Đang tải... (xem toàn văn)
Yêu cầu: Dải đo từ: t°C = 0°C ÷ tmax = 0(100+15×n)°C Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp 1. U=0 ÷ 10V 2. I=0 ÷ 20mA Dùng cơ cấu đo để chỉ thị. Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷tmax2. Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: ﺡ = (1+0,5×a) giây. Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt giá trị: t°C=tmax2 Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân. Xây dựng bộ hiển thị số BCD. Trong đó: a: Chữ số hàng đơn vị của danh sách ( ví dụ: STT = 3 →a=3; STT=10 →a=0 n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.
Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BÀI TẬP LỚN MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ, VI MẠCH SỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:BÙI THỊ KHÁNH HÒA SINH VIÊN THỰC HIỆN:ĐẶNG CÔNG HOÀN LỚP:TỰ ĐỘNG HÓA – K8 Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 NỘI DUNG Đề Tài: Dùng vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến nhiệt điện trở Yêu cầu: - Dải đo từ: t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100+15×n)°C - Đầu ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp U=0 ÷ 10V I=0 ÷ 20mA - Dùng cấu đo để thị - Khi nhiệt độ giới hạn bình thường: t°C=0÷t max/2 Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: 0,5+1) = ×ﺡa) giây - Đưa tín hiệu cảnh báo còi nhiệt độ vượt giá trị: t°C=t max/2 - Dùng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng hiển thị số BCD Trong đó: a: Chữ số hàng đơn vị danh sách ( ví dụ: STT = →a=3; STT=10 →a=0 n: Số thứ tự sinh viên danh sách PHẦN THUYẾT MINH Yêu cầu bố cục nội dung: Chương 1: Tổng quan mạch đo Chương 2: Giới thiệu thiết bị 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 mạch nhấp nháy cho LED - Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo - Dùng phần mềm mô mạch Kết luận hướng phát triển Chương 1: Tổng quan mạch đo I.Tổng quan Trong đo lường tín hiệu thường nhỏ tồn dạng vật lý.Do muốn xử lí chúng,ta phải có mạch khuếch đại, mạch biến đổi để xử lý tín hiệu Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 Đo nhiệt độ vậy, có nhiều phương pháp đo tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật giải nhiệt độ Phân làm phương pháp : Đo trực tiếp đo gián tiếp Đo trưc tiếp phương pháp đo chuyển đổi nhiệt điện đươc đặt trực tiếp môi trường cần đo Đo gián tiếp phương pháp đo dụng cụ đo đặt môi trường cần đo(áp dụng với trường hơp đo nhiệt độ cao ) Ta khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo cao Đo nhiệt độ phương pháp trưc tiếp ta lại khảo sát loại nhiệt kế cặp nhiệt ngẫu nhiệt kế nhiệt điện trở Trong kỹ thuật đo lường nhiệt độ ta có nhiều phương pháp để đo nhiệt độ dùng cảm biến nhiệt điện trở kim loại , dùng cặp nhiệt ngẫu hay dùng IC cảm biến nhiệt độ Sau ta tìm hiểu phương pháp thường dùng dùng cặp nhiệt ngẫu Nhiệt điện trở (Resitance temperature detector –RTD) - Cấu tạo RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được quấn tùy theo hình dáng đầu đo - Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở hai đầu dây kim loại thay đổi, tùy chất liệu kim loại có độ tuyến tính khoảng nhiệt độ định - Ưu điểm: độ xác cao Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây