Đang tải... (xem toàn văn)
II. PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu về bố cục nội dung: 1 Tổng quan về quá trình đo nhiệt độ Tìm hiểu các phương pháp đo Khảo sát đặc tính nhiệt độ cần đo(liên hệ thực tiễn theo nhóm) Tính chọn cảm biến (cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ chân, dải đo, cấp chính xác..) 2 Thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng VMTTVMS Xác định sơ đồ khối của hệ thống Tính chọn các khối 3 Vẽ mạch mạch mô phỏng trên phần mềm Proteus 4 Phân tích và nhận xét kết quả Yêu cầu về thời gian : Ngày giao đề 25 92015 Ngày hoàn thành : 30112015 Chó ý: 1. Ngoài nội dung hướng dẫn trên lớp nếu sinh viên có câu hỏi, thắc mắc trong quá tr×nh làm bài tập lớn gửi về địa chỉ : ttly.hauigmail.com Trước khi bảo vệ bài tập lớn sinh viên phải nộp:
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU GIAO BÀI TẬP LỚN MÔN: VMTT&VMS Số : ……… Họ tên HS-SV :ĐỖ TUẤN TRƯỜNG – 0841040054 NGUYỂN THANH TUÂN – 0841040030 NGUYỄN HỮU TUỆ – 0841040062 Lớp : Điện Khoá : Khoa : Điện I NỘI DUNG Đề tài: Ứng dụng VMTT&VMS thiết kế mạch đo va cảnh báo, hiển thị nhiệt độ + Nhiệt độ cần đo: t0C = 00C đến (50+10*N)0C + Chuẩn hóa đầu ra: 0-10V 0-5V 0-20mA 4-20mA + Cảnh báo: Đưa tín hiệu cảnh báo đèn nhấp nháy, còi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: 40+10*N + Hiển thị nhiệt độ đo Led N số thứ tự sinh viên danh sách II PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung: 1/ Tổng quan trình đo nhiệt độ - Tìm hiểu phương pháp đo - Khảo sát đặc tính nhiệt độ cần đo(liên hệ thực tiễn theo nhóm) - Tính chọn cảm biến (cấu tạo, nguyên lý, sơ đồ chân, dải đo, cấp xác ) 2/ Thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng VMTT&VMS - Xác định sơ đồ khối hệ thống - Tính chọn khối 3/ Vẽ mạch mạch mô phần mềm Proteus 4/ Phân tích nhận xét kết Yêu cầu thời gian : Ngày giao đề 25 /9/2015 Ngày hoàn thành : 30/11/2015 Chó ý: Ngoài nội dung hướng dẫn lớp sinh viên có câu hỏi, thắc mắc tr×nh làm tập lớn gửi địa : ttly.haui@gmail.com Trước bảo vệ tập lớn sinh viên phải nộp: LỜI NÓI ĐẦU Đất nước ta đà phát triển trở thành nước công nghiệp.Vì vấn đề điều khiển vận hành thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao xuất chât lượng sản phẩm đồng thời giảm chi phí vấn đề quan trọng đáng để ý.Trong thực tế có nhiều toán liên quan đến vấn đề đo điều khiển nhiệt độ.Ví dụ như: lò sấy công nghiệp, lò luyện gang, sắt,thép Ngày xuất nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến loại cặp nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn sử dụng phương pháp phân tích phổ để xác định nhiệt độ nơi không trực tiếp đặt đầu đo nhiệt độ (nơi có nhiệt độ cao) Nhìn chung phương pháp đo nhiệt độ có nhiều nét giống cách xử khác nhau, tuỳ vào mục đích yêu cầu kỹ thuật công việc cụ thể mục đích cuối phép đo thể giá trị nhiệt độ với khoảng sai số cho phép chấp nhận Trong kì sau học môn vi mạch tương tự -vi mạch số môn liên quan nhóm chúng em giao đề tài: Thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dung cảm biến nhiệt ngẫu Trong trình làm đề tài giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn “ Tống Thị Lý ” thầy cô môn “Đo lường điều khiển” số giúp đỡ em hoàn thành thời hạn đề tài Nhưng lượng kiến thức hạn chế nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót Em mong đóng góp thầy cô