Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh Đại Học Bách Khoa Khoa Cơ Khí Bộ Môn Cơ Điện Tử Môn Học: Đo Lường & Điều Khiển Bằng Máy Tính Chương III Cảm Biến TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Nội Dung Bài Giảng Hôm Nay         Định nghĩa & ứng dụng cảm biến Các hiệu ứng vật lý Mạch xử lý tín hiệu đo Cảm biến quang Cảm biến tiệm cận Cảm biến nhiệt độ Cảm biến vị trí & dịch chuyển Cảm biến lực trọng lực TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Định Nghĩa & Ứng Dụng Của Cảm Biến Cảm Biến • Là thiết bị chịu tác động đại lượng vật lý tính chất điện m cho đại lượng vật lý có tính chất điện x như: điện trở, điện tích, điện áp, dòng điện tương ứng với m • x = f(m): gọi phương trình chuyển đổi cảm biến Hàm f() phụ thuộc vào cấu tạo, vật liệu làm cảm biến … Để chế tạo cảm biến phải ứng dụng hiệu ứng vật lý TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Ứng Dụng Cảm Biến • Trong hệ thống điều khiển tự động, cảm biến đóng vai trò quan trọng cảm biến thiết bị cung cấp thông tin trình điều khiển cho điều khiển để điều khiển đưa định phù hợp nhằm nâng cao chất lượng trình điều khiển Có thể so sánh cảm biến hệ thống điều khiển tự động giác quan người TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Các Hiệu Ứng Vật Lý Hiệu Ứng Hỏa Điện • Tinh thể hoả điện (như sulfate triglycine), có tính phân cực điện tự phát phụ thuộc vào nhiệt độ • Trên bề mặt đối diện chúng tồn điện tích trái dấu Độ lớn điện áp hai mặt tỷ lệ thuận với độ phân cực điện tinh thể hỏa điện TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hiệu Ứng Áp Điện • Khi tác động lực học lên vật làm chất áp điện (như thạch anh), làm cho vật bị biến dạng làm xuất hai mặt đối diện vật lượng điện tích trái dấu • Hiệu ứng dùng để chế tạo cảm biến đo lực, đo áp suất, gia tốc … thông qua việc đo điện tích cực tụ điện TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hiệu Ứng Cảm Ứng Điện Từ • Khi dẫn chuyển động từ trường xuất sức điện động tỷ lệ với biến thiên từ thông nghĩa tỷ lệ với tốc độ chuyển động dẫn • Hiệu ứng điện từ ứng dụng để chế tạo cảm biến đo tốc độ dịch chuyển vật thông qua việc đo sức điện động cảm ứng TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hiệu Ứng Quang Điện • Hiệu ứng quang điện tượng điện - lượng tử, điện tử thoát khỏi vật chất sau hấp thụ lượng từ xạ điện từ • Bản chất hiệu ứng quang điện tượng giải phóng hạt dẫn tự vật liệu tác dụng xạ ánh sáng TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Ứng Dụng Tế Bào Quang Dẫn TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Photo Diode  Photo diode tiếp giáp P-N tạo vật liệu như: Ge, Si (cho vùng ánh sáng trông thấy gần hồng ngoại), GaAs, InAs, CdHgTe, InSb cho vùng ánh sáng hồng ngoại  Tin mang liệu cần trao đổi  PC → thiết bị ngoại vi:  Tin địa  Tin liệu trao đổi  Tin mang lệnh điều khiển TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Các Phương Thức Trao Đổi Tin  Trao đổi theo chương trình:  chế độ trao đổi tin máy tính trao đổi với thiết bị ngoại vi lệnh vào ra, lệnh dịch chuyển liệu ghi  Ngôn ngữ Assembly: IN, OUT, MOV  Ngôn ngữ Pascal:  Đọc byte liệu: x: =port [địa chỉ];  Xuất byte liệu: port [địa chỉ] :=y;  Ngôn ngữ C:  Đọc byte liệu: x=inport[địa chỉ];  Đƣa byte liệu: outport (địa chỉ, y); TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Các Phương Thức Trao Đổi Tin  Trao đổi đồng bộ:  Máy tính tiến hành trao đổi tin với thiết bị ngoại vi khởi động xong mà không cần biết trạng thái dƣờng dây nhƣ thiết bị ngoại vi  Tốc độ trao đổi tin thiết bị ngoại vi lớn tốc độ trao đổi tin máy tính  Thiết bị ngoại vi phải trạng thái sẵn sàng máy tính khởi động TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Các Phương Thức Trao Đổi Tin  Trao đổi không đồng bộ:  Trước trao đổi tin máy tính tiến hành đọc, kiểm tra trạng thái thiết bị ngoại vi, thiết bị ngoại vi sẵn sàng tiến hành trao đổi tin ngược lại chờ  Nếu tin bị lỗi yêu cầu phía phát phải truyền lại  Độ tin cậy cao tốc độ chậm phương