Đang tải... (xem toàn văn)
Dùng các vi mạch tương tự và vi mạch số tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng cảm biến IC LM35,LM3X
B CễNG THNG CNG HO X HI CH NGHA VIT NAM TRNG H CễNG NGHIP H NI c lp - T - Hnh phỳc BI TP LN: vi mch tng t v vi mch s S : H v tờn HS-SV: BI VN T Nhúm : Lp:T ng húa 2-K9 MSV :0941240224 stt : 79 Khoỏ : Khoa : in NI DUNG ti: Dựng cỏc vi mch tng t v vi mch s tớnh toỏn, thit k mch o v cnh bỏo nhit s dng cm bin IC LM35,LM3X Yờu cu: - Di o t: t0C = 00C ữ tmax = ữ (50+n)0C=129 C u ra: Chun húa u vi cỏc mc in ỏp: U=0 ữ 5V U= ữ -5V I=0ữ20mA I=4ữ20mA Dựng c cu o ch th hoc LED hin th nhit Khi nhit gii hn bỡnh thng : t0C=03*tmax/4.Thit k mch nhp nhỏy cho LED vi thi gian sỏng v ti bng v bng: T0=(1+0,5*a) giõy Khi nhit vt giỏ tr t0C= 3tmax/4 úng in cho ng c in chiu 24VDC chy lm mỏt a tớn hiu cnh bỏo bng cũi nhit vt giỏ tr : t0C=3*tmax/4=97 CHNG I: TNG QUAN V MCH O Trong k thut o lng nhit ta cú nhiu phng phỏp o nhit nh dựng cm bin nhit in tr kim loi , dựng cp nhit ngu hay dựng IC cm bin nhit Sau õy ta s i tỡm hiu phng phỏp thng dựng nht ú l dựng IC cm bin 1.1 S nguyờn lý chung ca mch o Bn v s nguyờn lý mch o : S nguyờn lý mch o: Cm bin Cnh bỏo Chun húa So sỏnh Hin th Chuyn i ADC 2, Chc nng ca cỏc mch o : cm bin bin i tớn hiu nhit thnh tớn hiu in ỏp in ỏp vo ly t cm bin c chun húa thnh chun cụng nghip so sỏnh ; giỏm sat s thay i nhit a cnh bỏo cnh bỏo : nhit gii hn thỡ cnh bỏo bng led quỏ gii hn thỡ cnh bỏo cũi chuyn di adc: chuyn i tớn hiu Analog sang digital hin th hin th in ỏp Chng II :Cỏc thit b chớnh dựng mch o 2.1Cm bin:LM35 chc nng: LM35 l mt IC tớnh hp cú chc nng bin i tớnh hiu nhit thnh tớn hiu in ỏp ngoi LM35 cũn cú nhiu li khỏc nh LM34,LM3X -VCC chõn cp ngun cho ic hot ng -GND chõn ni t -output tớn hiu thng s: -in ỏp hot ng cp vo chõn l 30V DC -nhit o dc t -55 150 C -in ỏp thay i 10mv/1 C 2.2 B khuch i thut toỏn àA 741 : b khuch i ny dựng nhiu k thut in tr cú cỏc dng khuch i cỏc tớn hiu in nh in ỏp, dũng in, cụng sut phm vi bi ny ta s s dng khch i thut toỏn khuch i in ỏp a t cm bin v dựng b so sỏnh a cnh bỏo cho mch o Hỡnh nh thc t ca b khuch i thut toỏn : Tờn gi v chc nng ca cỏc chõn: Offset null: bự tn s; Inverting Input: ca vo o; Non Inverting Input: ca vo khụng o; Vee : chõn cp ngun õm; + Offset null: bự tn s; Output: ca ra; +Vcc: chõn cp ngun dng; NC: khụng s dng; Thụng s k thut: H s khuch i mch h (K0): 105 ; Tng tr ca vo (ZI): 1M; Tng tr ca (ZO): 150; Dũng in phõn cc ca vo: 