để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Mục lục Chương : Tổng quan mạch đo Chương : Giới thiệu thiết bị, linh kiện cần cho hệ thống Chương : Tính toán, thiết kế mạch đo 3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến 3.2Tính toán, thiết kế mạch nguồn cấp 3.3 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa 3.4 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED 3.5 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo 3.6 Sơ đồ tổng thể mạch dùng phần mềm mô mạch 3.7 Bộ giải mã BCD Kết luận phương hướng phát triển Chương : Tổng quan mạch đo 1.1 Khái niệm nhiệt độ 1.1.1 Khái niệm: Nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử,phân tử hệ vật chất.Tuỳ theo trạng thái vật chất (rắn, lỏng, khí) mà chuyển động có khác nhau.Ở trạng thái lỏng, phân tử dao động quanh vị trí cân vị trí cân dịch chuyển làm cho chất lỏng hình dạng định.Còn trạng thái rắn,các phần tử,nguyên tử dao động xung quanh vị trí cân bằng.Các dạng vận động phân tử,nguyên tử gọi chung chuyển động nhiệt.Khi tương tác với bên có trao đổi lượng không sinh công, trình trao đổi lượng nói gọi truyền nhiệt.Quá trình truyền nhiệt tuân theo nguyên lý: Bảo toàn lượng : Nhiệt tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất Ở trạng thái rắn,sự truyền nhiệt xảy chủ yếu dẫn nhiệt xạ nhiệt Đối với chất lỏng khí dẫn nhiệt xạ nhiệt có truyền nhiệt đối lưu.Đó tượng vận chuyển lượng nhiệt cách vận chuyển phần khối vật chất vùng khác hệ chênh lệch tỉ trọng 1 Thang đo nhiệt độ: Từ xa xưa người nhận thức tượng nhiệt đánh giá cường độ cách đo đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo thời kỳ.Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ,chúng định nghĩa theo vùng,từng thời kỳ phát triển khoa học kỹ thuật xã hội.Hiện có thang đo nhiệt độ là: 1- Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ) 2- Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15 3- Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 459,67 Đây thang đo nhiệt độ dùng phổ biến nay.Trong thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) quy định mét đơn vị đo hệ đơn vị quốc tế (SI).Dựa thang đo đánh giá nhiệt độ 1.2 Đo nhiệt độ phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường nhiệt kế tiếpxúc Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở nhiệt kế nhiệt ngẫu.Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo Đốivới môi trường khí nước,chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy.Với vật rắn đặt nhiệt kế sát vào vật,nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi gây tổn hao nhiệt, với vật dẫn nhiệt kém.Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt.Khi đo nhiệt độ chất hạt (cát, đất…),cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối 1.3 Đo nhiệt độ phương pháp không tiếp xúc: Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối,tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khẳ lớn nhất.Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng nghĩa số lượng xạ đơn vị thời gian với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng 1.4 Tổng quan phương pháp đo nhiệt độ 1.4.1: Sơ đồ khối Để thực phép đo đại lượng phụ thuộc vào đặc tính đại lượng cần đo ,điều kiện đo, độ xác yêu cầu phép đo mà ta thực nhiều cách khác sở hệ thống đo lường khác sở hệ thống đo lường khác Sơ đồ khối hệ thống đo: Mạch khuếch đại, chuẩn hóa Mạch nguồn chống nhiễu cấp nguồn chotoànhệ thống Cảm Biến Mạch so sánh Chỉ thị Mạch nhấp nháy cho LED Còi báo Hiển thị BCD 1.4.2: Vai trò tác dụng khối: • Khối nguồn : làm nhiệm vụ đảm bảo nguồn cấp cho cảm biến +5V nguồn nuôi cảm biến • Cảm biến : đo nhiệt độ, đưa điện áp đầu cho mạch so sánh, khuếch đại, vào ADC • Mạch khuếch đại : khuếch đại chuẩn hóa điện áp, dòng điện theo yêu cầu toán • Chỉ thị: Ampmeter Volmeter hiển thị dòng áp vị trí cần đo trước sau chuẩn hóa • Mạch so sánh: so sánh điện áp đầu cảm biến với điện áp đặt, để đưa cảnh báo để LED nhấp nháy bình thường • Còi báo: báo động nhiệt độ vượt giá trị đặt • Mạch nhấp nháy: đèn LED nhấp nháy chế độ nhiệt độ bình thường, tắt vượt nhiệt theo yêu cầu toán • Hiển thị mã BCD Chương : Giới thiệu linh kiện thiết bị sử dụng hệ thống đo 2.1 Giới thiệu IC cảm biến nhiệt PT100 : Thông số kỹ thuật cảm biến nhiệt độ PT100 - Môi trường sử dụng đo nhiệt độ: Không khí, nước, dầu, gỗ, gạo, xi măng … – Độ xác: 0.5 – Nhiệt độ tối đa: 1200oC – Nhiệt độ tối thiểu: -200 oC Pt (Platinum resistance thermometers) có nghĩa nhiệt điện trở bạch kim Vì Bạch kim có tính chất thay đổi điện trở theo nhiệt độ tốt loại kim loại khác nên chúng sử dụng rộng rãi nhiệt điện trở Pt100 đầu dò cảm biến nhiệt bên có lõi làm Bạch kim Bên có bọc số lớp bảo vệ cho phần lõi bên truyền nhiệt tốt cho phần lõi Cấu tạo cảm biến nhiệt độ pt100: Cảm biến nhiệt độ pt100 hoàn toàn Bạch kim Việc chế tạo Bạch kim tốn cho thiết bị đo thông dụng Vì có thành phần cảm biến nhiệt thật Bạch kim Nhằm giảm thiều chi phí sản suất thành phần khác cảm biến nhiệt độ pt100 làm thép không gỉ, đồng, chất bán dẫn, thủy tinh siêu mỏng… Cấu tạo đầu cảm biến nhiệt độ pt100: Nguyên lý hoạt động Pt100 đơn giản dựa mối quan hệ mật thiết kim loại nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng, điện trở kim loại tăng Bạch kim tương tự Theo tiêu chuẩn nhiệt độ 00C điện trở Pt-100 100Ω Bạch kim sử dụng rộng rãi yếu tố sau Trơ mặt hóa học có nghĩa không tác dụng với chất ăn mòn hay phá hủy Điện trở có quan hệ gần tuyến tính với nhiệt độ Hệ số tăng nhiệt độ điện trở đủ lớn việc lấy kết đo dễ dàng Có độ ổn định cao Độ tuyến tính điện trở Bạch kim theo nhiệt độ Kết nối sử dụng Vì Pt-100 loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ nên ta đọc nhiệt độ trực tiếp chúng Do muốn đọc nhiệt độ ta phải thông qua chuyển đổi tín hiệu Pt-100 thường kết nối với chuyền đổi tín hiệu qua 2, sợi dây dẫn Nhưng dây dẫn làm đồng, chúng có điện trở riêng nên dây dài kết đo không xác Vì chuyền đổi tín hiệu thường kết nối với cảm biến cho khoảng cách chúng ngắn tốt Khi sử dụng đầu dò phải tiếp xúc trực tiếp với môi trường cần đo để có kết xác Các kiểu lắp thiết bị đường ống Trong công nghiệp, Pt-100 thường tích hợp chuyển đổi tín hiệu để hiệu suất chúng cao đơng giản việc lắp đặt, vận hành Các ngõ chuyển đồi theo tiêu chuẩn công nghiệp 4mA-20mA 0V-10V ta thường dùng Bộ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ PT100 sang 4-20ma ví dụ chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ pt100-Muesen (Đức) loại gắn đầu cảm biến pt100, có loại gắn tủ điện chi phí cao nhiều 2.2 Giới thiệu IC 7805 ( IC ổn áp 5V) Với mạch điện không đòi hỏi độ ổn định điện áp cao,sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản.Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx,với xx điện áp cần ổn áp.Ví dụ 10 Trong đó, KĐTT, đảo, trở kháng vào KĐTT, điện áp vào đến vào đảo, trở kháng điện áp vào đến cảu vào không điện áp vào vi sai Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra: Trong , điện áp vi sai cửa vào: 2.4.3.Các mạch khuếch đại dùng KĐTT Mạch khuếch đại đảo : điện áp vào cần khuếch đại : điện trở mạch phản hồi âm 25 : điện trở mạch vào : điện trở nói đất với vào không đảo Tại nút N ta có: =0 Vậy Mặt khác, dòng điện chảy qua 0, nên điện áp nút N 0, hay =0.Vậy ta có kết quả: Hệ số khuếch đại điện áp mạch : Vậy biểu thức tín hiệu ra: Mạch khuếch đại không đảo Mạch khuếch đại không đảo Mạch lặp lại điện áp Vì điện trở vào KĐTT ô lớn, nên dòng điện chảy qua 0.Từ ta có: Trong ta có: = 26 Vậy hệ số khuếch đại điện áp mạch khuếch đại không đảo : viết sau: = = Vậy tín hiệu xác định biểu thức: 27 Chương :Tính toán, thiết kế mạch đo Dải đo từ toC= 0oC – tmax = 0oC – 730 oC Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: U = ÷ 10V U = ÷ 5V I = ÷ 20mA I = ÷ 20mA + Cảnh báo: Đưa tín hiệu cảnh bảo đèn nhấp nháy, còi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: 40+10*N( 720oC ) + Hiển thị nhiệt độ đo led N: Số thứ tự sinh viên danh sách (N=68) 3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến Cảm biếnđược lựa chọn PT100 Dùng ADC bit Giá trị ADC từ [0 đến 255] PT100 có nhiệt độ tối đa Mà yêu cầu nằm khoảng t= (0 -730 ) Cứ 10mV tương ứng với 3.2Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp Vì hầu hết nguồn sử dụng mạch nguồn chiều mà thực tế nguồn lại nguồn xoay chiều với điện áp 220V =>Biến đổi dòng xoay chiều sang chiều Tính chọn máy biến áp: Ở có hai nguồn đó: +5V, +12V/-12V, cần sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy hai cấp điện áp dùng Hoặc ta hạ xuống 12V dùng biến trở để chỉnh xuống 5V 28 tiêu tốn lượng lượng nên dùng chỉnh lưu điện áp Một phương pháp khác ta dùng khối ổn áp chiều để có đầu thay đổi Phương án thiết kế : Dùng IC ổn áp chiều + Biến áp : Do yêu cầu đặt nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V điện áp 12V + Mạch chỉnh lưu : ưu điểm mạch chỉnh lưu cầu điện áp nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ so với phương pháp cân nên ta chọn chỉnh lưu cầu pha nửa chu kỳ + Bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san điện áp để dòng điện phẳng hơn, lọc tụ điện đơn giản chất lượng học cao Nên ta dùng tụ điện + Khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp +5V, +12V/-12V Ta dùng IC7812/IC7912 7805 + Sơ đồ khối mạch nguồn: Hình 18: Sơ đồ khối mạch nguồn Dùng IC ổn áp 7805 cấp nguồn vào ổn định 5V cho PT100 29 3.3 Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa 3.3.1: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp U= 10V Dùng khuếch đại không đảo: Khoi chuan hoa ap - 10v R7 270 -12v U27:A R6 730 R8 10k OA TL072 +88.8 Volts +12v Mach khuech dai ko dao Với mạch khuếch đại không đảo ta có công thức: - Tín hiệu xác định biểu thức: U0 = (1+RF/R1)UI (*) Với có: UI = –7.3V Chuẩn hoá áp ra: U0 = – 10V Ta có: 10 = (1+RF/R1)*7.3 RF/R1= 270/730 RF(RF7)=270ohm, R1(R10)=730ohm Chọn R11 = 10k 30 3.3.4 Chuẩn hóa đầu có dòng mA Dùng mạch biến đổi U-I với khuếch đại thuật toán Khoi chuan hoa dong -20mA -1.825v R16 R17 10k 10k -12v R18 U30:B 456.25 +12v TL072 U31:A R19 R20 +12v 1k 1k +88.8 mA R15 10 OA TL072 -12v Bien doi UI voi khuech dai thuat toan Điều kiện mạch