pháp đồng TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Các Phương Thức Trao Đổi Tin  Trao đổi theo ngắt chương trình:  Bước 1: Khi thiết bị ngoại vi có yêu cầu trao đổi gửi tín hiệu yêu cầu (ngắt) đến máy tính  Bước 2: Máy tính dừng chương trình phục vụ (nếu thiết bị ngoại vi yêu cầu có mức ưu tiên cao hơn) nhớ lại điểm dừng đồng thời gửi tín hiệu xác nhận, yêu cầu thiết bị ngoại vi trao đổi tin  Bước 3: Máy tính thiết bị ngoại vi trao đổi tin theo chương trình (gọi chương trình phục vụ ngắt)  Bước 4: Kết thúc trao đổi, máy tính trở lại chương trình từ điểm dừng TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Các Phương Thức Trao Đổi Tin  Trao đổi DMA (Direct Memory Access):  phương thức trao đổi trực tiếp với khối nhớ máy tính mà không thông qua CPU  Khi đó, CPU trạng thái treo, nhƣờng quyền điều khiển BUS cho khối ghép nối  Thiết bị ngoại vi khối nhớ máy tính tiến hành trao đổi (đọc/ghi liệu), sau qúa trình kết thúc nhƣờng lại quyền điều khiển BUS cho CPU TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Vai Trò, Nhiệm Vụ & Cấu Trúc Của Khối Ghép Nối Vai Trò Khối Ghép Nối  Khối ghép nối giữ vai trò trung chuyển tin  Khi chuyển tin từ thiết bị ngoại vi vào PC, khối ghép nối nhận tin từ thiết bị ngoại vi, xử lý gửi cho máy tính theo định dạng, tốc độ thích hợp  Ngược lại, từ PC thiết bị ngoại vi, khối ghép nối nhận tin từ máy tính, xử lý giữ cho thiết bị ngoại vi theo dạng phù hợp với thiết bị ngoại vi tương ứng TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Nhiệm Vụ Khối Ghép Nối  Phối hợp mức công suất tín hiệu  Mức tín hiệu đƣờng dây máy tính mức TTL (nằm khoảng 0V-5V) công suất thƣờng nhỏ  Mức tín hiệu thiết bị ngoại vi đa dạng công suất thường lớn  Yêu cần khối ghép nối phải có khả phối hợp mức công suất tín hiệu : chuyển đổi mức, khuếch đại, phối hợp công suất TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Nhiệm Vụ Khối Ghép Nối  Phối hơp dạng tin  Tín hiệu đường dây máy tính tín hiệu số dạng song song  Tín hiệu thiết bị ngoại vi tín hiệu số, tương tự dạng nối tiếp, song song  Khối ghép nối phải có nhiệm vụ biến đổi tương thích khuôn dạng tín hiệu thiết bị ngoại vi máy tính: biến đổi số/tương tự, tương tự/số; chuyến đổi nối tiếp/song song, song song/nối tiếp TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Nhiệm Vụ Khối Ghép Nối  Phối hơp tốc độ trao đổi tin  Tốc độ trao đổi tin máy tính lớn nhiều lần so với tốc độ trao đổi tin thiết bị ngoại vi  Khối ghép nối thường phải nhận tin theo xung nhịp thiết bị ngoại vi phát tin theo xung nhịp máy tính  Để thực nhiệm vụ này, khối ghép nối thường có nhớ đệm TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Nhiệm Vụ Khối Ghép Nối  Phối hơp phương thức trao đổi tin  Một khối ghép nối hệ thống nhỏ, có phần mềm chí hệ điều hành  Một khối ghép nối đương nhiên phối hợp với máy tính  Khối ghép nối có khả phối hợp trở kháng, cảm kháng, dung kháng mạch điện tử máy tính thiết bị ngoại vi TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Cấu Trúc Chung Của Khối Ghép Nối TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn The End 63 [...]... bán dẫn, nếu năng lượng của photon đủ lớn (lớn hơn độ rộng vùng cấm của chất), năng lượng này sẽ giúp cho điện tử dịch chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, do đó làm thay đổi tính chất điện của chất bán dẫn (độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng lên do chiếu sáng) TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Hiệu Ứng Nhiệt Điện • Hai dây dẫn (M1) và (M2) có bản chất hóa học khác nhau hàn lại với nhau Nếu... nhqthinh@hcmut.edu.vn Xử Lý Tín Hiệu Tương Tự Mạch cầu cân bằng: Thí dụ: Một mạch cầu Wheatstone được dùng để đo một giá trị điện trở chưa biết (Rs như hình trên) Biến trở R3 được cân chỉnh cho đến khi mạch cầu cân bằng Khi mạch cầu cân bằng, R2 = 500 , R3 = 226 , và R4 =1000  Xác định giá trị Rs Giải: TS Ngô Hà Quang Thịnh, nhqthinh@hcmut.edu.vn Xử Lý Tín Hiệu Tương Tự Xác định giá trị Rs (từ phần tử cảm biến)