0,2àA; in ỏp lch ngừ vi sai: 2mV; Di tn s cho phộp: 1MHz; Tc quột: 0,5V/às; IC to xung vuong NE555 Chc nng: IC 555 l mt mch tớch hp, c s dng khỏ ph bin vic to xung vuụng in ỏp khụng yờu cu v chớnh xỏc cao cng nh tn s ln S cỏc khi, chõn NE555: Hỡnh 2.4: Hỡnh nh thc t, s chõn v s ca NE555 Chõn (GND): cho ni GND ly ngun cp cho IC hay chõn cũn gi l chõn chung Chõn (TRIGGER): õy l chõn u vo thp hn in ỏp so sỏnh v c dựng nh chõn cht hay ngừ vo ca tn so ỏp Mch so sanh õy dựng cỏc transitor PNP vi mc in ỏp chun 2/3 Vcc Chõn (OUTPUT): chõn ny l chõn dựng ly tớn hiu logic Trng thỏi ca tớn hiu c xỏc nh theo mc v 1 õy l mc cỏo nú tng ng gn bng Vcc nu (PWM=100%) v mc tng ng vi 0V nhng thc t nú khụng c mc 0V m nú khong (0.35- >0,75V) Chõn (RESET): dựng lp nh mc trng thỏi Khi chõn s ni masse thỡ ngừ mc thp Cũn chõn ni vo mc cao thỡ trng thỏi ngừ ph thuc vo in ỏp chõn v chõn Nhng m mch to c dao ng thng ni chõn ny lờn Vcc Chõn (CANTROL VOLTAGE): dựng thay i mc ỏp chun IC 555 theo cỏc mc bin ỏp ngoi hay dựng cỏc in tr ngoi ni GND Chõn ny cú th khụng ni cng c nhng gim tr nhiu ngi ta thng ni chõn xung GND thụng qua t in t 0.01uF ny lc nhiu v gi cho in ỏp chun c n nh Chõn (THRESHOLD): l mt nhng chõn u vo so sỏnh in ỏp khỏc v cng c dựng nh chõn cht d liu Chõn (DISCHAGER): cú th xem chõn ny nh khúa in t v chu iu khin bi tng logic ca chõn Khi chõn mc in ỏp thp thỡ khúa ny úng li, ngc li thỡ nú m Chõn t np x in cho mch RC lỳc IC 555 dựng nh tng dao ng Chõn (VCC): õy l chõn cung cp ỏp v dũng cho IC hot ng Thụng s k thut: Ngun h tr: +18V; Cụng sut tiờu th: 600mW; Nhit hot ng: o C ữ70 o C; 2.5 B chuyn i tng t s ADC0804 Chc nng: bin i tớn hiu in ỏp tng t u vo thnh tớn hiu s vi phõn gii 8bit Hỡnh 2.5: S chõn ADC0804 Tờn v chc nng ca tng chõn: Chõn s Tờn Chc nng Chip select Chõn trn chip, u vo tớch cc mc thp kớch hot chớp Read Tớn hiu u vo chuyn t cao xung thp xut d liu ó c chuyn i ti cỏc chõn u Write Tớn hiu u vo chuyn t thp lờn cao bt u quỏ trỡnh chuyn i Clock IN Chõn u vo kt ni vi ng h bờn ngoi Interrupt Chõn ra: tớn hiu mc thp quỏ trỡnh chuyn i kt thỳc Vin (+) in ỏp u vo mc cao ca tớn hiu Analog Vin (-) in ỏp u vo mc thp ca tớn hiu Analog Analog Ground Chõn ni t cho tớn hiu Analog Vref/2 Chõn u vo t giỏ tr in ỏp tham chiu cho tớn hiu Analog 10 Digital Ground Chõn ni t cho tớn hiu Digital 11ữ18 D7ữD0 Chõn ca tớn hiu Digital 19 Clock R S dng cựng vi chõn Clock IN s dng ng h bờn ca ADC 20 Vcc Chõn cp dng ngun, h tr 5V 2.5 B chuyn i tng t s ADC0804 Chc nng: bin i tớn hiu in ỏp tng t u vo thnh tớn hiu s vi phõn gii 8bit Hỡnh 2.5: S chõn ADC0804 Tờn v chc nng ca tng chõn: Chõn s Tờn Chc nng Chip select Chõn trn chip, u vo tớch cc mc thp kớch hot chớp Read Tớn hiu u vo chuyn t cao xung thp xut d liu ó c chuyn i ti cỏc chõn u Write Tớn hiu u vo chuyn t thp lờn cao bt u quỏ trỡnh chuyn i Clock IN Chõn u vo kt ni vi ng h bờn ngoi Interrupt Chõn ra: tớn hiu mc thp quỏ trỡnh chuyn i kt thỳc Vin (+) in ỏp u vo mc cao ca tớn hiu Analog Vin (-) in ỏp u vo mc thp ca tớn hiu Analog Analog Ground Chõn ni t cho tớn hiu Analog Vref/2 Chõn u vo t giỏ tr in ỏp tham chiu cho tớn hiu Analog 10 Digital Ground Chõn ni t cho tớn hiu Digital 11ữ18 D7ữD0 Chõn ca tớn hiu Digital 19 Clock R S dng cựng vi chõn Clock IN s dng ng h bờn ca ADC 20 Vcc Chõn cp dng ngun, h tr 5V 2.6 B cng nh phõn bit 74LS83 Chc nng: tng t nh cỏc b cng nh phõn khỏc, IC s 74LS83 cú l mch tớch hp vi kh nng cng hai s nh phõn bit cho kt qu tng i nhanh S chõn 74LS83: A1ữA4: cỏc chõn u vo s bit th nht; B1ữB4: cỏc chõn u vo s bit th hai; C0: s nh u vo; 1ữ4: cỏc chõn u ca phộp cng; C4: chõn u ca s nh; Vcc: chõn cp ngun 5V; GND: chõn ni t; Hỡnh 2.6: S chõn 74LS83 Hỡnh 2.7: S 74LS83 2.7 B gii mó LED Anot chung 74LS247 Chc nng: t s BCD u vo chuyn i thnh tớn hiu u phc v hin th cho Led S chõn: Hỡnh 2.8: S chõn 74LS247 Hỡnh 2.9: Bng trng thỏi 74LS247 2.8 Led Anot chung S chõn led n: Hỡnh 2.10: S chõn led 2.9 B cng logic DM74LS32 Chc nng: IC DM74LS32 l mch tớch hp dựng cng logic hai tớn hiu u vo v tr v kt qu cng chõn u S chõn: 1A-1Bữ4A-4B: u vo tớn hiu logic cn cng; Y1ữY4: kt qu ca phộp cng logic tng ng; Vcc: chõn cp ngun cho IC hot ng, h tr ngun 5V; GND: chõn ni t; Hỡnh 2.11: S chõn 74LS32 Thụng s k thut: in ỏp ngun cp h tr: 5V; in ỏp mc cao: 2V; in ỏp mc thp: 0.8V; Dũng in mc cao/thp: 0.4/8 mA; Nhit mụi trng lm vic: 00Cữ70oC; 2.10 B nhõn logic SN74LS08 Chc nng: IC SN74LS08 l mch tớch hp dựng nhõn logic hai tớn hiu u vo v tr v kt qu nhõn chõn u S chõn: 1A-1Bữ4A-4B: u vo tớn hiu logic cn nhõn; Y1ữY4: kt qu ca phộp nhõn logic tng ng; Vcc: chõn cp ngun cho IC hot ng, h tr ngun 5V; GND: chõn ni t; Hỡnh 2.12: S chõn SN74LS08 Thụng s k thut: in ỏp ngun cp h tr: 5V; in ỏp vo mc cao: >2V; in ỏp vo mc thp: X= 8/645 R13/(R12*R16)= 8/645 (3) T (1) v (3) ta cú R13=40 ,R12= 50 , R16= 64.5 d)Tớnh toỏn thit k mch chn húa in ỏp 0ữ 20mA Dũng in u I11=Ur/(R10+R11) v Ur=(1+R11/R10)Uv Vi Uv= 1.29V v I11= 20mA Uvmin= 0V I11min= 0mA Uvmax= 1.29V I11max= 20mA