là: R16.R20=R17.R19 Biểu thức dòng điện ra: IL=[(UI2-UI1).R17]/(R16.R18) - Khi IL=4(mA) => UI2=0V - Khi IL=20(mA) => UI2=7.3V Ta có hệ: 4.10^-3 = - (UI1.R17)/(R16.R18) 31 20.10^-3 = (7.3 – UI1).R17/(R16.R18) => = (7.3- UI1)/(-UI1) => UI1= -1,825V Chọn R16=R17=10k, R20=R19=1k => R18=456.25ohm ; Chọn RL=10 ohm (R15) 3.4 Tính toán mạch nhấp nháy cho LED Dùng mạch tạo xung vuông đối xứng với IC NE555 Khoi LED canh bao +5v T=0.69(Ra+Rb).C R22 10k 4Ne R VCC U33 C4 Q DC R21 10k CV D1 0.01uF TR GND 1N4007 TH NE555 D2 1N4007 D3 LED-YELLOW C5 1.4493uF Mach tao xung doi xung Theo yêu cầu toán thời gian sáng thời gian tối LED bằng: 32 =(1+0,5.3)=2,5 (s ) Ta có R22=R21=10kΩ Từ công thức R21.C4.0,69= suy C5=14493 uF 3.5 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Dùng mạch so sánh khuếch đại thuật toán: Khoi coi canh bao +6.87v +12v 4Ne U32 t=720 C Q9 NPN OA OPAMP +88.8 BUZ1 Volts BUZZER +88.8 Volts Mach so sanh voi ngo vao Theo ra: tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị t = 40+10*N ta chọn mức cảnh báo nhiệt độ 720 oC, suy điện áp so sánh +6.87V 33 13 B1 B2 B3 B4 S1 S2 S3 S4 +12v 15 C0 600 C4 14 7483 C4 R CV R1 R3 1nF OR TR 600 TH 2 10 19 Q DC 14 7483 U26 U28 C2 AND C0 +1.275v R2 B1 B2 B3 B4 10k CS RD WR CLK IN INTR A GND D GND VREF/2 CLK R NE555 10 U7 13 S1 S2 S3 S4 15 OR 11 16 13 B1 B2 B3 B4 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 18 17 16 15 14 13 12 11 VIN+ VIN- ADC 1nF 15 C3 2uF B1 B2 B3 B4 C0 R7 270 730 OA R8 10k TL072 Volts Khoi chuan hoa ap - 5v R9 51.2 C4 -12v 14 C0 C4 U27:B R10 U8 14 Q1 18 Q2 17 NPN OR NPN Q3 16 NPN Q4 15 NPN Q5 14 Q6 13 NPN Q7 12 NPN NPN Q8 11 73 NPN OA R11 10k 11A 12A 13A 14A 15A 16A 18A 17A 7483 +88.8 +12v Mach khuech dai ko dao 7483 AND -12v U27:A R6 11 16 A1 A2 A3 A4 VCC DB0(LSB) DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7(MSB) ADC0804 C1 10 20 18 17 16 15 14 13 12 11 Khoi chuan hoa ap - 10v A1 A2 A3 A4 11 16 OR VCC 15 OA 13 S1 S2 S3 S4 GND 11 16 A1 A2 A3 A4 U2 10 U1 10 BO CHUYEN DOI BIT - BCD 3.6 Dùng phần mềm mô mạch +88.8 TL072 Volts +12v 13 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 11 16 OR 13 B1 B2 B3 B4 C0 C4 OR 13 15 11 16 13 B1 B2 B3 B4 C0 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 C0 OR 11 16 13 B1 B2 B3 B4 15 B1 B2 B3 B4 C0 A B C D BI/RBO RBI LT 13 12 11 10 15 14 QA QB QC QD QE QF QG 14 14 11 16 7483 OR +88.8 100 +88.8 mA R13 10k TL072 +12v Bien doi UI voi so ko dao Khoi chuan hoa dong -20mA 74LS47 -1.825v U25 S1 S2 S3 S4 OA Volts 14 15 B1 B2 B3 B4 C0 R5 Volts 13 12 11 10 15 14 A B C D BI/RBO RBI LT QA QB QC QD QE QF QG Tram Chuc Don vi Do C QB 13 12 11 10 15 14 R16 R17 10k 10k -12v QB R18 U30:B 456.25 +12v 74LS47 C4 TL072 14 U31:A 13 A1 A2 A3 A4 QA QB QC QD QE QF QG 365 74LS47 C4 U24 10 A B C D BI/RBO RBI LT U30:A R12 9.9k +88.8 U6 U22 S1 S2 S3 S4 OA R14 -12v R4 730.00 SERTD-PT100 7483 AND C4 7483 C4 A1 A2 A3 A4 Chuan hoa dong -20mA E+RT1 S+ LED-BARGRAPH-RED U18 10 U17 11 16 14 14 10 S1 S2 S3 S4 C4 U13 AND U23 A1 A2 A3 A4 C0 7483 7483 10 B1 B2 B3 B4 11 16 Mach khuech dai ko dao 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 12 18 10 17 15 1 18A 17A 16A 15A 14A 13A 12A 11A 10 QB 16 11 S1 S2 S3 S4 U12 14 13 A1 A2 A3 A4 U29 15 10 7483 VO U34 C10 104pF Khoi nguon chuan ap cap cho he thong OA Chuan ap (+) +5v 7805 R19 R20 +12v 1k 1k 7805 7805 R23 7812 Bien doi UI voi