Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở
Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐO CƠ ĐIỆN TỬ GV Hướng dẫn: Ngô Văn An Đề Tài:Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà Chương 1: Tổng quan hệ thống đo điện tử 1.1 Hệ thống Cơ điện tử Tổng hợp sơ đồ nguyên lý sản phẩm Cơ điện tử nhằm thể mô đun cấu thành nên sản phẩm, thấy tích hợp ghép nối thành phần Có thể biểu diễn sơ đồ dạng khối sau: Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống Cơ điện tử Trong ý nghĩa khối sau: - Phần công tác: phần trực tiếp đưa thao tác công nghệ - Đo lường: modul kết nối đối tượng với điều khiển, tạo tín hiệu phản hồi làm đầu vào cho điều khiển - Mô hình hóa: modul tạo tín hiệu đặt cho điều khiển - Bộ điều khiển: nhận tín hiệu từ modul đo lường, tính toán hiệu chỉnh đưa lệnh điều khiển nguồn động lực để có thao tác xác - Cơ cấu chấp hành (CCCH): modul tạo nguồn động lực cho phần công tác, nhận lệnh điều khiển trực tiếp từ điều khiển - DSP: Khối xử lý tín hiệu số Qua sơ đồ ta thấy, từ phần công tác (có thể điện, hệ học, máy công cụ, tay máy,…) cách xem xét cấu trúc mối quan hệ Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà động lực học nội đối tượng ta thiết lập phương trình toán mô tả hoạt động đối tượng, mô đun Mô hình hóa Từ phương trình ta xác định yếu tố động lực học cần thiết để đối tượng thực đầu ý đồ công nghệ Các thông số động lực học lưu trữ Bộ điều khiển dạng tín hiệu đặt phục vụ cho việc hiệu chỉnh hệ thống Khi đối tượng hoạt động, tín hiệu thường giám sát Sensor, Mô đun đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thông tin hoạt động Phần công tác, tín hiệu thu thường dạng Analog nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với Digital Signal) Quá trình thực nhờ Bộ DSP (mô đun xử lý tín hiệu), có trình gồm chuyển đổi AD, lọc, điều chế… Dưới tích hợp thành phần bao gồm: Máy tính, mạch điện tử, Vi xử lý Bộ điều khiển tiến hành so sánh tín hiệu thu với tín hiệu đặt tính toán để đưa hiệu chỉnh có sai lệch có thay đổi tín hiệu đặt Tín hiệu điều khiển đưa điều khiển dạng số (Digital) nên phải qua Bộ DSP2 để biến đổi DA đưa dạng Analog để tác động lên CCCH (cơ cấu chấp hành) để điều khiển cung cấp nguồn động lực giúp phần công tác hoạt động ý đồ công nghệ mong muốn 1.2 Vị trí, vai trò hệ thống đo hệ thống Cơ điện tử Mô đun đo lường bố trí cuối hệ thống để thu thập thông tin hoạt động Phần công tác, hệ thống đo tạo kết nối tương tác phần công tác điều khiển, từ hệ thống đo ta có tín hiệu phản hồi để làm đầu vào khởi tạo toán hiệu chỉnh điều khiển Tín hiệu thu từ hệ thống đo thường dạng Analog nên cần phải mã hóa xử lý trước đưa vào Bộ điều khiển (Bộ điều khiển làm việc với Digital Signal) Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà Quá trình thực nhờ Bộ DSP (mô đun xử lý tín hiệu), trình gồm khuếch đại, chuyển đổi AD, lọc, điều chế, tách sóng… - Khuếch đại: tín hiệu nhỏ cần khuếch đại, chất trình dùng mạch khuếch đại làm tăng biên độ tần số tín hiệu cho phù hợp - Chuyển đổi AD: chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, chất trình mã hóa thông tin - Lọc: trình ngăn không cho số tín hiệu có tần số tạp qua, trình giúp loại bỏ tín hiệu nhiễu từ bên tác động vào hệ thống - Điều chế: cần truyền dẫn không dây trường hợp trung tâm điều khiển nằm cách xa phần công tác Bản chất trình ghép tín hiệu cần xử lý có biên độ nhỏ vào sóng mang cao tần để có đủ lượng truyền xa mà không làm méo dạng tín hiệu - Tách sóng: trình thu hồi lại tín hiệu nguyên thủy từ tín hiệu điều chế Chương 2: Cảm biến đo nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ thiết bị dùng để đo nhiệt độ đối tượng.Các cảm biến cảm nhận thay đổi nhiệt độ cho tín hiệu ngõ hai dạng: thay đổi điện áp thay đổi điện trở.Để lựa chọn cảm biến cho ứng dụng cụ thể cần xem xét: độ xác, khoảng đo, thời gian đáp ứng môi trường làm việc.Cảm biến nhiệt độ phân thành loại là: +Cảm biến loại tiếp xúc +Cảm biến loại không tiếp xúc (đo xạ nhiệt) Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà 2.1 Cảm biến loại tiếp xúc -Các cảm biến loại tiếp xúc thường gặp là: +Cặp nhiệt điện (Thermocouple) +Nhiệt điện trở: Bao gồm có RTD Thermistor +IC đo nhiệt độ 2.1.1 Cặp nhiệt điện (Thermocouple) Cặp nhiệt điện loại cảm biến đo nhiệt độ, biến đổi tín hiệu điện thành tín hiệu điện áp dựa tượng nhiệt điện -Cấu tạo: Gồm dây kim loại khác hàn dính đầu gọi đầu nóng ( hay đầu đo), hai đầu lại gọi đầu lạnh ( đầu chuẩn ) Khi có chênh lệch nhiệt độ đầu nóng đầu lạnh gây nên dịch chuyển điện tích từ làm phát sinh sức điện động V đầu lạnh Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà Có nhiều loại cặp nhiệt độ loại E, J, K, R, S, T, loại có đặc tính, dải đo phù hợp với trường hợp đo khác bảng sau: - Ưu điểm: +Cấu tạo đơn giản, chịu va đập +Đo nhiệt độ cao, khoảng đo nhiệt độ rộng +Bền, rẻ tiền, đa dạng -Nhược điểm: +Phi tuyến, ổn định +Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số +Độ nhạy không cao -Ứng dụng: Dùng đo nhiệt độ lò luyện gang, đo nhiệt độ khí thải - Khoảng nhiệt độ đo khoảng: -100 °C [...]