ĐAI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN BÀI THI CUỐI KHÓA Họ và tên sinh viên : ĐOÀN HỮU PHƯỚC Lớp : 02ĐT2 Chuyên nghành : ĐIỆN TỬ 1. Đề tài : Thiết kế và thi công mạch điều khiển _ ổn định và hiển thị nhiệt độ. 2. Nội dung các phần thuyết minh : - Phần lý thuyết : Tổng quan về lý thuyết. - Phần thiết kế : Sơ đồ nguyên lý và hoạt đông của mạch. - Phần thi công : Các bước tiến hành thi công và hoàn thiện mạch. 3. Các bản vẽ : - Sơ đồ khối mạch cảm biến _ hiển thị nhiệt độ trên máy tính - Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến _ hiển thị nhiệt độ trên máy tính 4. Cán bộ hướng dẫn : LÊ HỒNG NAM 5. Ngày nhận đồ án : Ngày tháng năm . 6. Ngày nộp đồ án : Ngày tháng năm . Thông qua Khoa Ngày tháng năm 2005. Chủ nhiệm khoa Cán bộ hướng dẫn (ký và ghi rõ họ và tên) (ký và ghi rõ họ và tên) Đà Nẵng, ngày tháng năm . Chủ tịch Hội đồng Kết quả điểm đánh giá : ______ ĐAI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN NHẬN XÉT & ĐÁNH GIÁ BÀI THI CUỐI KHÓA Họ và tên sinh viên : ĐOÀN HỮU PHƯỚC Lớp : 02ĐT2 Chuyên nghành : ĐIỆN TỬ 1. Đề tài : Thiết kế và thi công mạch cảm biến _ hiển thị nhiệt độ trên máy tính 2. Họ và tên cán bộ hướng dẫn : LÊ HỒNG NAM Nhận xét của cán bộ hướng dẫn : …………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Kết quả điểm đánh giá : _____ Cán bộ hướng dẫn (ký tên) Nhận xét của cán bộ phản biện : …………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Lời Nói Đầu Để đáp ứng đầy đủ nhu cầu ngày càng phong phú và đa dạng của con người, đòi hỏi các ngành khoa học kỹ thuât phải không ngừng sáng tạo và phát triển và đặc biệt có thể nói, Điện Tử là một ngành cơ sở cho sự phát triển của các ngành khoa hoc kỹ thuật khác.Việc ứng dụng một cách có hiệu quả các kỹ thuật hiện đại của ngành Điện Tử vào các ngành sản xuất công nghiệp đã tạo ra bước nhảy vọt của ngành kinh tế thế giới. Với xu hướng hiện nay, hầu hết các ngành công nghiệp đã và đang sử dụng các hệ thống điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất đáp ứng được về nhu cầu chất lượng sản phẩm, trong đó có ngành sử dụng nhiệt độ để tạo ra những sản phẩm có độ bền cao. Cho nên việc ổn định cho mấy móc làm việc tại một nhiệt độ cần thiết đựơc đặt ra, dẫn tới nhu cầu thiết kế hoàn chỉnh một hệ thống mạch điện tư điều khiển và ổn định nhiệt độ làm việc có hiệu quả trở thành một vấn đề thiết thực. Từ thực tế đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp là thiết kế "mạch điều khiển_ổn định và hiển thị nhiệt độ", bước đầu vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Qua đó cũng cố và mở rộng thêm vốn kiến thức của mình. Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các bạn sinh viên, của quí thầy cô thuộc Bộ môn điện tử trường Cao Đẳng Công Nghệ. Em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu săc nhất của mình đến các bạn, đến quí thầy cô. Đặc biệt, chân thành cảm ơn thầy giáo LÊ HỒNG NAM đã hướng dẫn em tận tình, góp phần vào thành công của đề tài này. Mặc dầu đã rất cố gắng trong quá trình hoàn thành bài thi nhưng do trình độ còn hạn chế và thời gian hạn hẹp, đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quí thầy cô cùng các bạn sinh viên. Đà Nẵng, ngày tháng năm . Sinh viên thực hiện: Đoàn Hữu Phước MỤC LỤC Lời nói đầu TỔNG QUAN…………………………………………………………………………………………… 6 1. Giới thiệu…………………………………………………………………………………. 6 2. Nhiệm vụ đề tài…………………………………………………………………………6 Chương1:GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ……………………………………… 8 1. Khái niệm về cảm biến nhiệt độ…………………………………………………. 