khuech dai thuat toan D4 +12v 1N4740A T=0.69(Ra+Rb).C 7812 C8 4700uF/50v 104pF 10k 104pF U36 -1.825v 10k U33 VI VO GND 7905 -5v Q DC D5 -1.825v C12 +6.87v CV D1 TR TH D2 1N4007 D3 LED-YELLOW Q9 NPN OA OPAMP +88.8 NE555 104pF t=720 C 10k 1N4007 +12v U32 R21 0.01uF 7905 TRAN-2P3S C4 GND C9 4700uF/50v R24 R C7 7905 VCC 4Ne BRIDGE Khoi coi canh bao R22 4Ne BR1 C6 220VAC TR1 10 -12v +5v 104pF VO R15 Khoi LED canh bao C11 GND VI U35 mA TL072 +1.275v 10k +88.8 VI GND BUZ1 Volts C5 BUZZER 1.4493uF +88.8 Volts C13 104pF GND U37 7912 VI VO 7912 -12v Chuan ap (-) Mach tao xung doi xung Mach so sanh voi ngo vao Hình 3.6: Mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng PT100 Xây dựng hiển thị số BCD a Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân - ADC0804 chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit - Nguyên lý hoạt động chung mạch: Để ADC0804 làm việc chân CS phải đặt mức thấp Chân RD nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp, đồng thời chân RW phải có xung cao xuống thấp để IC bắt đầu trình chuyển đổi Cụ thể mạch sử dụng IC555 để tạo xung vuông LED D1 tắt báo cho người dùng biết trình chuyển đổi hoàn tất RD mức thấp, tín hiệu số đưa PORT D (DB0-BD7) Quá trình lặp lặp lại điện áp chân VIN chuyển đổi sang mã nhị phân - Sơ đồ mô Proteus 34 - Số nhị phân bit có giá trị lớn 255 Vì ta sử dụng LED đoạn để hiển thị kết tương ứng với số hàng đơn vị, hàng chục hàng trăm - Từ nhận xét chúng em chia thành khối mạch sau: khối hiển thị LED đoạn hàng đơn vị, khối mạch hiển thị hàng chục khối hiển thị hàng trăm - Cách chuyển đổi số nhị phân tự nhiên bit thành số BCD: + Đầu tiên ta chuyển số bit thành số BCD: hai số BCD có giá trị từ 010 đến 910 cộng lại cho kết từ 010 đến 1810 , để đọc kết dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết có từ mạch cộng nhị phân 35 + Dưới kết tương đương loại mã: thập phân, nhị phân BCD - Nhận thấy: + Khi kết = 10 để có mã BCD ta phải cộng thêm cho mã nhị phân - Để giải vấn đề hiệu chỉnh trước tiên ta thực mạch phát kết trung gian mạch cộng số nhị phân bit Mạch nhận kết trung gian phép cộng số nhị phân bit cho ngõ Y=1 kết qủa >= 10, ngược lại, Y=0 - Bảng thật: 36 - Mạch cộng số BCD thực theo sơ đồ: Hình 28 Mạch cộng số nhị phân bit - Vận hành: + IC thứ cho kết trung gian phép cộng hai số nhị phân + IC thứ hai dùng hiệu chỉnh để có kết số BCD • Khi kết =10,IC nhận ỡ ngõ vào A số 0110 (do Y=1) kết hiệu chỉnh nói - Như vậy, ta chuyển đổi số nhị phân bit thành số BCD - Tiếp theo ta đổi số bit, bit, bit bit thành số BCD • Ở bít thứ ( giá trị thập phân tương ứng 16 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ 6( giá trị thập phân tương ứng 32 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục • Ở bít thứ 7( giá trị thập phân tương ứng 64 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục Lúc xuất bit tràn hàng chục nên ta đưa vào khối hiển thị hàng trăm • Ở bít thứ 8( giá trị thập phân tương ứng 128 ) Vì vậy, ta cộng vào khối mạch hiển thị đơn vị, cộng vào khối hiển thị hàng chục (nếu có bit tràn cộng vào khối hiển thị hàng trăm) cộng vào khối hiển thị hàng trăm - Tiếp theo phần hiển thị kết quả: ta sử dụng IC 7447 để giải mã LED đoạn 37 U2 15 13 B1 B2 B3 B4 C0 600 C4 14 7483 R C2 14 CV R1 R3 OR TR 600 TH 2 10 19 1nF 7483 U26 U28 Q DC AND C4 +1.275v R2 B1 B2 B3 B4 10k NE555 CS RD WR CLK IN INTR A