không hạn chế - Khuyết điểm: Dải đo bé Cặp nhiệt điện, giá thành cao Cặp nhiệt điện - Dải đo: -200~700 độ C - Ứng dụng: Trong ngành công nghiệp chung, lò sấy, công nghiệp môi trường hay gia công vật liệu, hóa chất… II.Hình thành sơ đồ khối Sơ đồ khối Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 Mạch đo gồm có khối : Khối cảm biến Mạch khuếch đại (Mạch KĐ vi sai) Mạch chuyển đổi U-I Mạch so sánh Mạch cảnh báo Bộ ADC Cơ cấu thị Khối hiển thị BCD Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo : TEMP Bộ ADC Khối hiển thị BCD Chức khối mạch đo • Khối cảm biến có chức biếnMạch đổi tín hiệuCơ không Khốibiến cảm: Khối cảm Mạch KĐ cấu điện biến điện thành tín hiệu điện điện áp tương ứng chuyển chỉbiến thị nhiệt thành tín hiệu đâyU-I ta dùng cảm điện trở kim loại để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp • Khối khuếch đại : Có chức khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới, Mạch so cảnh tín hiệu điện cảm biến đưa thường béMạch nên ta phải khuếch đại lên để sánhhạn chế nhiễu thìbáo đưa vào mạch điện khác.Để người ta thường sử dụng mạch khuếch đại vi sai • Mạch chuyển đổi U sang I: có tác dụng chuyển đổi tín hiệu từ dạng điện áp sang dòng điện đưa lên cấu thị (Cơ cấu điện từ) • Mạch so sánh : Có tác dụng so sánh tín hiệu đưa từ khối khuếch đưa khối sau Việc so sánh tín hiệu ứng dụng cho mạch cảnh báo có nhiệt độ • Khối cánh báo : Cảnh báo cho người biết nhiệt độ tăng cao so với nhiệt độ cho phép • Bộ ADC: Có chức chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.Sau đưa lên phận giải mã để hiển thị • Khối hiển thị BCD: Có chức chuyển đổi đầu vào 4bit 8bit sang bảng mã BCD để hiển thị nhiệt độ tương ứng Đó khối dùng mạch đo cảnh báo nhiệt độ dùng nhiệt điện trở kim loại III.Tổng quan mạch đo 3.1 Mạch đo Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 Đối tượng cần đo đại lượng vật lý, dựa vào đặc tính đại lượng cần đo mà chọn loại cảm biến phù hợp để thực việc biến đổi thông số cần đo thành đại lượng điện hay điện áp Sau tín hiệu chuyển qua lọc khuếch đại lên Tín hiệu sau hiệu chỉnh chuyển qua chuyển đổi U-I để đưa vào cấu thị Tín hiệu chuyển thành tín hiệu số thông qua chuyển đổi ADC Sau tín hiệu số từ ADC chuyển sang mã hóa BCD qua giải mã hiển thị lên hình cấu hiển thị tương ứng 3.2 Các phương pháp đo nhiệt độ Đo nhiệt độ phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên môi trường, điện đại lượng cần đo Nhiệt độ phân làm nhiều dải để đo: + Dải mức thấp + Dải mức trung bình + Dải mức cao Nhiệt độ đo với cảm biến hỗ trợ + Cặp nhiệt kế + Nhiệt điện kế kim loại + Nhiệt điện trở kim loại + Nhiệt điện trở bán dẫn + Cảm biến thạch anh Chương : Giới thiệu thiết bị Cảm biến PT100 Chọn cảm biến nhiệt điện trở (hay gọi can nhiệt) Pt100 Cụ thể cảm biến nhiệt ADTEK - E1 Hãng sản xuất :ADTEK (Đài Loan) -Dải đo: - 550 độ C - Chiều dài can: 10 cm D=6.3 mm - Cách điện cho dây dẫn bên trong: ceramic - Vật liệu đầu bao dây: Khuôn nhôm đúc màu xanh - Vật liệu ống bảo vệ: SUS 316 ống đúc - Nhiệt độ môi trường cho đầu đấu dây: - 80 độ C Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 - Loại dây dẫn: dây Hình dạng Pt100 (E52MY) Cấu tạo Pt-100 1.1.Cấu tạo Pt100 làm từ dây kim loại platinum tên gọi