BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

BỘ MÔN KTĐ & THCN

--------------- o0o ----------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPĐề tài:

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ

THIẾT KẾ MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ MÁY TÍNH

Giáo viên hướng dẫn: Th.S LÊ THỊ THANH HÀ

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN MINH THƯ

NGUYỄN VĂN QUYẾT

Líp: KTĐ&THCN – K3

HÀ NỘI - 04/2008

Bé giáo dục và đào tạo Cộng hoà xã hội chủ nghỉa Việt Nam Trường ĐHBK Hà Nội Độc lập tự do hạnh phóc ..………………. …………………

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Nguyễn Minh Thư Nguyễn Văn QuyếtKhoá : K3 Khoa : Điện1. Đề tài thiết kế: Ngiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ và thiết kế thiết bị đo nhiệt độ, hiển thi máy tính.2. Các số liệu ban đầu : Dải nhiệt độ đầu vào từ 0á1000C Sai sè cho phép của thiết bị 1,5%3. Mục đích yêu cầu của bài toán: Ngiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ Phân tích đề tài, chọn phán thiết kế Thiết kế phần cứng tổng thể Ngiên cứu chi tiết các linh kiên sử dụng trong thiết kế Tính sai số của mạch thiết kế4. Các bản vẽ: Sơ đồ các khối chức năng Sơ đồ mạch đo5. Giáo viên hớng dẫn: Thạc sĩ : Lê Thị Thanh Hà6. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ thiết kế: CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)

SINH VIÊN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN (Ký, ghi rõ họ tên)

Mục lục

Chương 1 : Các phương pháp đo nhiệt độ………………

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………………

1.2.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở…………………

1.2.1.1 Nhiệt điện trở kim loại………………………...

1.2.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn…………………………

1.2.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu……………………

1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ……………………………….

1.2.3.1 LM335……………………………………….

1.2.3.2 ADC22100……………………………………

1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc…………

1.3.1 Hoả quang kế phát xạ………………………………

1.3.2 Hoả quang kế cường độ sáng………………………

1.3.3 Hoả quang kế màu sác………………………………

Chương 2 : Tính toán và thiết kế tổng thể thiết bị đo……

2.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo…………………………………

2.2 Thiết kế phần cứng……………………………………….

2.2.1 senser……………………………………................

2.2.1.1 Khái niệm………………………………………

2.2.1.2 Cấu tạo LM335…………………………………

2.2.1.3 Nguyên lý hoạt động……………………………

2.2.1.4 Sơ đồ chân LM741…………………..

2.2.2 Mạch chuyển đổi chuẩn hoá………………………….

2.2.3 Thiết kế card thu thập và xử lý thông tin……………..

2.2.3.1 ADC 0809 và các mạch phụ…………………….

2.2.3.2 Vi xử lý 89C51 và các mạch phụ…………..

2.2.3.3 Lưu đồ thuật toán chương trình………..

2.2.4 Thiết kế nguồn cung cấp……………………………

2.2.4.1 Khái niệm cơ bản về bô ổn áp………………………

2.2.4.2 Nguyên tắc ổn áp…………………………………...

2.2.4.3 Sơ đồ khối của nguồn cung cấp ổn định……………

2.2.5 Sơ đồ nguyên lý của card thu thập dữ liệu………………

Chương 3 : Linh kiện sử dụng trong thiết kế …………………

3.1 Bộ biến đổi ADC 0809………………………………………

3.1.1 Đặc điểm……………………………………………….

3.1.2 Các thông số kỹ thuật……………………………………

3.1.3 Sơ đồ chân………………………………………………

3.1.4 Nguyên lý………………………………………………

3.1.5 Hoạt động………………………………………………

3.2 Vi xử lý………………………………………………………

3.2.1 Đặc điểm…………………..…………………………...

3.2.2 Mô tả………………………………………………….

3.2.3 Định dạng chân………………………………………….