8 2. Các loại cảm biến thông dụng……………………………………………………. 8 2.1 Nhiệt trở………………………………………………………………………………… 8 2.2 Cặp nhiệt điện………………………………………………………………………… 9 2.3 Vi mạch cảm biến nhiệt………………………………………………………………10 2.4 Đo nhiệt độ……………………………………………………………………………… 10 Chương2:CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TƯƠNG TỰ RA SỐ………………………. 12 1. Nguyên tắc làm việc của bộ chuyển đổi A/D…………………………………12 2. Các phương pháp chuyển đổi…………………………………………………… 13 2.1. Phương pháp chuyển đổi A/D song song…………………………………… 13 2.2. Chuyển đổi A/D bằng phương pháp xấp xỉ liên tiếp……………………… 14 2.3. Phương pháp chuyển đổi nối tiếp theo nhị phân………………………… 15 2.4. Phương pháp chuyển đổi nối tiếp dùng vòng hồi tiếp…………………… 15 2.5. Chuyển đổi A/D theo phương pháp tích phân 2 sườn dốc………………16 Chương3: GIỚI THIỆU VI ĐIỀU KHIỂN 89C51…………………………………………… 18 1. Giới thiệu cấu trúc phần cứng……………………………………………………. 18 2. Khảo sát sơ đồ chân và chức năng từng chân……………………………… 18 2.1. Sơ đồ chân 89C51…………………………………………………………………… 18 2.2. Chức năng các chân của vi điều khiển 89C51………………………………. 18 Chương 4:GIAO TIẾP MÁY TÍNH QUA SERIAL PORT…………………………………… 22 1. Giao tiếp máy tính qua Slot Card…………………………………………………22 2. Giao tiếp máy tính qua cổng máy in…………………………………………….23 3. Giao tiếp máy tính qua Serial Port……………………………………………….23 Chương 5:GIỚI THIỆU CÁC VI MẠCH SỬ DỤNG…………………………………………. 26 1. Vi mạch ADC 0809……………………………………………………………………. 26 2. IC cảm biến nhiệt LM335…………………………………………………………….28 THIẾT KẾ MẠCH……………………………………………………………………………………… 29 1 Mạch cảm biến nhiệt độ…………………………………………………………… 29 1.1 Sơ đồ mạch……………………………………………………………………………… 30 1.,2. Tính toán…………………………………………………………………………………. 30 2 Mạch chuyển đổi A/D………………………………………………………………… 32 2.1. Sơ đồ mạch…………………………………………………………………………… 32 2.2. Tính toán thiết kế………………………………………………………………………32 3. Kit 89C51………………………………………………………………………………….34 4. Tính toán mạch Rơle………………………………………………………………….35 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 1. Giới thiệu…………………………………………………………………………………. 36 2. Lưu đồ thuật toán…………………………………………………………………… 37 2.1 Chương trình chính………………………………………………………………… 37 2.2 Các chương trình con………………………………………………………………… 38 3. Phần mềm điều khiển hệ thống………………………………………………… 40 4. Phần mềm máy tính ………………………………………………………………….42 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI VÀ KẾT LUÂN……………………………………………… 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO.………………………………………………………………………………48 PHỤ LỤC 1. Lệnh chíp 89C51………………………………………………………………………. 49 1.1. Nhóm lệnh sử lý số học………………………………………………………………49 1.2. Nhóm lệnh Logic………………………………………………………………………. 50 1.3. Nhóm lệnh chuyển dữ liệu………………………………………………………….51 1.4. Nhóm lệnh chuyển điều khiển……………………………………………………. 52 TỔNG QUAN 1.Giới thiệu: Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa. Nhờ những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lí, vi mạch số được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, các hệ thống điều khiển cơ khí ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với thời gian đáp ứng nhanh chính xác. Trong kỹ thuật điều khiển tự động sự kết hợp giữa vi điều khiển, máy tính với các bộ cảm biến được sử dụng phổ biến, thực hiện công việc đo, giám sát và điều khiển hệ thống tự động hay từ xa như các hệ thống: điều khiển nhiệt độ, đếm sản phẩm, ổn định tốc độ động cơ, báo cháy … Trong các bệnh viện, việc điều khiển ổn định nhiệt