Pt-100 tức đặt môi trường có nhiệt độ 00C (nước đá) điện trở 100 ôm Cứ tăng khoảng 10C điện trở tăng lên khoảng 0.39 ôm - Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ PT100: Cảm biến Pt100 cấu tạo dây kim loại plantium dựa nguyên tắc thay đổi điện trở kim loại theo nhiệt độ(Theo phương trình Callendar-vab dusen) + Trong khoảng nhiệt độ từ 0-1000 C ta tính sau: R t = R (1+0,391%T) Với: Rt : Điện trở nhiệt độ T R0 =100Ω điện trở 00 C Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 Tức tăng 10 C điện trở Pt100 tăng 0,391Ω Với sai số nhiệt độ ±0,50C Ta đo Pt100 sau: Ở 00C điện trở Pt100 100 Ω nên để cầu wheatstone cân điện trở R1 , R2, R3 ta chọn 100 Ω L điện trở dây nối , Eo điện áp cung cấp , Es điện áp ngõ 2.Bộ khuếch đại thuật toán uA741 Trang Trường ĐHCN Hà Nội Chân 1- Chỉnh Không Chân 2- Nhập Trừ Chân 3- Nhập Cộng Chân 4- Điện Nguồn -V Chân 5- Không Dùng Chân 6- Chân Xuất Chân 7- Điện Nguồn +V Chân 8- Không Dùng Đặng Công Hoàn-TĐH1 Hình 2.6.Sơ đồ chân OPAMP uA741 Kí hiệu: Điện áp làm việc OPAMP uA741 từ -5V/+5V ÷ -15V/+15V OpAmp linh kiện có nhiều chức năng: - Khuếch đại hiệu hai điện nhập Vo = A(V+ - V-) - Khuếch đại điện âm dương Vo = AV+(V- = 0) Vo = -AV-(V+ = 0) - So sánh hai điện nhập Vo = Vs s Khi V+ > VVo = -VssKhi V+ < VVo= 0Khi V+ = VNgoài ra, mạch tích phân ,vi phân ,mạch cộng ,mạch trừ IC555 Chân 1- Nối đất Chân 2- Ngõ vào xung Chân 3- Ngõ Chân 4- Hồi phục Chân 5- Điện áp điều khiển Chân 6- Điện áp ngưỡng Chân 7- Xả điện Hình 2.7.Sơ đồ chức chân IC555 Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 Chân 8- Nguồn cấp dương Mạch tích hợp IC555 mạch tích hợp tương tự - số ứng dụng rộng rãi Khi kết hợp với phần tử R,C bên cho phép có mạch tạo xung đơn (mạch định thì) có độ rộng xung mong muốn, mạch dao động tạo dãy xung vuông có tần số xác định Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương OA điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hinh 2.9.Nguyên lý hoạt động IC555 Hình 2.8.Sơ đồ nguyên lý IC555 Chu kỳ xung phụ thuộc nhiều vào phần tử R,C bên • Thời gian nạp (có xung ra): tn = 0.69(RA+RB)C • Thời gian xả điện (không có xung ra): tn = 0.69RBC • Chu kì: T=0.69(RA+2RB)C 4.ADC0804 Chip ADC0804 chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC080X Chip có điện áp nuôi +5V độ phân giải bit Ngoài độ phân giải thời gian chuyển đổi tham số quan trọng đánh giá ADC Thời gian chuyển đổi định nghĩa thời gian mà ADC cần để chuyển đầu vào tương tự thành số nhị phân Đối với ADC0804 thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ cấp tới Trang Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 chân CLK CLK IN không bé 110µs Các chân khác ADC0804 có chức sau: + CS (Chip select): Chân số 1, chân chọn chip, đầu vào tích cực mức thấp sử dụng để kích hoạt Chip ADC0804 Để truy cập tới ADC0804 chân phải đặt mức thấp + RD (Read): Chân số 2, chân nhận tín hiệu vào tích cực mức thấp Các Hình 2.10.Sơ đồ chân ADC0804 chuyển đổi 0804 chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân giữ ghi Chân RD sử dụng phép đưa liệu chyển đổi tới đầu ADC0804 Khi CS = có xung cao xuống thấp áp đến chân RD liệu dạng số bit đưa tới chân liệu (DB0 – DB7) + WR (Write): Chân số 3, chân vào tích cực mức thấp dùng báo cho