GND D GND VREF/2 CLK R U7 15 13 B1 B2 B3 B4 2uF B1 B2 B3 B4 C0 C4 14 7483 U8 C4 Q1 18 NPN OR 18A 7483 10 U12 18 10 17 16 15 11 12 11 16 13 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 OR 13 B1 B2 B3 B4 C0 11 16 11 16 13 A1 A2 A3 A4 C4 15 C0 11 16 13 B1 B2 B3 B4 Q4 15 NPN C4 NPN 18A 17A 16A 15A 14A 13A 12A 11A 10 B1 B2 B3 B4 C0 Q5 14 Q6 13 NPN A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 15 11 16 13 B1 B2 B3 B4 C0 OR A1 A2 A3 A4 14 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 C4 14 15 14 11 16 7483 OR 13 A1 A2 A3 A4 13 12 11 10 15 14 QA QB QC QD QE QF QG A B C D BI/RBO RBI LT R5 +730 U6 A B C D BI/RBO RBI LT OA 9.9k QA QB QC QD QE QF QG 100 Volts 13 12 11 10 15 14 Volts 74LS47 -1.825v U25 S1 S2 S3 S4 +6.96 14 15 B1 B2 B3 B4 C0 R4 74LS47 C4 U24 10 NPN E+RT1 S+ 730.00 U22 S1 S2 S3 S4 Q8 11 SERTD-PT100 7483 AND NPN LED-BARGRAPH-RED B1 B2 B3 B4 C0 Q7 12 U29 15 U18 10 7483 C4 NPN U13 OR 10 S1 S2 S3 S4 Q3 16 7483 AND U17 10 NPN 14 7483 U23 S1 S2 S3 S4 QB 14 13 A1 A2 A3 A4 Q2 17 11A AND 14 14A C0 11 16 OR ADC C3 15A 13 S1 S2 S3 S4 18 17 16 15 14 13 12 11 VIN+ VIN- 1nF 15 16A 11 16 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 17A 10 A1 A2 A3 A4 20 18 17 16 15 14 13 12 11 ADC0804 C1 10 VCC DB0(LSB) DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7(MSB) 12A C0 11 16 OR 13A 13 S1 S2 S3 S4 +12v 15 OA 11 16 A1 A2 A3 A4 S1 S2 S3 S4 GND 10 A1 A2 A3 A4 U1 VCC 10 BO CHUYEN DOI BIT - BCD - Sơ đồ mô Proteus A B C D BI/RBO RBI LT QA QB QC QD QE QF QG Tram Chuc Don vi Do QB 13 12 11 10 15 14 C QB 74LS47 C4 14 7483 VI VO U34 GND 7805 OA +5v Chuan ap (+) C10 104pF Hình 29: Bộ chuyển đổi bit sang BCD 7805 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong thời gian làm đề tài em biết thêm nhiều kiến thức thực tế ứng dụng kiến thức học Qua chúng em luyện tập khả tư duy, cách thức nghiên cứu, giải vấn đề thực tế 38 Mạch đo nhiệt độ ứng dụng drộng rãi thực tế đo nhiệt độ phòng, đo nhiệt độ để cảnh báo cháy…Mạch đo nhiệt độ thành phần quan trọng số mạch chức khác hệ thống đo điều chỉnh nhiệt độ lò cao, phân ngắt nhiệt, cung cấp nhiệt lò sưởi… Những việc làm được: Nghiên cứu phương pháp đo nhiệt độ Thiết kế nguồn cung cấp Sơ đồ khối chức sơ đồ mạch đo Những việc chưa làm được: Chưa chỉnh sai số mạch khuếch đại Mạch chưa tối ưu, sử dụng số thiết bị điện tử Nhóm em sử dụng ADC0804 8bit (Chỉ thị 2^8 ký tự, từ 0-255) nên hiển thị nhiệt độ mà đề yêu cầu 420 oC Để hiểu sử dụng ADC 10bit khó khăn Nhóm em mong cô thông cảm bảo thêm cho chúng em Hi vọng mạch nhiều ứng dụng rộng tương lai 39 [...]... 27 Chương 3 :Tính toán, thiết kế mạch đo Dải đo từ toC= 0oC – tmax = 0oC – 730 oC 1 2 3 4 Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp: U = 0 ÷ 10V U = 0 ÷ 5V I = 0 ÷ 20mA I = 4 ÷ 20mA + Cảnh báo: Đưa tín hiệu cảnh bảo bằng đèn nhấp nháy, còi khi nhiệt độ vượt quá giá trị cảnh báo: 4 0+1 0*N( 720oC ) + Hiển thị nhiệt độ đo được ra led 7 thanh N: Số thứ tự sinh viên trong danh sách (N=68) 3.1 Tính toán, lựa... 32 =( 1+0 ,5.3 )=2 ,5 (s ) Ta có R22=R2 1=1 0kΩ Từ công thức R21.C4.0,6 9= suy ra C 5=1 4493 uF 3.5 Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo Dùng mạch so sánh khuếch đại thuật toán: Khoi coi canh bao +6 .87v +1 2v 4Ne U32 t=720 do C Q9 NPN OA OPAMP +8 8.8 BUZ1 Volts BUZZER +8 8.8 Volts Mach so sanh voi 2 ngo vao Theo bài ra: tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt quá giá trị t = 4 0+1 0*N ta chọn mức cảnh báo khi nhiệt. .. 