3.2.4 Sơ đồ chân……………………………………………….

3.2.5 Timer/ Counter…………………………………………..

3.2.6 Chế độ nghỉ……………………………………………...

3.2.7 Chế độ nguồn giảm……………………………………...

3.2.8 Các bit khoá chương trình……………………………….

3.3 Cổng truyền thông RS 232…………………………………...

3.3.1 Về chuẩn RS 232………………………………………...

3.3.2 Cổng nối tiếp RS 232……………………………………

3.3.3 Các yêu cầu của chuẩn RS 232 víi phần tạo dạng phát…

3.4 Giới thiệu về máy tính PC……………………………………

3.4.1 Giới thiệu chung về máy tính……………………………

3.4.2 Các cổng vào ra của máy tính…………………………...

3.4.3 Cổng nối tiếp…………………………………………….

Chương 4 : Đánh giá sai sè chung……………………………

4.1 Sai số của senser………………………………………

4.2 Sai số của bộ khuếch đại…………………………….

4.3 Sai số của ADC………………………………………………

4.3 Kết luận => sai số toàn mạch……………………..

4.4 Cách hiệu chỉnh sai số………………………………………

Lời nói đầu

Đo nhiệt độ là một trong các phương pháp cơ bản và thường gặp trong

đo lường, nó đã có từ lâu, mỗi giai đoạn có những phương pháp đo khác

nhau. Trước đây khi công nghệ điên tử và bán dẫn chưa phát triển thì các

mạch đo chủ yếu dùa trên kỹ thuật tương tự, phương pháp xử lý chủ yếu dùa

vào phần cứng cho nên giá trị đó có sai số lớn, thiết bị cồng kềnh, lắp đặt

không thuận tiện . Đến đầu những năm 80 và nhất là những năm cuối thế kỷ

20, khi công nghệ bán dẫn và vi mạch phát triển mạnh, cùng với sự phát

triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật số đã được ứng dụng rộng rãi

trong các ngành đo lường điều khiển làm thay đổi hẳn phương pháp xử lý tín

hiệu đo. Trước đây xử lý tín hiệu đo chủ yếu là đo bằng phần cứng thì ngày

nay việc xử lý được mềm hoá cùng với sự ra đời của những sensor thông

minh đã làm cho các thiết bị đo ngày càng thông minh và độ chính xác cao

hơn. Ngày nay xuất hiên nhiều phương pháp đo nhiệt độ sử dụng cảm biến

loại cặp nhiệt, nhiệt điện trở hay bán dẫn hoặc sử dụng phương pháp phân

tích phổ để xác định nhiệt độ. Đối với những nơi không trực tiếp đặt được

các đầu đo nhiệt độ (nơi có nhiệt độ quá cao). Nhìn chung các phương pháp

đo nhiệt độ có nhiều nét giống nhau nhưng cách xử thì có thể khác nhau, tuỳ

vào mục đích và yêu cầu kỹ thuật đối với từng công việc cụ thể nhưng mục

đích cuối cùng của phép đo là thể hiện giá trị nhiệt độ với khoảng sai sè cho

phép có thể chấp nhận được.

Phần chi tiết em xin trình bày dưới đây.

Chương 1CÁC 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. Ở trạng 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:

Từ 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 một 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 chóng ta

có 3 thang đo nhiệt độ chính là:

Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ).

Thang Celsius ( C ): T( 0C ) = T( 0K ) – 273,15.

Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( 0K ) – 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 một trong 7 đơn vị đo cơ

bản của hệ đơn vị quốc tế (SI). Dùa 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 chóng 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 dùa trên phân bố phổ bức xạ nhiệt, phương pháp dùa

trên sự dãn nở của vật rắn, lỏng, khí hoặc dùa 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 xúc

( dông cụ dặt ngoài môi trường đo). Các thiết bị đo nh: cảm biến quang, hoả

quang kế ( hoả quang kế phát xạ, hoả quang kế cường độ sáng, hoả quang kế

màu sắc)…

1.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc

1.2.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trở:

Nguyên lý hoạt động:

Điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và dùa vào sự thay

đổi điện trở đó người ta đo được nhiệt độ cần đo.

Nhiệt điện trở dùng trong dụng cụ đo nhiệt độ làm việc với dòng phụ tải nhỏ

để nhiệt năng sinh ra do dòng nhiệt điện trở nhỏ hơn so với nhiệt năng nhận

được từ môi trường thí nghiệm.

Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện

trở là có hệ số nhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn…

Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kim

loại và nhiệt điện trở bán dẫn.