ADC biết để bắt đầu trình chuyển đổi.Nếu CS = WR tạo xung cao xuống thấp ADC0804 bắt đầu trình chuyển đổi giá trị đầu vào tương tự Vin thành số nhị phân bit Khi việc chuyển đổi hoàn tất chân INTR ADC hạ xuống thấp + CLK IN CLK R: CLK IN (chân số 4), chân vào nối tới đồng hồ sử dụng để tạo thời gian Tuy nhiên ADC0804 có tạo xung đồng hồ riêng Để dùng đồng hồ riêng chân CLK IN CLK R (chân số 19) nối với tụ điện điện trở Tần số đồng hồ xác định biểu thức: f=1,1/RC VD: Với R = 10 kΩ, C = 150 pF tần số f = 606 kHz thời gian chuyển đổi 110 µs Ngắt INTR (Interupt): Chân số 5, chân tích cực mức thấp Bình thường chân trạng thái cao việc chuyển đổi tương tự số hoàn tất chuyển xuống mức thấp để báo cho CPU biết liệu chuyển đổi sẵn sàng để lấy Sau INTR xuống thấp, cần đặt CS = gửi xung cao xuống thấp tới chân RD để đưa liệu Trang 10 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 Hình 2.11.Xác định giá trị điện trở vòng màu Cách đọc điện trở : Vì điện trở đa dạng nên để đọc xác điện trở ta cần xác định trị số vòng màu - Vòng số vòng cuối luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, vòng sai số điện trở, đọc trị số ta bỏ qua vòng - Đối diện với vòng cuối vòng số 1, đến vòng số 2, số - Vòng số vòng số hàng chục hàng đơn vị - Vòng số bội số số 10 Sau thiết kế mạch phải lựa chọn loại điện trở phù hợp mạch đo, để hiển đầu xác e.Transistor Transitor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận , ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược Kí hiệu: Nguyên lý hoạt động: Muốn cho tranzito làm việc ta phải cung cấp cho chân cực điện áp chiều thích hợp Có ba chế độ làm việc tranzito là: chế độ tích cực (hay chế độ khuếch đại), chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa Cả hai loại tranzito P-N-P N-P-N có nguyên lý làm việc giống nhau, có chiều nguồn điện cung cấp vào chân cực ngược dấu + Chế độ ngắt: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực ngược Tranzito có điện trở lớn có dòng điện nhỏ chạy qua nên tranzito coi không dẫn điện + Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện cho hai tiếp xúc P-N phân cực thuận Tranzito có điện trở nhỏ dòng điện qua lớn Ở chế độ ngắt chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm việc phần tử tuyến tính mạch điện Ở chế độ tranzito khóa điện tử sử dụng mạch xung, mạch số + Chế độ tích cực: Ta cấp nguồn điện cho tiếp xúc phát TE phân cực thuận, tiếp xúc góp TC phân cực ngược Ở chế độ tích cực, tranzito làm việc với trình Trang 12 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 biến đổi tín hiệu dòng điện, điện áp, hay công suất có khả tạo dao động, khuếch đại tín hiệu 6.Cơ cấu thị Là thiết bị hiển thị cho người dùng biết nhiệt độ đối tượng cần đo Có nhiều cấu thị khác như: từ điện, điện động Cụ thể ta sử dụng cấu thị từ điện.Vì dòng điện dòng chiều điện áp chiều với giá trị bé Cấu tạo chung: phần tĩnh phần động • Phần tĩnh: gồmnam châm vĩnh cửu, mạch từ cực từ lõi sắt hình thành mạch từ kín Giữa cực từ lõi sắt có có khe hở không khí gọi khe hở làm việc, đặt khung quay chuyển động • Phần động: gồm: khung dây quay quấn bắng dây đồng Khung dâyđược gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo) Trên trục quay có hai lò xo cản mắc ngược