C) Chn R10=50 R11=64.5 R12=10k 3.4 Tớnh toỏn, thit k mch nhỏy Led v cnh bỏo a) Yờu cu: chn chun húa in ỏp - v k=500/129 Trong gii hn bỡnh thng: toC = 0oC ữ 97oC, Led nhỏy vi thi gian sỏng ti bng t = (1+0.5*a) = 5.5s Cnh bỏo bng cũi khi nhit ln hn 97oC ) Tớnh toỏn, thit k mch so sỏnh phỏt hin ngng nhit Vi yờu cu trờn ta thc hin thit k mch so sỏnh s KTT àA741 Ti 97oC in ỏp u ca cm bin: Ucb = 97oC * 10mV/ oC = 970mV Do ú in ỏp u ca mch chun húa in ỏp l: Uch (97 oC) = 0.97.k=3.78v Vy mch so sỏnh s chuyn trng thỏi in ỏp u vo so sỏnh ln hn 3.78V Li dng h s khuch i tng i ln ca KTT ta to mch so sỏnh khụng phn hi vi cỏch kt ni nh hỡnh trờn Uout ni vi chõn ca IC555 ip ỏp t chun húa vo nh hn 3.78v thỡ Uout bóo hũa dng v ngc li ) Tớnh toỏn, thit k mch nhỏy Led Theo yờu cu ca bi: thi gian ốn sỏng, tt bng t=5.5s, ú ta s dng IC NE555 ó gii thiu Chng to xung xuụng i xng cp ngun cho Led S nguyờn lý ca mch nh sau: Hỡnh 3.6 S nguyờn lý mch nhỏy Led Ta cú thi gian ốn sỏng c tớnh bng: Chn R3= R4=10k thay vo (*) ta c: t=R5C4ln2=5.5 ta c C=739uF Thụng s k thut ca ốn Led s dng mch: Mu sc: Xanh lỏ; Kớch thc: 0.5mm; in ỏp nh mc: 1.8ữ2V; Dũng nh mc 10ữ25mA Chn in tr hn dũng cho led R13=220 Li dng chc nng ca chõn dựng lp nh mc trng thỏi Khi chõn s ni mc thp thỡ ngừ mc thp Cũn chõn ni vo mc cao thỡ trng thỏi ngừ ph thuc vo in ỏp chõn v chõn Do led ch nhỏy khoóng toC = 0oC ữ 97oC nờn ta kt ni chõn ca NE555 vi u ca mch so sỏnh nh ó trỡnh by trờn, tc l: Khi nhit 97oC: in ỏp ca mch so sỏnh Vout bóo hũa dng ic555 hot dng led nhp nhỏy Khi nhit > 97oC: in ỏp ca mch so sỏnh Vout bóo ho õm lỳc ny ic 555 khụng to xung vuụng na ốn led khụng cũn nhp nhỏy v b tt ) Tớnh toỏn, thit k mch cnh bỏo bng cũi v qut tn nhit Yờu cu ca bi: cnh bỏo bng cũi nhit vt quỏ 97oC, ú ta s dng cũi chớp cú thụng s nh sau: in ỏp nh mc: 5V; ln õm thanh: 80dB; Tn s: 2300 300 Hz; Kớch thc: 9x12mm; Hỡnh 3.7 S nguyờn lý mch cũi cnh bỏo v quat tn nhit li dng tớnh cht ca cng NOT Uch3.78V lỳc ny Uout bóo hũa õm v gn bng Us- qua cng NOT u vo mc thp nờn u mc cao cũi bỏo ng kờu nguyờn lý qut tn nhit: ta dựng transistor thuõn pnp lm khúa in t nhit mc gii hn tc l Uch3.78V u mch so sỏnh bóo hũa õm cc B transistor ni õm ngun lỳc ny transistor bóo hũa UCE=ngun cp ta cp cho cc C transistor in ỏp 24VDC va cho qut 3.5 Tớnh toỏn, thit k mch hin th nhit ) Chuyn tớn hiu in ỏp ca cm bin sang mó nh phõn thc hin iu ny ta s dng ADC0804 vi s nguyờn lý nh sau: Hỡnh 3.9: S nguyờn lý mch chuyn i ADC dựng ng h bờn