1.2.1.1 Nhiệt điện trở kim loại:

Quan hệ giữa nhiệt điện trở của nó và nhiệt độ là tuyến tính, tính lặp

lại của quan hệ là rất cao nên thiết bị được cấu tạo đơn giản. Nhiệt điện trở

kim loại thường có dạng dây kim loại hoặc màng mỏng kim loại có điện trở

suất thay đổi theo nhiệt độ. Trong điện trở kim loại dược chia thành 2 loại:

Kim loại quý (Pt)

Kim loại thường (Cu, Ni…)

Platin được chế tạo với độ tinh khiết cao, cho phép tăng độ chính xác

của các đặc tính điện trở của nó, hơn nữa Platin còn trơ về mặt hoá học và

ổn định tinh thể, cho phép hoạt động tốt trong dải nhiệt độ rộng. Ngoài ra nó

lại còn có tính lặp rất cao, sai số ngẫu nhiên thấp ( dưới 0,01%), có độ sai

khác 0.01 0C…

Niken có độ nhạy cao hơn so với Platin nhưng Niken có tính hoá học

cao, dễ bị oxy hoá khi nhiệt độ tăng do vậy dải nhiệt độ làm việc của nó bị

hạn chế ( dưới 2500C ). Tuy vậy nó lại có giá thành rẻ vẫn đáp ứng về mặt

kỹ thuật cho nên cũng hay được sử dụng.

Đồng cũng được sử dụng nhiều vì sự thay đổi nhiệt độ của đồng có độ

tuyến tính cao, giống nh Niken thì hoạt tính hoá học của đồng lớn nên dải

nhiệt độ làm việc của đông bị hạn chế ( dưới 180 0C ).

Để đạt được độ nhạy cao nhiệt điện trở phải lớn muốn vậy phải giảm

tiết diện và tăng chiều dài dây. Để có độ bền cơ học tốt các nhiệt điện trở

kim loại có trị số điện trở R vào khoảng 100 ở 00C. Các nhiệt điện trở có

trị số lớn thường dùng đo dải ở nhiệt độ thấp vì ở đó cho phép thu được độ

nhạy cao. Để sử dụng cho mục đích công nghiệp các nhiệt điện trở có vỏ bọc

tốt, chống được va chạm và rung mạnh…

Đối với bạch kim thì giữa điện trở và nhiệt độ trong giới hạn từ 0

660 0C được biểu diễn bằng biểu thức:

Rt = Ro(1+At+Bt2 )

Trong đó Ro là nhiệt độ ở 00C

Đối với bạch kim tinh khiết thì: A = 3,940.10-3/ 0C

B = -5,6.10-7/ 0C

Trong khoảngtừ -190 00C thì quan hệ giữa điện trở của bạch kim

với nhiệt độ có dạng: Rt = 1+At+Bt2+C(t-100)3

Trong đó C = -4,10.10-12/ 0C

Đối với đồng ta có công thức: Rt = Ro(1+t).

Trong đó: Ro - điện trở ở nhiệt độ 00C

0 - hệ số nhiệt độ đối với khoảng nhiệt độ bắt đầu từ 00V

bằng 4,3.10-3/ 0C.

Trong khoảng nhiệt độ từ -500C 1500C. Loại này có thể dùng được

trong các môi trường có độ Èm và khí ăn mòn.

Trong thực tế có loại nhiệt điện trở TCM-0879-01T3 bằng đồng công

thức mô tả: Rt = 50(1+4,3.10-3T) ().

1.2.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn:

Nhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ hỗn hợp nhiều oxit kim loại

khác nhau (ví dô nh: CuO, MnO…). Một số nhiệt điện trở bán dẫn đặc

trưng bởi quan hệ: Rt = A.eB/T

Trong đó A: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bấn

dẫn, kích thước và hình dạng của vật.

B: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bán dẫn.

T: Nhiệt độ Kenvin của nhiệt điện trở.

Nhược điểm của nhiệt điện trở bán dẫn là có hệ số phi tuyến giữa điện

trở với nhiệt độ. Điều này gây khó khăn cho việc có thang đo tuyến tính và

việc lầm lẫn giữa các nhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt.

Nhiệt điện trở có thể dùng mạch đo bất kỳ để đo điện trở nhưng thông

thường dùng mạch cầu không cân bằng, chỉ thị là Logomet từ điện hoặc cần

tự động cân bằng, trong đó một nhánh là nhiệt điện trở khi sản xuất hàng

loạt.

NÕu dùng cầu 2 dây dụng cụ sẽ có sai sè do sù thay đổi nhiệt điện trở

của đường dây khi nhiệt độ môi trường thay đổi.