nhau, kim thị thang đo Nguyên lý làm việc chung: có dòng điện chạy qua khung dây (phần động), tác động từ trường nam châm vĩnh cửu (phần tĩnh) sinh mômen quay Mq làm khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu góc α Mômen quay tính theo biểu thức: M q ==B.S.I.W B: độ từ cảm nam châm vĩnh cửu S: tiết diện khung dây W: số vòng dây khung dây Với cấu thị cụ thể B, S, W, D số nên góc lệch α tỷ lệ bậc với dòng điện I chạy qua khung dây Trang 13 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 Các đặc tính chung: từ biểu thức suy cấu thị từ điện có đặc tính sau: + Chỉ đo dòng điện chiều + Đặc tính thang đo + Độ nhạy số 7.Thiết bị cảnh báo Để cảnh báo nhiệt ta sử dụng chuông cảnh báo coài cảnh báo, ta sử dụng đồng thời hai để cảnh báo nhiệt Những thiết bị thường hoạt động đơn giản dễ dàng lắp đặt sử dụng nguồn chiều hay xoay chiều 8.Nguồn cấp cho mạch Trong mạch sử dụng nguồn điện chiều với cấp điện áp 5V, -12V/+12V tùy theo yêu cầu mạch thực tế nguồn điện chiều thường chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều nguồn cấp gồm có : Máy biến áp có chức hạ áp từ 220V xuống cấp điện áp thấp mà ta sử dụng 5V, -12V+ Bộ chỉnh lưu cầu gồm có điot, tụ điện, điện cuộn cảm có tác dụng chỉnh lưu từ dòng xoay chiều sang dòng chiều sơ đồ nguyên lý khối chỉnh lưu: Hình 2.12 Sơ đồ mạch chỉnh lưu cầu pha với tải khác Chương : Tính toán thiết kế mạch đo Trang 14 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 I.Tính toán, lựa chọn cảm biến Ở đề tài yêu cầu dải nhiệt độ từ t°C = 0°C ÷ t max = 0÷(100+ 15×n)°C (với n=19) tức khoảng 0oC÷415oC ta chọn ta chọn nhiệt điện trở pt100 cụ thể E52MY để sử dụng đề tài - Dải đo: - 550 độ C - Cấu tạo dây kim loại plantium dựa nguyên tắc thay đổi điện trở kim loại theo nhiệt độ II.Tính toán, thiết kế mạch đo -Mô hình mạch đo proteus E+RT1 S+ 415.00 SERTD-PT100 R0 in I 28.5k R4 100 +1.38 Volts Hình 3.1: mạch cầu hoàn chỉnh với khuếch đại điện áp Trang 15 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 III.Tính toán, thiết kế mạch nguồn 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 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: IV.Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa Đầu ra: Chuẩn hóa đầu với mức điện áp: U=0÷ -10V I=0÷20mA a Chuẩn hóa đầu U=0÷ 10V - Để chuẩn hóa U=0÷ 10V ta sử dụng mạch khuếch đại không đảo với hệ số khuếch đại 1(do tín hiệu điện áp khuếch đại 0÷10V tương ứng với 0oC÷415oC mạch khuếch đại vi sai) - Sơ đồ mô Proteus Trang 16 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 R1 1k R2 -12V E+RT1 S+ 6.25k U1:A 415.00 in I CON 28.5k SERTD-PT100 R0 TL072 R4 100 +12V +10.0 Volts +1.38 Volts Hình 3.2.Mạch đo mạch chuẩn hóa điện áp đầu b Kết luận: Điện áp chuẩn hóa từ mạch đo c Chuẩn hóa đầu I=0÷20mA - Để chuẩn hóa đầu dạng dòng điện từ mạch đo Có nhiều mạch biến đổi từ điện áp – dòng điện với khuếch đại thuật toán - Đối với yêu cầu (đầu I 0÷20mA) ta sử dụng sơ đồ mạch biến đổi U-I với KĐTT - Sơ đồ mô Proteus Trang 17 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 R8 R9 10k 10k -12V R11 U2:A 69 +12V 8 TL072 R10 R12 1k 1k U2:B +20.0 in I +12V TL072 mA R13 1k -12V Hình 3.3.Mạch đo mạch biến đổi U-I - Tính toán giá trị linh kiện mạch: • Điều kiện mạch: • Biểu thức dòng điện ra: + Với + Với • Từ suy ra: , : =>\ , : => • Chọn • Từ suy ra: - Kết luận: Mạch cho phép thay đổi hệ số biến đổi cách thay đổi V.Tính toán mạch nhấp nháy cho LED - Khi nhiệt độ giới hạn bình thường: t°C=0÷t max/2 (từ 0oC ÷ 207.5oC) Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng tối bằng: +1) = ﺡ 0,5×a) giây (với STT=21 => a=1 => 1.5 = ﺡgiây ) Trang 18 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 - Với yêu cầu đặt giải pháp dùng mạch so sánh + mạch tạo xung vuông đối xứng với T=11s Cụ thể ta dùng mạch tạo xung vuông đối xứng sử dụng IC555 - Nguyên lý hoạt động chung mạch: Khi nhiệt độ nằm giới hạn oC ÷ 207.5oC U- U+ điện áp mạch so sánh mức L, qua cổng logic AND điện áp U o mức (dựa vào bảng chân lý) Khi chân (RST) kéo xuống mức thấp (0V), IC555 ngừng làm việc => LED không nhấp nháy Sơ đồ mô Proteus Hình 3.4.Mạch nhấp nháy cho LED - Tính toán giá trị linh kiện mạch: Mạch so sánh: Khi U- = 5mA Trang 19 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 + Vậy =1kΩ Mạch logic (Cổng logic): Mạch sử dụng AND, đầu + Bảng chân lý phép nhân logic A 0 1 B 1 Z=A.B 0 Hình 3.5 Ký hiệu bảng chân lý phép nhân logic Mạch tạo xung vuông đối xứng sử dụng IC555( nhấp nháy LED) + Với chu kỳ T=3s, ta có T=0.69 R19=R20(do thời gian nạp thời gian xả) + Chọn C2=10uF, =>R19=R20=200kΩ + Chọn R18=1kΩ, C1=0.01uF + Hình mô xung IC555 ứng với T=3s 1.5s + 3s Hình 3.6 Xung vuông đối xứng Kết luận: Thời gian tụ nạp thời gian LED sáng thời gian tụ xả điện thời gian đèn tắt chu kỳ VI.Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo - Khi nhiệt độ vượt tmax/2 =207.5oC đưa tín hiệu cảnh báo tới loa Với yêu cầu ta sử dụng mạch so sánh, cổng logic + van bán dẫn đơn giản sử dụng transistor kết hợp với relay đóng ngắt mạch - Nguyên lý hoạt động chung mạch: Khi nhiệt độ vướt t max/2 = 207.5oC U> U+ điện áp mạch so sánh mức L, qua cổng logic AND điện áp U o Trang 20 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 mức (dựa vào bảng chân lý) Chân B transistor kéo xuống mức 0, đồng thời transistor phân cực thuận, xuất dòng điện I EC qua relay làm relay hoạt động mạch loa khép kín khiến loa kêu Ngược lại transistor bị phân cực ngược dòng qua relay nên loa không kêu - Sơ đồ mô Proteus Hình 3.8.Mạch cảnh báo loa nhiệt độ - Tính toán giá trị linh kiện mạch: • Ở để đơn giản ta sử dụng loa thạch anh với điện áp danh định 5V Van bán dẫn PNP sử dụng 2N3906, A1015 • Điện trở tương ứng chân ta chọn sau: RB = R30 = 10kΩ, RC = R31= 220Ω • Để ứng dụng thực tế , sử dụng van bán dẫn kết hợp với rơle để cảnh báo chuông điện xoay chiều 220V thiết bị bạn muốn điều khiển • Relay loại relay 5v có độ nhạy cao VII Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng hiển thị số BCD 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 Trang 21 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 đổi Cụ thể mạch sử dụng IC555 để tạo xung vuông LED D 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 V IN chuyển đổi sang mã nhị phân - Sơ đồ mô Proteus Hình 3.9.Bộ chuyển đổi điện áp sang mã nhị phân bit - Tính toán giá trị linh kiện mạch: Mạch chuyển điện áp sang mã nhị phân + Thời gian chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số định dao