trong, chõn CLK IN v CLR R ca ADC0804 c kt ni vi in tr 10K v t in 150pF ú thi gian cn thit chuyn i mt tớn hiu tng t sang tớn hiu s l 110às Chõn RD c ni t ADC xut tớn hiu liờn tc trờn cỏc chõn DB0ữDB7 m cng Vin (+) v Vin (-) cho tớn hiu tng t i vo, chõn WR c ni vi ngun to xung IC NE555 cú thi gian xung cao v xung thp bng in ỏp ca cm bin LM35 c ni vi chõn Vin (+) ca ADC ú in ỏp Vin = 0ữ1.29V Do in ỏp u ca cm bin thay i 10mV/oC nờn ta thc hin tớnh toỏn in ỏp cp vo chõn VREF/2 cho mt bc nhy ca ADC tng ng vi 10mV giỏ tr s nh phõn u ADC tng ng l giỏ tr nhit .Vy cn cp vo chõn VREF/2 mt in ỏp tham chiu cú giỏ tr 1.275V ) Chuyn mó nh phõn bit thnh mó BCD v hin th trờn led lm c iu ny, cn xột ti s tng quan gia loi mó: mó thp phõn, mó nh phõn v mó BCD Ta cú bng sau: Nhn thy: Khi giỏ tr [...]... vụ mục đích bảo vệ mạch và các linh kiện điện tử Chúng ta có nhiều loại quạt tản nhiệt, với các mức điện áp từ 5V-9V12V-24V tùy vào yêu cầu mà lựa chọn phù hợp CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO 3.1 Tính toán, lựa chọn cảm biến a) Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 3.1: Sơ đồ mạch nguyên lý khối cảm biến b) Tính toán, lựa chọn cảm biến Theo yêu cầu đặt ra của đề tài: • Dải nhiệt độ cần đo: toC = 0oC ÷ tmax... đầu vào cảm biến từ Vcc=4÷ 30V nên ta chọn Vcc=5V Để làm giảm tác động của tín hiệu nhiễu trong quá trình đo ta mắc song song với chân 2 và chân 3 điện trở R=75Ω và tụ điện C=10nF như theo hướng dẫn của nhà sản xuất 3.2 Tính toán, thiết kế mạch nguồn a) Tính toán, lựa chọn linh kiện Do các bộ khuếch đại thuật toán dùng trong mạch sử dụng nguồn đối xứng DC ±12V và các IC số sử dụng nguồn DC 5V nên mạch. .. nhiệt độ > 97oC: điện áp ra của mạch so sánh Vout bão hào âm lúc này ic 555 không tạo ra xung vuông nữa đèn led không còn nhấp nháy và bị tắt χ) Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo bằng còi và quạt tản nhiệt Yêu cầu của bài: cảnh báo bằng còi khi nhiệt độ vượt quá 97oC, do đó ta sử dụng còi chíp có thông số như sau: • Điện áp định mức: 5V; • Độ lớn âm thanh: 80dB; • Tần số: 2300 ± 300 Hz; • Kích thước:... (1+0.5*a) = 5.5s Cảnh báo bằng còi khi khi nhiệt độ lớn hơn 97oC α) Tính toán, thiết kế mạch so sánh phát hiện ngưỡng nhiệt độ Với yêu cầu trên ta thực hiện thiết kế mạch so sánh sử KĐTT µA741 Tại 97oC điện áp đầu ra của cảm biến: Ucb = 97oC * 10mV/ oC = 970mV Do đó điện áp đầu ra của mạch chuẩn hóa điện áp là: Uch (97 oC) = 0.97.k=3.78v Vậy mạch so sánh sẽ chuyển trạng thái khi điện