1.2.2 Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt ngẫu:

Nguyên lý làm việc:

Bộ cảm biến cặp nhiệt ngẫu là 1 mạch từ có 2 hay nhiều thanh dẫn

điện gồm 2 dây dẫn A và B. Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn có

nhiệt độ t và t0 khác nhau thì trong mạch khép kín có một dòng điện chạy

qua. Chiều của dòng điện này phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng của mối hàn

nghĩa là t > t0 thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Nếu để hở một đầu

thì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt. Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( ví

dụ bằng t0 ) thì sức điện động tổng bằng:

EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = 0

Từ đó rót ra: eAB = eAB(t0)

Khi t0 và t khác nhau thì sức điện động tổng bằng:

EAB = eAB(t) – e+AB(t0)

Phương trình trên là phương trình cơ bản của cặp nhiệt ngẫu ( sức

điện động phụ thuộc vào hệ số nhiệt độ của mạch vòng t và t0)

Nh vậy bằng cách đo sức điện động ta có thể tìm được nhiệt độ của

đối tượng.

Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp khi cần đo

những nơi có nhiệt độ cao.

1.2.3 IC cảm biến nhiệt độ

Có rất nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử đã sản xuất ra các loại IC

bán dẫn dùng để đo dải nhiệt độ từ -55150 0C. Trong các mạch tổ hợp IC,

cảm biến nhiệt thường là điện áp của líp chuyển tiếp p-n trong một loại

tranzitor loại bipola.

1.2.3.1 Loại LM 335

IC loại LM 335 có điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ thang

đo 0C, điện áp ra là 10mV/ 0C và sai số không tuyến tính là ±1,8 mV cho

toàn thang đo. Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi từ 4V30V. LM 335

được chế tạo cho 3 thang đo:

-55150 0C loại LM 335 và LM 35D

-40110 0C loại LM35C và LM35CA

0100 0C loại LM35DA

1.2.3.2 Loại AD22100

AD22100 có hệ số nhiệt độ 22,5 mV/ 0C. Điện áp ngõ ra có công

thức:

Vout = (V+/5V).(1,375V+22,5mV/ 0C.T)

Trong đó:

V+: Trị số điện áp cấp

T : Nhiệt độ cần đo

Các IC trong họ AD22100:

AD100KT/KR cho dải nhiệt độ từ 01000C

AD100AT/AR cho dải nhiệt độ từ -40850C

AD100ST/SR cho dải nhiệt độ đo từ -501500C

Hình dạng bên ngoài của AD22100:

V+: Điện áp nguồn nuôi 430 VDC

Vo : Đầu ra

GND : nối vào 0V

NC : bá trống

1.3 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúc

Nguyên lý hoạt động:

Dưạ trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ

năng lượng theo mọi hướng với khả năng lón nhất. Bức xạ nhiệt của mọi vật

đặc trưng bởi mật độ phổ E nghĩa là số năng lượng bức xạ trong một đơn vị

độ dài của sóng.

Quan hệ giữa mật độ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và độ dài

sóng được biểu diễn bởi công thức:

E0 = C1.-5(ec

2/T-1)-1

Trong đó: C1: Hằng số và C1= 37,03.10-7 (Jm2/s)

C2: Hằng số vá C2= 1,432.10-2 (m.độ)

: Độ dài sóng

T: Nhiết độ tuyệt đối

1.3.1 Hoả quang kế phát xạ:

Đối với vật đen tuyệt đối năng lượng bức xạ toàn phần trên một đơn vị

bề mặt Et0 = .T4

p ( với = 4,96.10-2 Jm2.sgrad4 )

Tp : Nhiệt độ của vật theo lý thuyết đối với vật thực

E0T = TT4

t

Trong đó : T là hệ số bức xạ tổng, xác định tính chất của vật và nhiệt

độ của nã ( thường nhỏ hơn 1 )

Tt : Nhiệt độ thực của vật

Hoả quang kế phát xạ được khắc độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối.

Nhưng khi đo ở đối tượng thực thì Tp được tính theo công thức:

.T4p = T..T4

T

TT = Tp 41/T

( Tt bao giê cũng nhỏ hơn Tp )

Hoả quang kế dùng để đo dải nhiệt độ từ 20 1000C. khi cần đo nhiệt

độ lớn ( trên 100 25000C ) mà tần số bước sóng đủ lớn người ta dùng 1

thấy kính bằng thạch anh hay thuỷ tinh đặc biệt để tập chung các tia phát xạ

và phần tử nhạy cảm với nhiệt độ được thay bằng cặp nhiệt ngẫu. Trong

nhiệt kế phát xạ thấu kính không thể đo được nhiệt độ thấp vì các tia hồng

ngoại không thể xuyên qua được thấy kính ( kể cả thạch anh ).