động nối với chân CLK IN CLK R Chọn R23 = 10 kΩ, C5 = 150 pF => tần số f = 606 kHz (f=1,1/RC) thời gian chuyển đổi 110 µs + Chân INTR chân ngắt nối với LED D1 thông qua R24 = 220 Ω Mạch tạo xung vuông dùng IC555 + Ở ta chọn thời gian lấy mẫu 1s: • T=0.69 • Chọn + Cứ sau 1s IC lại chuyển đổi lần điện áp chuyển đổi sang mã nhị phân liên tục Xây dựng hiển thị số BCD - 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 Trang 22 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 - 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 + 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 Trang 23 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 -Mạch cộng số BCD thực theo sơ đồ: Hình 3.10 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 Trang 24 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 • 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 thịhàng trăm - Tiếp theo phần hiển thị kết quả: ta sử dụng IC 7447 để giải mã LED đoạn - Sơ đồ mô Proteus Hình 3.11.Bộ chuyển đổi bit sang BCD Chương 4: Kết luận hướng phát triển 4.1 Kết luận Với đề tài giao em cố gắng hoàn thành thời gian quy định.Trong trình thiết kế, kiến thức hạn hẹp trình độ hiểu biết chuyên môn tương Trang 25 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 đối hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót, khuyết điểm.Em mong nhận góp ý bảo nhiệt tình từ phía thầy cô để đề tài hoàn thiện 4.2 Hạn chế Hạn chế: - Sai số lớn hệ số Ku khối khuếch đại lớn, thực tế khó chỉnh điện áp 0V,do điện trở tiến đến vô - Mạch hiển thị số phức tạp 4.3 Hướng phát triển đề tài Cơ cấu hiển thị chuyển điện áp sang nhị phân dùng vi điều khiển (8051,AVR ) để chuyển đổi hiển thị Trang 26 [...]... chiều + Đặc tính thang đo đều + Độ nhạy là 1 hằng số 7 .Thiết bị cảnh báo Để cảnh báo quá nhiệt ta có thể sử dụng chuông cảnh báo hoặc coài cảnh báo, hoặc ta có thể sử dụng đồng thời cả hai để cảnh báo quá nhiệt Những thiết bị này thường hoạt động đơn giản dễ dàng lắp đặt và sử dụng được cả nguồn một chiều hay xoay chiều 8.Nguồn cấp cho mạch Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với cấp điện áp 5V,... Hoàn-TĐH1 Vin (+) và Vin (-): Chân số 6 và chân số 7, đây là 2 đầu vào tương tự vi sai, trong đó Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) được nối tới đất và Vin(+) được dùng làm đầu vào tương tự và sẽ được chuyển đổi về dạng số Vcc: Chân số 20, là chân nguồn nuôi +5V Chân này còn được dùng làm điện áp tham chiếu khi đầu vào Vref/2 để hở Vref/2: Chân số 9, là chân điện áp đầu vào được dùng làm điện. .. lớn và chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy qua nên tranzito coi như không dẫn điện + Chế độ dẫn bão hòa: Cung cấp nguồn điện sao cho cả hai tiếp xúc P-N đều phân cực thuận Tranzito có điện trở rất nhỏ và dòng điện qua nó là khá lớn Ở chế độ ngắt và chế độ dẫn bão hòa, tranzito làm vi c như một phần tử tuyến tính trong mạch điện Ở chế độ này tranzito như một khóa điện tử và nó được sử dụng trong các mạch. .. thay đổi điện trở kim loại theo nhiệt độ II .Tính toán, thiết kế mạch đo -Mô hình mạch đo trên proteus E+RT1 S+ 415.00 SERTD-PT100 R0 in I 28.5k R4 100 +1.38 Volts Hình 3.1: mạch cầu hoàn chỉnh với khuếch đại điện áp ra Trang 15 Trường ĐHCN Hà Nội Đặng Công Hoàn-TĐH1 III .Tính toán, thiết kế mạch nguồn Vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế thì nguồn lại là các nguồn... đối xứng Kết luận: Thời gian tụ được nạp chính là thời gian LED sáng và thời gian tụ xả điện là thời gian đèn tắt trong một chu kỳ VI. Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo - Khi nhiệt độ vượt quá tmax/2 =207.5oC thì đưa ra tín hiệu cảnh báo tới loa Với yêu cầu như vậy thì ta sử dụng luôn mạch so sánh, cổng logic ở trên + một van bán dẫn đơn giản sử dụng transistor kết hợp với relay đóng ngắt mạch - Nguyên... Hình 3.3 .Mạch đo và mạch biến đổi U-I - Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch: • Điều kiện của mạch: • Biểu thức dòng điện ra: + Với + Với • Từ suy ra: , : =>\ , : => • Chọn • Từ suy ra: - Kết luận: Mạch cho phép thay đổi được hệ số biến đổi bằng cách thay đổi V .Tính toán mạch nhấp nháy cho LED - Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷t max/2 (từ 0oC ÷ 207.5oC) Thiết kế mạch nhấp nháy... hơn, lọc bằng tụ điện khá đơn giản và chất lượng học khá cao Nên ta dùng tụ điện + Khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra +5V, +12V/-12V Ta sẽ dùng IC7812/IC7912 và 7805 + Sơ đồ khối của mạch nguồn: IV .Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp: 1 U=0÷ -10V 2 I=0÷20mA a Chuẩn hóa đầu ra U=0÷ 10V - Để chuẩn hóa U=0÷ 10V ta sẽ sử dụng mạch khuếch đại... có thể sử dụng van bán dẫn kết hợp với rơle để cảnh báo bằng chuông điện xoay chiều 220V hoặc thiết bị bạn muốn điều khiển • Relay ở đây là loại relay 5v có độ nhạy cao VII Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân Xây dựng bộ hiển thị số BCD 1 Sử dụng ADC0804 chuyển điện áp sang mã nhị phân - ADC0804 là một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân... cực ngược và không có dòng đi qua relay nên loa không kêu - Sơ đồ mô phỏng trên Proteus Hình 3.8 .Mạch cảnh báo ra loa khi quá nhiệt độ - Tính toán các giá trị linh kiện trong mạch: • Ở đây để đơn giản ta sử dụng loa thạch anh với điện áp danh định là 5V Van bán dẫn PNP có thể sử dụng 2N3906, A1015 • Điện trở tương ứng trên các chân ta chọn như sau: RB = R30 = 10kΩ, RC = R31= 220Ω • Để ứng dụng trong... cần đo Có nhiều cơ cấu chỉ thị khác nhau như: từ điện, điện động Cụ thể trong bài ta sẽ sử dụng cơ cấu chỉ thị từ điện. Vì dòng điện ra là dòng 1 chiều và điện áp ra cũng là 1 chiều với giá trị bé Cấu tạo chung: phần tĩnh và phần động • Phần tĩnh: gồmnam châm vĩnh cửu, mạch từ và cực từ 3 và lõi sắt 6 hình thành mạch từ kín Giữa cực từ 3 và lõi sắt 6 có có khe hở không khí đều gọi là khe hở làm vi c, ... Hoàn-TĐH1 Vin (+) Vin (-): Chân số chân số 7, đầu vào tương tự vi sai, Vin = Vin(+) – Vin(-) Thông thường Vin(-) nối tới đất Vin(+) dùng làm đầu vào tương tự chuyển đổi dạng số Vcc: Chân số 20,... trị số vòng màu - Vòng số vòng cuối luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, vòng sai số điện trở, đọc trị số ta bỏ qua vòng - Đối diện với vòng cuối vòng số 1, đến vòng số 2, số - Vòng số vòng số hàng... Hoàn-TĐH1 Mạch đo gồm có khối : Khối cảm biến Mạch khuếch đại (Mạch KĐ vi sai) Mạch chuyển đổi U-I Mạch so sánh Mạch cảnh báo Bộ ADC Cơ cấu thị Khối hiển thị BCD Bản vẽ sơ đồ khối nguyên lý mạch đo