8=20×2,7kΩ = 54kΩ Ta chọn r8 = 49kΩ+ VR10kΩ Khi tầng ngõ vào có độ phân giải 0,04 mv/0C ngõ vào tầng có độ phân giải 1mv/0C ngỏ 20mv/0C Tầng số xung clock cho ADC hoạt động khỏang 700 Khz ta lấy từ chân xtal2 vi xữ lý (có tầng số khỏang 12 Mhz) qua IC7493 chia 16 lần để tầng số 750Khz đưa vào chân clk ADC Cấp áp vào VREF choADC ta cần áp chuẩn 5v,ta sữ dụng IC TL431dòng tiêu thụ khỏang 10ma cần điện trở R11,ngõ IC TL431 nối thẳng vào chân VREF ADC R11 = 12 − = 700 10 × 10 −3 ta chọn R11=680Ω Chân star chân ALE ADC nối vào lấy tin hiệu từ ngỏ cổng NOR để lấy tin hiệu đảo tín hiệu /CS0 /WR Khi muốn bắt đầu chuyển đổi ta cần thục thi lệnh xuất giá trò đòa 0000h để tạo xung kích cho ADC hoạt động chuyển đổi GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  75 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chân OE nối vào ngỏ công NOR để lấy tín hiệu đảo tín hiệu /CS0 /RD Khi trình chuyển đổi xong ta cần cho lệnh đọc từ đòa 0000H để lấy giá tri chuyển đổi kit để xũ lý Do thời gian chuyển đổi khỏang100µs nên ta không cần sử dụng chân EOC mà tạo vòng lập để chờ khỏang120µs sau cho thực việc đọc data Cân chỉnh cho mạch hoạt động:đầu tiên ta chỉnh biến trở VR14 để ta có điện áp chuẩn 5v vào VREF cho ADC Ta đưa nhiệt độ 00c ta chỉnh biến trở VR11 để điẹn áp ngỏ vào tầng đầu 0v,kế ta đưa nhiệt độ 1000c chỉnh biến trở VR12 để điện áp ngỏ tầng đầu 100mv, sau ta chỉnh biến trở VR13 để có điện áp ngỏ tầng sau 4v Sau ta thử vài nhiệt độ để đánh giá trình cân chỉnh cho mạch đo GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  76 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương VI: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH chương trình Khởi động điều khiển Phục hồi thông số điều khiển lưu trước Thay đổi thông số Đo nhiệt độ Hiển thò giá trò đo Tính giá trò điều khiển Y P1.0=0 N GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  77 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Thay đổi thông số Chọn kênh Chọnphương pháp điều khiển Nhiệt độ đặt Bước điều khiển Tä thay đổi Ts Kp Ki Kd Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  78 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Tăng giảm NHAY DIGIT PUSH Y DOWN? giam gia tri digit N PUSH UP ? Y tang gia tri digit N PUSH Y dich nhay sang digit phai Y dich nhay sang digit trai RIGHT? N PUSH LEFT? N N PUSH ENTER Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  79 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương trình ngắt timer : phục vụ cho thời gian điều khiển Ton : T0n = (50000 × 20) 255 × Ts = 196 × 20 × Ts Ngắt timer Nạp lại giá trò (196) Cho timer chạy X20=0 y X20=#20 TT0=0 y TT0=TS Udk=0 y Ngừng timer Ngừng điều khiển Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  80 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương trình ngắt timer : tạo thời gian cho chu kí điều khiển ứng với giá trò Ts(giây) nhập vào chu kì T cho điều khiển Ngắt timer Nạp lại giá trò (-50000) Cho timer chạy X20=0 y Y20=#20 TT1=0 y TT1=#20 Udk=Un Ngừng timer Ngừng điều khiển Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  81 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương trình ngắt timer 2: phục vụ ngắt cà ô nhớ để đếm tạo bước nhảy cho nhiệt độ ứng sau 10 phút tăng giá trò nhiệt độ điều khiển lên lượng Tthay đổi Ngắt timer Nạp lại giá trò (-50000) Cho timer chạy X200=0 y X200=#200 Y200=0 y Y200=#200 Z18=0 Ngừng timer Ngừng timer Ngừng điều khiển Tđặt=Tđặt+Tthaổi Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  82 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Giải thuật PID : tính toán giá trò Un cho điều khiển có giá trò từ 0÷255 làgiá trò bit cho điều khiển công suất Un=0 ngắt nguồn ngược lại Un=255 cung cấp nguồn chu kì điều khiển Chương trình PID Tính En=Tđặt-Tđo K0=En(Kp+Kd/T+KiT/2) K1=En-1(Kp+2Kd/T-KiT/2) K2=En-2(Kd/T) Un=K0+K1+K2+Un N Un255 Y Un=0 En-2=En-1 En-1=En Kết thúc GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  83 N Y Un=255 Luận n Tốt Nghiêp Thiết Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Giải thuật điều khiển ON_OFF:được thiết kế theo phương pháp dùng điều khiển rờ le có trễ sai lệch lớn giá trò ON ro le đóng mạch,ngược lại sai lệch bé giá trò OFF rờ le ngắt nguồn ON_OFF En=Tđặt-Tđo ON=Tđặt-20 OFF=Tđặt+20 En>ON Đóng nguồn En[...]