8 +1 2v TL072 8 U31:A R19 R20 +1 2v 1k 1k 3 1 2 +8 8.8 mA R15 10 4 OA TL072 -12v Bien doi UI voi 2 khuech dai thuat toan Điều kiện của mạch là: R16.R20=R17.R19 Biểu thức dòng điện ra: IL=[(UI2-UI1).R17]/(R16.R18) - Khi IL=4(mA) => UI 2=0 V - Khi IL=20(mA) => UI 2=7 .3V Ta có hệ: 4.10^-3 = - (UI1.R17)/(R16.R18) 31 20.10^-3 = (7.3 – UI1).R17/(R16.R18) => 5 = (7.3- UI1)/(-UI1) => UI 1= -1,825V Chọn R16=R1 7=1 0k,... hiệu đã được giải mã hiển thị qua LED 7 thanh 18 3.LED 7 thanh Hình 11: LED 7 thanh Tại khối hiển thị ta dùng IC giải mã 4 ngõ vào thành 7 ngõ ra để xây dựng bộ hiển thị số BCD *Nguyên lý hoạt động: Mạch sẽ hiển thị giá trị nhiệt độ đo được tại mọi thời điểm hệ thống hoạt động, giá trị hiện thị sẽ được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 qua các Input, với tính năng giải mã của vi mạch này, sẽ cho ra... lặp lại và điện áp chân VIN được chuyển đổi sang mã nhị phân - Sơ đồ mô phỏng trên Proteus 34 - Số nhị phân 8 bit có giá trị lớn nhất là 255 Vì vậy ta sẽ sử dụng 3 LED 7 đo n để hiển thị kết quả tương ứng với các số hàng đơn vị, hàng chục và hàng trăm - Từ nhận xét này chúng em chia thành các khối mạch như sau: khối hiển thị bằng LED 7 đo n hàng đơn vị, khối mạch hiển thị hàng chục và khối hiển thị hàng... KĐTT, điện áp vào đến của vào đảo, là trở kháng ra của là điện áp vào đến cảu vào không là điện áp vào vi sai Từ sơ đồ, ta có biểu thức cho điên áp ra: Trong đó , điện áp vi sai ở cửa vào: 2.4.3.Các mạch khuếch đại cơ bản dùng KĐTT Mạch khuếch đại đảo : điện áp vào cần khuếch đại : điện trở mạch phản hồi âm 25 : điện trở mạch vào : điện trở nói đất với của vào không đảo Tại nút N ta có: =0 Vậy Mặt khác,... song song trên các Bus đến các LED song song Chương trình sẽ chọn LED nào và hiển thị nhiệt độ lên LED Khi có 1 sự biến đổi điện áp từ cảm biến, tức sự thay đổi nhiệt độ môi trường cần đo thì mã của 74LS47 cũng sẽ thay đổi phù hợp, tần số quét LED được thiết kế hợp lý để tránh mắt thường quan sát được * Tính toán thiết kế: Để LED sang 1 cách bình thường thì trên mỗi đo n của LED cần cung cấp giá trị... canh bao R22 4Ne BR1 C6 8 220VAC TR1 10 -12v +5 v 104pF VO R15 Khoi LED canh bao C11 GND VI U35 mA TL072 +1 .275v 10k 1 +8 8.8 4 VI GND 1 BUZ1 Volts C5 BUZZER 1.4493uF +8 8.8 Volts 2 C13 104pF GND U37 1 7912 VI VO 3 7912 -12v Chuan ap (-) Mach tao xung doi xung Mach so sanh voi 2 ngo vao Hình 3.6: Mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng PT100 4 Xây dựng bộ hiển thị số BCD a Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang... [0] thì Q = [1] và Khi R = [1] thì = [0] = [1] và Q = [0] Tóm lại: khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0], = [1], transistor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset - Giai đo n ngõ ra ở mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0 13 Vì điện áp ở chân 2(V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của... thành số BCD: + Đầu tiên ta chuyển số 4 bit thành số BCD: hai số BCD có giá trị từ 010 đến 910 khi cộng lại cho kết quả từ 010 đến 1810 , để đọc được kết quả dạng BCD ta phải hiệu chỉnh kết quả có được từ mạch cộng nhị phân 35 + Dưới đây là kết quả tương đương giữa 3 loại mã: thập phân, nhị phân và BCD - Nhận thấy: + Khi kết quả = 10 để có mã