độ của các thiết bị như tủ giữ ấm, buồng nuôi cấy vi khuẩn, máy sưởi rất quan trọng vì nó ảnh hưởng đến chất lượng điều trị cho người bệnh. Là một người quan tâm đến y tế, thấy được tầm quan trọng trên nên em xin được thực hiện đề tài " điều khiển và ổn định nhiệt độ tủ ấm y tế " nhằm từng bước kết hợp những kiến thức đã học với thực tế công việc.Phòng ấm Y tế thường được trang bị tại các khu xét nghiệm để giữ bệnh phẩm hoặc các tiêu bản xét nghiệm, các thiết bị này thường có công suất cở 180W đến 200W với nhiệt độ thường được ổn định trong khoảng 37 o C đến 40 o C. Trong phạm vi đồ án này em thiết kế mô phỏng thiết bị điều khiển và ổn định nhiệt độ tủ ấm ứng dụng vi điều khiển 89C51, trên cơ sở đó em đã tiến hành khảo sát những tính năng của chíp vi điều khiển 89C51 để thiết kế và thi công hệ thống với mong ước từng bước tiếp cận thực tế để sau này có điều kiện phục vụ tốt hơn trong công tác khám chữa bệnh. 2.Nhiệm vụ của đề tài: Mục đích của đề tài là thiết kế và thi công hệ thống điều khiển và ổn định nhiệt độ tủ giữ ấm y tế dùng chíp vi điều khiển 89C51, đáp ứng được các yêu cầu sau: + Đo và hiển thị nhiệt độ thực của thiết bị + Đặt nhiệt độ cần ổn định từ máy tính. + Điều khiển và ổn định nhiệt độ trong dãi yêu cầu từ 30 o C đến 55 o C. + Điều khiển công suất nhiệt của thiết bị theo phương pháp đóng ngắt dùng Rơle. Nhiệm vụ thiết kế hệ thống được chia làm 2 phần: - Thiết kế và thi công phần cứng của hệ thống. - Viết phần mềm điều khiển hoạt động hệ thống. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống như sau: Chức năng và nhiệm vụ từng khối: +Khối vi điều khiển: Điều hành mọi hoạt động của hệ thống. Vi điều khiển đọc chương trình và thực thi lệnh, xuất tín hiệu điều khiển thiết bị chấp hành. +Khối cảm biến: Có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng phi điện đó là nhiệt độ thành tín hiệu điện (điện áp), đưa đến đầu vào bộ chuyển đổi ADC. +Khối ADC: Thực hiện quá trình chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang tín hiệu số. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển và ổn định nhiệt độ dùng 89C51 A D C C Ả M B I Ế N PC KIT vi điều khiển Điều khiển Rơle Khối công suất [...]... cặp nhiệt điện theo nhiệt độ sẽ tuyến tính hơn so với sự thay đổi trị số điện trở theo nhiệt độ trong 1 phạm vi khá rộng Cặp nhiệt điện có tầm đo lớn Khuyết điểm: Độ nhạy kém so với nhiệt trở Do đó trong thực tế, khi sử dụng cặp nhiệt nhiệt điện trong các mạch cảm biến nhiệt độ và điều khiển nhiệt độ, người ta phải dùng thêm mạch khuếch đại để tăng độ nhạy cho cặp nhiệt điện 2.3.Vi mạch cảm biến nhiệt: ... 6.7 : Sơ đồ chân và kết nối LM 335 -1 2 V THIẾT KẾ MẠCH Theo u cầu của đề tài, q trình thiết kế phần cứng của tồn hệ thống bao gồm : + Mạch cảm biến nhiệt độ + Mạch chuyển đổi AD + KÍT vi điều khiển 89C51 1 .Mạch cảm biến nhiệt độ: IC cảm biến được sử dụng trong đồ án là LM 335, có các đặc trưng cơ bản sau : + Độ biến thiên theo nhiệt độ: 10mV / 1oC + Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất... vi mạch cảm biến nhiệt độ chun dùng Những vi mạch này nhận tín hiệu nhiệt độ và chuyển thành tín hiệu điện áp hay dòng điện Ưu điểm của vi mạch cảm biến là gọn nhẹ, dễ cân chỉnh và độ chính xác cao Các vi mạch chun dụng thường gặp là: + AD590: là vi mạch cảm biến nhiệt có dòng ra tỉ lệ với nhiệt độ Bên trong AD590 là nguồn dòng Ở 25 oC người ta tính được dòng ra của nó là 298 A Tầm nhiệt độ hoạt động... Sơ đồ chuyển đổi nối tiếp theo mã nhị phân Nếu chuyển