... trình điều khiển hệ thống 4.1 Thiết kế phần cứng -Phần cứng của mạch đo được mô phỏng trên phần mềm proteus như sau: 33 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở 34 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở Sơ đồ mạch in 35 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở 4.2 Lập trình - Lưu đồ thuật toán của chương trình: -Chương trình... thực thi của DS18B20, các lệnh thực thi ghi trong bảng 2 Bước 4 : Đọc hoặc ghi dữ liệu vào bộ nhớ DS18B20 16 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở Bảng 1 : Các Lệnh ROM của DS18B20 Bảng 2 : Các Lệnh thực thi trên DS18B20 17 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở 3.2 Bộ chuyển đổi ADC Bộ vi xử lý chỉ có thể xử lý các tín hiệu dưới dạng nhị phân.. .Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở 2.2 Cảm biến loại không tiếp xúc (đo bức xạ nhiệt) -Nguyên lý: Dựa trên hiện tượng quang học của vật chất Tất cả các vật thể có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ tuyệt đối đều phát ra các bức xạ nhiệt Cường độ bức xạ của các chất giảm khi nhiệt độ giảm, dựa vào cường độ bức xạ có thể tính được nhiệt độ bức xạ - Ưu điểm của... ơt thang đo 7 để suy ra nhiệt độ 12 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở So sánh bằng mắt cường độ sáng của nguồn nhiệt và đèn sợi đốt trong hỏa quang kế cường độ sáng So sánh bằng mắt tuy thô sơ nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác nhất định vì cường độ sáng thay đổi nhiều hơn gấp 10 lần sự thay đổi nhiệt độ 2.2.2 Hỏa kế quang điện Nguyên lý cũng tương tự như hỏa kế quang học,... trình trong rom nội nếu chân này nối với GND (và chân PSEN cũng ở logic 0), chương trình cần thực thi chứa bộ nhớ ngoài 23 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở + Chân reset: Ngõ vào RES (chân 9) là ngõ vào xoá chính của 8051 dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống khi ngõ vào này được treo ở mức logic 1 tối thiểu hai chu kỳ máy, các... IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic “0” để LCD hoạt động ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở 6 E 15 - Chân cho phép (Enable)... và nhiệt độ Hỏa kế quang điện là thiết bị đo tự động, phần tử thu năng lượng bức xạ là tế bào quang điện, điện trở quang điện hay điôt quang điện 2.3 Lựa chọn cảm biến cho hệ thống đo Tùy vào yêu cầu thiết kế cũng như đặc điểm của đối tượng cần đo, khả năng kinh tế, kỹ thuật mà ta lựa chọn loại cảm biến phù hợp Dựa vào yêu cầu của đề tài là thiết kế hệ thống đo nhiệt độ không khí ( trong phòng ở, nhà. .. các thiết bị bên ngoài khi có yêu cầu + Port 2: (các chân từ 21 đến 29) có 2 công dụng: làm nhiệm vụ xuất/nhập Và làm byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu ngoài 22 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở + Port 3: (từ các chân 10 đến 17) có 2 công dụng: hoạt động xuất nhập và. .. trong phòng ở, nhà xưởng, ), ta chọn loại cảm biến là IC đo nhiệt độ vì chúng có giá thành rẻ, dễ chế tạo, độ chính xác cao và đáp ứng nhanh với thay đổi của môi trường Hiện nay có rất nhiều loại IC đo nhiệt độ như LM35, LM335, LM134, LM234, LM26, LM27, DS18B20,… Trong đồ án này ta sử dụng IC cảm biến DS18B20 13 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở Các đặc điểm kỹ thuật... 15 Thiết kế hệ thống đo và giám sát nhiệt độ cho ngôi nhà mình đang ở số nên ta không cần thêm module ADC, như vậy mạch sẽ đơn giản hơn và tiết kiệm hơn Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến DS18B20 và sơ đồ kết nối DS18B20 và vi điều khiển như saunhư sau: -Sơ đồ kết nối giữa vi điều khiển và DS18B20 -Sơ đồ cảm biến DS18B20: -Để thực hiện giao tiếp với DS18B20 cần phải thực hiện các bước sau: Bước 1 : Khởi ... hệ thống lập trình điều khiển hệ thống 4.1 Thiết kế phần cứng -Phần cứng mạch đo mô phần mềm proteus sau: 33 Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà 34 Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt. .. ghi liệu vào nhớ DS18B20 16 Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà Bảng : Các Lệnh ROM DS18B20 Bảng : Các Lệnh thực thi DS18B20 17 Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà 3.2 Bộ... nhớ 23 Thiết kế hệ thống đo giám sát nhiệt độ cho nhà + Chân reset: Ngõ vào RES (chân 9) ngõ vào xoá 8051 dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt reset hệ thống ngõ vào treo