áp đầu vào so sánh... nguyên lý mạch chuẩn hóa điện áp Do yêu cầu: Điện áp sau khi chuẩn hóa: U= 0÷5V Mặt khác: điện áp cần chuẩn hóa (điện áp ra của cảm biến) : 0÷129mV Nên hệ số khuếch đại của mạch là: Trong mạch này tôi sử dụng KĐTT µA741 để khuếch đại điện áp đầu vào Tính toán giá trị điện trở mắc vào mạch: Hệ số khuếch đại của mạch tính theo công thức: chọn: R1=12.9kΩ; R2=37.1 kΩ; R3=10kΩ b) Tính toán, thiết kế mạch chẩn... phẳng nên ta mắc thêm các tụ hóa có điện dung C= 4700µF nhằm giàn phẳng điện áp, các tục gốm 104 để lọc nhiễu và các tụ hóa 220µF để dàn phẳng điện áp một lần nửa ở của ra của IC ổn áp • Kết quả ta được các điện áp DC ở cửa ra la: -12V DC, +12V DC, +5V DC b) Sơ đồ mạch nguyên lý Hình 3.2: Sơ đồ mạch nguyên lý khối nguồn 3.3 Tính toán, thiết kế mạch chuẩn hóa a) Tính toán, thiết kế mạch chẩn hóa điện áp... 0 ÷ (50+n) oC • Với n: là số thứ tự sinh vi n trong danh sách Với yêu cầu trên ta thay n= ta được: • Dãi nhiệt độ cần đo: toC = 0oC ÷ 129 oC Do nhiệt độ cần đo toC = 0oC ÷ 129 oC nằm trong khoảng -55oC ÷ 150 oC nên ta chọn cảm biến nhiệt LM35 Như đã giới thiệu ở trên về cảm biến nhiệt LM35 ta thực hiện tính toán số liệu đầu ra như sau: • Tại t=0oC: điện áp đầu ra của cảm biến Vout = 0oC * 10mV/ oC... Dòng điện ra mức cao/thấp: 0.4/8 mA; • Nhiệt độ môi trường làm vi c: 00C÷70oC; 2.10 Bộ nhân logic SN74LS08 Chức năng: IC SN74LS08 là mạch tích hợp dùng để nhân logic hai tín hiệu đầu vào và trả về kết quả nhân ở chân đầu ra Sơ đồ chân: • 1A-1B÷4A-4B: đầu vào tín hiệu logic cần nhân; • Y1÷Y4: kết quả của phép nhân logic tương ưng; • Vcc: chân cấp nguồn cho IC hoạt động, hỗ trợ nguồn 5V; • GND: chân nối... được thiết kế như sau: • Sử dụng 2 IC ổn áp LM7812 và LM7912 để tạo nguồn đối xứng DC ±12V; IC ổn áp LM7805 để tạo nguồn áp 5V DC; • Do chủ yếu sử dụng nguồn điện xoay chiều 220V nên chọn điện áp đầu vào khối nguồn là: 220V AC • Để IC ổn áp có thể làm vi c được ổn định cần tạo ra nguồn áp một chiều đầu vào lớn hơn điện áp cần ổn định từ 3÷5V nên: Chọn hệ số biến đổi của biến áp: 220V/20V; Sử dụng cầu... cổng Vin (+) và Vin (-) cho tín hiệu tương tự đi vào, chân WR được nối với nguồn tạo xung IC NE555 có thời gian xung cao và xung thấp bằng nhau Điện áp ra của cảm biến LM35 được nối với chân Vin (+) của ADC khi đó điện áp Vin = 0÷1.29V Do điện áp đầu ra của cảm biến thay đổi 10mV/oC nên ta thực hiện tính toán điện áp cấp vào chân VREF/2 sao cho một bước nhảy của ADC tương ứng với 10mV để giá trị số nhị