Đang tải... (xem toàn văn)
BÀI tập lớn môn Vi mạch tương tự:Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.Yêu cầu: Dải đo từ: t0C =tmin – tmax = 0(60+n)0C.Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=010V và I=020mA. + Dùng cơ cấu đo để chỉ thị.Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn, còi khi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: Ud=(tmaxtmin)2n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN: VMTT Số : 4 Họ và tên HS-SV : . Nhóm : 4 MSV : Lớp : Khoa : Điện. NỘI DUNG Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ. Yêu cầu: - Dải đo từ: t 0 C =t min – t max = 0-(60+n) 0 C. - Đầu ra: + Chuẩn hóa đầu ra: U=0-10V và I=0-20mA. + Dùng cơ cấu đo để chỉ thị. - Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng đèn, còi khi nhiệt độ vượt giá trị cảnh báo: U d =(t max - t min )/2 - n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách. PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu về bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan về mạch đo Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo - Tính toán, lựa chọn cảm biến - Tính toán, thiết kế mạch đo - Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp - Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa - Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo. - Kết luận và hướng phát triển Yêu cầu về thời gian : Ngày giao đề : 06-12-2013 Ngày hoàn thành: 15-12-2013 BỘ CÔNG THƯƠNG Mẫu: MC - 11) ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC : VI MẠCH TƯƠNG TỰ Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tinh toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ. Giáo viên hướng dẫn: MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan về mạch đo 1. 1 Khái niệm về nhiệt độ……………………………………………………… 1. 1. 1 Khái niệm…………………………………………………………… 1. 1. 2 Thang đo nhiệt độ…………………………………………………… 1. 1. 3 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ………………………………… 1. 2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc…………………………………… 1.3 Đo nhiệt độ cao bằng phương pháp tiếp xúc………………………………… 1.4 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc…………………………… 1.5 Tổng quan về mạch đo……………………………………………………… 1.5.1 sơ đồ khối……………………………………………………………… 1.5.2 vai trò tác dụng của các khối……………………………………………………………………………… Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính 2.1.Giới thiệu về IC cảm biến nhiệt LM35………………………………………… 2.2.Giới thiệu về IC ổn áp 7805…………………………………………………… 2.3.Giới thiệu IC LM358………………………………………………………… 2.4.Led biby……………………………………………………………………… Chương 3.Tính toán và thiết kế 3.1. Tính toán các khối…………………………………………………………… 3.2. Sơ đồ tổng thể ……………………………………………………………… 3.3. Thuyết minh CHƯƠNG 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ 1. 1 Khái niệm về nhiệt độ 1. 1. 1 Khái niệm: Nhiệt độ là đại lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên tử, phân tử của một hệ vật chất. Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất ( rắn, lỏng, khí) mà chuyển động này có khác nhau. ở trạng thái láng, các phân tử dao động quanh vi trí cân bằng nhưng vi trí cân bằng của nó luôn dịch chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định. Còn ở trạng thái rắn, các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng. Các dạng vận động này của các phân tử, nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt trên tuân theo 2 nguyên lý: Bảo toàn năng lượng. Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thất.Ởtrạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt. Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách vận chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh lệch về tỉ trọng. 1. 1. 2 Thang đo nhiệt độ: Tõ xa xưa con người đã nhận thức được hiện tượng nhiệt và đánh giá cường độ của nó bằng cách đo và đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo của mỗi thời kỳ. Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng được định nghĩa theo từng vùng,từng thời kỳ phát triển của khoa học kỹ thuật và xã hội. Hiện nay chúng ta có 3 thang đo nhiệt độ chính là: Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ). Thang Celsius ( C ): T( 0 C ) = T( 0 K ) – 273,15. Thang Farhrenheit: T( 0 F ) = T( 0 K ) – 459,67. Đây là 3 thang đo nhiệt độ được dùng phổ biến nhất hiện nay. Trong đó thang đo nhiệt độ tuyệt đối (K) được quy định là mét trong 7 đơn vị đo cơ bản của hệ đơn vị quốc tế (SI). Dựa trên 3 thang đo này chúng ta có thể đánh giá được nhiệt độ. 1. 1. 3 Sơ lược về phương pháp đo nhiệt độ: Nhiệt độ là đại lượng chỉ có thể đo gián tiếp trên cơ sở tính chất của vật phụ thuộc nhiệt độ. Hiện nay chúng ta có nhiều nguyên lí cảm biến khác nhau để chế tạo cảm biến nhiệt độ như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt ngẫu, phương pháp quang dựa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt, phương pháp dựa trên sự dãn nở của vật rắn, lỏng, khí hoặc dựa trên tốc độ âm… Có 2 phương pháp đo chính: Ở dải nhiệt độ thấp và trung bình phương pháp đo là phương pháp tiếp xúc, nghĩa là các chuyển đổi được đặt trực tiếp ngay trong môi trường đo. Thiết bị đo như: nhiệt điện trở, cặp nhiệt, bán dẫn. Ở dải nhiệt độ cao phương pháp đo là phương pháp không tiếp xóc ( dông cụ dặt ngoài môi trường đo). 1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường là các nhiệt kế tiếpxúc. Có hai loại là: nhiệt kế nhiệt điện trở và nhiệt kế nhiệt ngẫu. Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi trường đo. Đốivới môi trường khí hoặc nước, chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy. Với vật rắn khi đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang chuyển đổi và sẽ gây tổn hao nhiệt, nhất là với vật dẫn nhiệt kém. Do vậy diện tích tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt. Khi đo nhiệtđộ của các chất hạt (cát, đất…), cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo và thường dùng nhiệt kế nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài 1.3. Đo nhiệt cao độ bằng phương pháp tiếp xúc Ở môi trường nhiệt độ cao từ 1600oC trở lên, các cặp nhiệt ngẫu không chịu được lâu dài, vì vậy để đo nhiệt độ ở các môi trường đó người ta dựa trênhiện tượng quá trình quá độ đốt nóng cặp nhiệt: ϴ= ƒ(ṭ)= ∆T(1- Trong đó :ϴ: là lượng tăng nhiệt độ của đầu nóng trong thời gian t ∆T - hiệu nhiệt độ của môi trường đo và cặp nhiệt ∂: hằng số thời gian của cặp nhiệt ngẫu Dựa trên quan hệ này có thể xác định được nhiệt độ của đối tượng đo mà không cần nhiệt độ đầu làm việc của cặp nhiệt ngẫu phải đạt đến nhiệt độ ấy. Nhúng nhiệt ngẫu vào môi trường cần đo trong khoảng (0,4 – 0,6)s, ta sẽ được phần đầu của đặc tính quá trình quá độ của nhiệt ngẫu và theo đó tính được nhiệt độ của môi trường. Nếu nhiệt độ đầu công tác của cặp nhiệt ngẫu trong thời gian nhúng vào môi trường cần đo đạt nhiệt độ vào khoảng một nửa nhiệt độ môi trường thì nhiệt độ tính được có sai số không quá hai lần sai số của nhiệt kế nhiệt nhẫu đo trực tiếp. Phương pháp này dùng để đo nhiệt độ của thép nấu chảy. 1.4. Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc: Đây là phương pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ năng lượng theo mọi hướng với khẳ năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt của mọi vật thể đặc trưng nghĩa là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị thời gian với một đơn vị diện tích của vật xảy ra trên một đơn vị của độ dài sóng. 1.5 Tổng quan về phương pháp đo nhiệt độ 1.5.1: Sơ đồ khối Để thực hiện phép đo của một đại lượng nào đó thì phụ thuộc vào đặc tính của đại lượng cần đo ,điều kiện đo, cũng như độ chính xác yêu cầu của một phép đo mà ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của hệ thống đo lường khác nhau trên cơ sở của các hệ thống đo lường khác nhau. Sơ đồ của một hệ thống đo lường tổng quát: Khối chuyển đổi Mạch đo Chỉ thị Sơ đồ khối đo: 1.5.2:vai trò tác dụng của các khối AD Chỉ Thị LED Mạch chuyển đổi U/I Bộ khuếch đại Cảm biến Còi, đèn Mạh So Sáh Khối chuyển đổi: làm nhiệm vụ đổi trực tiếp các đại lượng vật lý đặc trưng cho đối tượng cần đo biến đổi các đại lượng thành các đại lượng vật lý thống nhất (dòng điện hay điện áp ) để thuận lợi cho việc tính toán. -Khối so sánh: làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu vừa đưa về với tín hiệu đã cài đặt.Tuỳ theo tín hiệu ngõ ra, sẽ ra quyết định để cơ cấu chấp hành gia tăng, giảm, hay giữ nguyên nhiệt độ thậm chí có thể kết hợp để báo động hiển thị . -Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu điện nhận được từ bộ chuyển đổi sao cho phù hợp với yêu cầu kết quả đo của bộ chỉ thị. -Khối chỉ thị:làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ mạch đo để thể hiện kết quả đo. Hệ thống đo lường số được áp dụng để thực hiện đề tài này vì có các ưu điểm: các tín hiệu tương tự qua biến đổi thành các tín hiệu số có các xung rõ ràng ở trạng thái 0,1 sẽ giới hạn được nhiều mức tín hiệu gây sai số .Mặt khác ,hệ thống này tương thích với dữ liệu của máy tính,qua giao tiếp với máy tính ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật. Có thể hiện ra mà hình LCD, LED 7 đoạn, LED đơn. -Khối khuếch đại dùng làm ứng dụng thông thường, đầu ra được điều khiển bằng một mạch hồi tiếp âm sao cho có thể xác định độ lợi đầu ra, tổng trở đầu vào và tổng trở đầu ra. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 1.Giới thiệu về IC cảm biến nhiệt LM35 Hình ảnh IC LM35 SƠ đồ chân ICLM35 Chân 1: Chân nguồn Vcc Chân 2: Đầu ra Vout Chân 3: GND Cảm biến LM 35 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 [...]... mức độ Làm vi c của các mạch rất đơn giản như chúng ta biết LM358 so sánh điện áp tại đầu vào pin và cung cấp cho bạn các đầu ra và đưa ra các chỉ thị 4.led biby Là bộ phận báo động trong mạch thiết kế này… CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1.Tính toán các khối Mạch khuếch đại vi sai: Trong bài, sử dụng mạch khuếch đại vi sai cơ bản có nhiệm vụ khuếch đại điện áp thỏa mãn yêu cầu của đề bài Ura=0-10V... *Phạm vi làm vi c theo đề bài yêu cầu là:từ 0○ C đến +120 ○ C Với dải điện áp như bài cho =>Nên dùng ADC 10bit.Với điều kiện thông thường ta ko cần đo nhiệt độ âm vì thế sẽ chỉ có từ 0->10v Hoạt động với dải điện áp vào:0V tới 10 V Với tải đầu ra:0,1 ôm cho 1 mA dòng qua tải Hệ số tự phát nhiệt (nhiệt lượng tỏa ra khi làm vi c) so với môi trường chung quanh:0,08 độ C *Tính toán đầu ra của LM 35 Vi c... max là 10V Điện áp tương ứng là 1,2V mà LM35 thay đổi trong 10mV 2,IC7805(IC ổn áp 5V) Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp.Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Vi c dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là... đề bài Ura=0-10V Hình 4: Mạch khuếch đại vi sai cơ bản Mạch khuếch đại này có điện áp ra =(1+)Nếu chọn Thì = () Chọn =5k , =0V,mà =1,2V nên =41,7k Mạch chuyển đổi U/I Yêu cầu của bài là chuyển đổi nguồn U=0-10v đến dòng I=0-20mA Hình ảnh sơ đồ biến đổi u/I Ta có U1=10V Từ sơ đồ ta có Uo=(1+ Rl/R1)U1 lại có Uo=(Rl+R1)IL Suy ra IL=(1/R1)U1 Mà ta lại có IL=20mA (theo yêu cầu bài cho dòng diện biến đổi... cung cấp thay đổi .Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để đưa vào ngõ IN Khi kết nối mạch điện, do nhiều... Chọn RL=0.2k,R3=10k Mạch so sánh và cảnh báo Giả sử mạch khuếch đại từ 1,2V lên 5V Với mạch điện thông thường thì khoảng chuẩn hóa từ 3V-5V Còn LM35 thì chuẩn hóa là 5V nên Ta có hệ số khuếch đại là K=5/1,2=4,17 Dải nhiệt độ bài cho là (0- 1200C) nên Nhiệt độ trung bình ttb = ( tmax– tmin )/2 = ( 1200 – 00 )/2= 600C nên ta chọn nhiệt độ cảnh báo Là tcb= ttb=600C Ucb =0,6V Mạch so sánh và cảnh báo... đồ mạch so sánh Mạch nguồn cung cấp ở bài này ta có điện áp chuẩn cung cấp cho ICLM35 là 5V để hoạt động chuẩn xác nhất thì điện áp cung cấp phải luôn luôn ổn định thì sai số của cảm biến sẽ chính xác hơn rất nhiều Do vậy ta sử dụng nguồn +5V Điều chỉnh điện áp :dùng biến áp 7805 Sơ đồ mạch điều chỉnh điện áp 3.2.Sơ đồ tổng thể(chụp từ protus) 3.3.thuyết minh nguyên lý hoạt động Cấp nguồn cho mạch. .. LM35 - > ADC - > Vi điều khiển Dùng ADC 10 bit Giá trị của ADC này từ [-1024 đến 1024] nên ta chỉ lấy giá trị dương giá trị ADC của nó là 0 đến 2048 LM 35 có nhiệt độ tối đa là 150○C Mà bài yêu cầu nằm trong khoảng là t= (0○C -120○C) Cứ 10mV tương ứng với 1○C nên : + Tại 0○C thì giá trị đầu ra của LM35 thì điện áp 0V Mà với LM35 nhiệt độ Max là 150˚C thì điện áp đầu ra là 1,5V +Theo bài tại 120○C thì... IN Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa... 1500C theo yêu cầu bài cho thì dải nhiệt độ cho phép là (0- 1200C) LM35 nhận tín hiệu đầu vào là nhiệt độ đưa ra đầu ra la điện áp với độ phân dải là 10mV/oC lúc này tín hiệu đưa ra có giá trị từ (0V-0,120V),tín hiệu đầu ra của LM35 được đưa đến khuệch đại điện áp (đáp ứng thỏa mãn điện áp cho mạch so sánh và cảnh báo )lúc này mức điện áp được khuếch đại lên (0V-10V) đầu ra của mạch khuếch đại đưa . THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN: VMTT Số : 4 Họ và tên HS-SV : . Nhóm : 4 MSV : Lớp : Khoa : Điện. NỘI DUNG Đề tài: Dùng. hoàn thành: 15-12-2013 BỘ CÔNG THƯƠNG Mẫu: MC - 11) ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Khoa Điện BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC : VI MẠCH TƯƠNG TỰ Đề tài: Dùng các vi mạch tương tự tinh toán, thiết kế mạch đo và. áp xuất ra ở chân out của LM35 tăng 10mV *Phạm vi làm việc theo đề bài yêu cầu là:từ 0○ C đến +120 ○ C. Với dải điện áp như bài cho =>Nên dùng ADC 10bit.Với điều kiện thông thường ta ko cần