đổi N bit thì cần N tầng Mỗi tầng bao gồm 1 bộ so sánh, 1 khóa điều khiển và 1 mạch trừ Mỗi đầu vào của bộ so sánh lần lượt là u max/2, umax/4, umax/8 Mạch hoạt động như sau: + Nếu uA(t) > umax/2 thì ngỏ ra bộ so sánh thứ 1 có mức logic 1 sẽ điều khiển khố K nối đến uch1 để mạch trừ thực hiện uA(t) - uch1 kết quả của phép trừ đưa vào bộ so sánh... 2.IC cảm biến nhiệt LM335 : Để đo nhiệt độ được chính xác, tất nhiên cần có một đầu dò thích hợp Đầu dò là một cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ vận chuyển từ nhiệt độ qua tín hiệu điện Có rất nhiều loại cảm biến như giới thiệu ở chương 1 Nhưng dựa vào lý thuyết và thực tế của mạch cần thiết kế ta dùng phương pháp đo bằng IC cảm biến nhiệt độ Các IC cảm biến nhiệt độ có độ chính xác cao, dễ tìm và giá thành... đến 150oC + LM135 và LM135A: Bên trong nó là diode Zenner, độ nhạy 10mV/ oC Nhiệt độ từ 55oC đến 75oC + LM334: Giao tiếp mạch ngồi theo kiểu nguồn dòng Tầm đo nhiệt độ làm việc 55oC đến 75oC + LM335Z: Đây là loại vi mạch cảm biến nhiệt khá thơng dụng trên thị trường Có độ chính xác cao, điện áp ngõ ra thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ Tầm đo nhiệt độ trong khoảng từ -40oC đến 100oC Độ nhạy 10mV/oK Dòng... + Mạch bù điện áp ( Tính R2,VR2,R3,R4,R5,R6 ): Theo u cầu của hệ thống, ta thiết kế mạch sao cho ứng với nhiệt độ 0oC thì điện áp ngõ vào ADC là 0 volt và ứng với nhiệt độ 128oC thì điện áp ngõ vào ADC là 3,84 volt Do vậy, ta thiết kế mạch bù điện áp với đầu vào khơng đảo là V1 và đầu vào còn lại mạch tạo điện áp chuẩn với điện áp là Vch = 2,73V Chọn diode Zenner loại có ký hiệu 1N757, có Vz =3,6V và. .. VR3V 20K R 3 470K 22K 2 .Mạch chuyển đổi AD: Để thực hiện việc chuyển đổi AD, ta sử dụng vi mạch ADC 0809, đây là vi mạch có 8 ngõ vào tương tự và ngõ ra digital 8 bit Để thực hiện việc chuyển đổi và nhận dữ liệu từ ADC, trong đồ án thực hiện các bước sau : + Ngõ vào CLK của 0809 sẽ được điều khiển bởi mạch tạo dao động có tần số khoảng 900KHz + Vref(+) = 3,84V, Vref(-) = 0V + Ngõ vào 0 được chọn nên các... z VO1 VO1 10 C 1 100pF 1 TH AC H _ A N H +5V a .Mạch dao động: 7474 H EAD ER 10 Đây là mạch dao động khơng trạng thái bền dùng cổng not 74LS04 Dạng sóng : VO2 VO1 VC2 VC1 Hình 8.6 : Dạng sóng mạch dao động + Chu kỳ dao động của mạch : Chu kỳ dao động của mạch được quyết định bởi q trình nạp điện của 2 tụ C1 và C2 Chọn C1 = C2, R1 = R2 Chu kỳ dao động của mạch T= T1 + T2 = 2T1 Trong đó: T1 là thời gian... đến các bộ so sánh từ S1 đến Sn Điện áp chuẩn Uch được đặt vào dãy các điện trở R mắc nối tiếp, vì vậy điện áp chuẩn đưa vào từng bộ so sánh khác nhau 1 lượng khơng đổi và giảm từ bộ so sánh S1 đến bộ so sánh Sn Mạch hoạt động theo ngun tắc sau: Khi uA(t) > Uch của bộ so sánh thứ k thì đầu ra bộ so sánh có mức 1, và ngược lại có mức 0 Sau đó đưa vào 1 chân của cổng AND, chân còn lại nối với xung lấy mẫu . tư điều khiển và ổn định nhiệt độ làm việc có hiệu quả trở thành một vấn đề thiết thực. Từ thực tế đó, em đã chọn đề tài tốt nghiệp là thiết kế " ;mạch điều khiển_ổn định và hiển thị nhiệt. kế và thi công hệ thống điều khiển và ổn định nhiệt độ tủ giữ ấm y tế dùng chíp vi điều khiển 89C51, đáp ứng được các yêu cầu sau: + Đo và hiển thị nhiệt độ thực của thiết bị + Đặt nhiệt độ cần. hành thi công và hoàn thiện mạch. 3. Các bản vẽ : - Sơ đồ khối mạch cảm biến _ hiển thị nhiệt độ trên máy tính - Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến _ hiển thị nhiệt độ trên máy tính 4. Cán bộ hướng