... Một số loại IC cảm biến thông dụng: LX5700, LX135, LM235, LM335, AD590, LM134,… GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  13 Luận n Tốt Nghiêp GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  14 Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Luận n Tốt Nghiêp Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ CHƯƠNG 3 : GIỚI THI U VI XỮ LÝ AT 89C52 I GIỚI THI U CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MSC-51 (8951): -Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn... clock vào cho 216 = 65.536 - Trong các ứng dụng đònh thời, 1 Timer được lập trình để tràn ở một khoảng thời gian đều đặn và được set cờ tràn Timer Cờ được dùng để đồng bộ chương trình để thực hiện một hoạt động như vi c đưa tới 1 tầng các ngõ vào hoặc gởi dữ liệu đếm ngõ ra Các ứng dụng khác có sử dụng vi c ghi giờ GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  28 Luận n Tốt Nghiêp Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ. .. Thò Phương Hà  12 Luận n Tốt Nghiêp Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ • Phân loại: Nhiệt điện trở bán dẫn được chia thàn hai loại :  Nhiệt điện trở Pct :là loại nhiệt điện trở có hệ số nhiệt dương ,nghóa là nhiệt độ tăng thì R giảm  Nhiệt điện trở Nct: thành phần chính là bột kim loại như: MnAl 2O4 và Zn2TiO4 Độ tin cậy của nhiệt điện trở bán dẫn phụ thuộc vào độ tinh khiết của vật liệ chế tạo Nct... khoen • Hệ số thu nhiệt độ: Thermistor sẽ bò đốt nóng khi khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng từ nhiệt độ T0 đến T ,như vậy là nhiệt điện trở đã tiêu thụ được một công suất theo công thức như sau: W= C(T-T0) C : là hệ số thu nhiệt của điện trở :là năng lượng cần thi t để làm tăng nhiệt độ của Thermistor lên 1oC so với nhiệt độ xung quanh,có đơn vò là wm/oC • Cách sử dụng: Khi sử dụng nhiệt kế không... NghiêEpab(T1,T2) Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ BỘ HIỂN THỊ E O = AT + 1 1 BT 2 + CT 3 2 2 A,B,C là các hằng số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo Như vậy suất điện động E0 là hàm phi tuyến đối với nhiệt độ Nói cách khác độ nhạy của cặp nhiệt thay đổi trong từng khoảng đo.Hoặc về mặt toán học hàm Eo được xem là tuyến tính với nhiệt độ khi B,C≤ A Tóm lại: suất điện động được xem là tuyến tính với nhiệt độ trong... ngõ vào Reset của 8951 Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trò thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch tự động Reset  Các ngõ vào bộ dao động X1, X2: - Bộ dao động được tích hợp bên trong 8951, khi sử dụng 8951 người thi t kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng. .. ,điện trường mạnh +Để cặp nhiệt thẳng ứng đề phòng ống bảo vệ bò biến dạng do nhiệt cao +Nên lắp đặt dây bù vào ống sắt nối đất để tránh nhiễu 2 .Nhiệt kế điện trở: Nguyên lý làm vi c của nhiệt kế là dựa vào sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của các vật liệu dẫn điện 2.1 .Nhiệt điện trở kim loại: • Cấu tạo: Vật liệu cấu tạo điện trở kim loại đòi hỏi các yêu cầu sau: + Hệ số nhiệt lớn + Điện trở suất... là 1 bit cờ đa dụng dùng cho các ứng dụng của người dùng GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  23 Luận n Tốt Nghiêp Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ • Những bit chọn bank thanh ghi truy xuất: - RS1 và RS0 quyết đònh dãy thanh ghi tích cực Chúng được xóa sau khi reset hệ thống và được thay đổi bởi phần mềm khi cần thi t - Tùy theo RS1, RS0 = 00, 01, 10, 11 sẽ được chọn Bank tích cực tương ứng là Bank 0,... gian dài Ngoài ra độ chính xác của cặp nhiệt điện còn phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo và lý tính của môi trường đo • Cách sử dụng: Để cặp nhiệt độ có thể làm vi c tốt và lâu bền ,khi sử dụng cần lưu ý: + Cặp nhiệt điện cần có vỏ bảo vệ để chống tác động xâm thực của môi trường yêu cầu đối với vỏ bọc là cách điện nhưng không cách nhiệt + Phải đặt cặp nhiệt ở nơi thích hợp vì thường là nhiệt không phân... dừng lại, được khởi động lại như thế bởi sự truy xuất các thanh ghi chức năng đặc biệt của Timer khác GVHD TS:(cô)Nguyễn Thò Phương Hà  31 Luận n Tốt Nghiêp Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ 2.2 Thanh ghi điều khiển timer TCON (timer control register): - Thanh ghi điều khiển bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển bởi Timer 0 và Timer 1 Thanh ghi TCON có bit đònh vò Hoạt động của từng bit được ... vi c trang bò kiến thức vi điều khiển cho sinh vi n cần thi t Nên em chọn đề tài “ Thi t kế thi công hệ thống Kit Vi Điều Khiển 8952 ứng dụng vào vi c điều khiển nhiệt độ “ GVHD TS:(cô)Nguyễn... Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương I: GIỚI THI U HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ I.Khái niệm hệ thống điều khiển nhiệt độ: Nhiệt độ đại lượng vật lý diện khắp nơi nhiều lónh vực, đặc biệt công. .. Thò Phương Hà  Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Luận n Tốt Nghiêp Thi t Kế Kit Điều Khiển Nhiệt Độ Chương II: CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Cảm biến nhiệt độ dụng cụ chuyển đổi đại lượng nhiệt thành đại