Khoảng cách để đo giữa đối tượng và hoả quang kế được xác định do

kích thước. Chùm tia sáng từ đối tượng đo đến dụng cụ phải chùm hết tầm

nhìn ống ngắm của nhiệt kế.

Nhược điểm của tất cả các hoả quang kế là đối tượng không phải là

vật đen tuyệt đối do đó trong vật nóng có sự phát xạ nội tại và dòng phát xạ

nhiệt đi qua bề mặt.

1.3.2 Hoả quang kế cường độ sáng:

Trong thực tế khi đo nhiệt độ T dưới 30000C với bước sóng trong

khoảng 0,40m < < 0,70m thì mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối có

thể biểu diễn bằng công thức:

E0 = C1-5.e-c2/T

Đối với vật thật:

E0 = .C1-5.e-c2/T

Xác định là điều rất khó, thường = 0,03 0,7 ở các vật liệu khác

nhau và với độ sóng = 0,6 0,7m.

Nguyên lý làm việc :

So sánh cường độ sáng của đối tượng đo nhiệt độ với cường độ sáng

của một nguồn sáng chuẩn trong dải phổ hẹp. Nguồn sáng chuẩn là một

bóng đèn sợi đốt Vonlfram sau khi đã được già hoá trong khoảng 100 giê

với nhiệt độ khoảng 20000C. Cường độ sáng có thể điÒu chỉnh bằng cách

thay đổi dòng đốt hay dùng bộ lọc ánh sáng.

NÕu cường độ sáng của đối tượng đo lớn hơn độ sáng của dây đốt ta

sẽ thấy dây thâm trên nền sáng.

Nếu cường độ của đối tượng đo yếu hơn độ sáng của dây đốt thì kết

quả sẽ cho thấy dây sáng trên nền thẫm.

Nếu độ sáng bằng nhau thì dây sẽ mất và đọc vị trí của bộ chắn sáng.

So sánh bằng mắt tuy thô sơ nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác nhất

định vì cường độ sáng thay đổi nhiều hơn gấp 10 lần so với sự thay đổi nhiệt

độ.

Ánh sáng từ đối tượng đo 1 đến mẫu 10 qua khe hở và bộ lọc ánh

sáng 8 cùng đặt vào tế bào quang điện 4. Sự sánh được thực hiện bằng cách

lần lượt cho ánh sáng từ đối tượng đo và đèn chiếu tế bào quang điên nhờ

tấm chắn 3 và sự di chuyển tấm chắn cảm ứng điện từ 9 của chuyển đổi

ngược với tần số 50 Hz.

Dòng ánh sáng 1 và 2 được tế bào quang điện biến thành dòng điện,

dòng điện này được đưa vào khuếch đại xoay chiều và được chỉnh lưu bằng

bộ chỉnh lưu nhạy pha 6 để biến thành dòng 1 chiều và đưa vào

miliampemet 7 và đèn đốt 10 thay đổi cho đến khi cường độ sáng của đối

tượng đo.

Miliampemet được khắc trực tiếp giá trị nhiệt độ cho ta biết giá trị đo

được. Hoả quang kế loại này có độ chính xác cao ( sai sè ±1% ) trong dải

nhiệt đo 900 22000C.

1.3.3 Hoả quang kế màu sắc

Nguyên lý làm việc:

Dùa trên phương pháp đo tỉ số cường độ bức xạ của 2 ánh sáng có

bước sóng khác nhau 1 và 2. Nếu năng lượng thu được:

E1 = 1.C1-51e-c2/1T

E2 = 2.C1-52e-c2/1T

T = C2( 1/1- 1/2).ln (E122)/(E211)

Vì vậy trong dụng cụ hoả kế màu sắc có thiết bị tự giải phương trình.

Các giá trị 1,2,1,2 được đưa vào trước. Nếu các thông số trên không được

đưa vào trước sẽ gây nên sai sè.

Khi đo đến dải nhiệt độ 2000 25000C thì giá trị 1,2 có thể xác định

được bằng thực nghiệm.

Cường độ bức xạ từ đối tượng đo A qua hệ thấu kính 1 tập chung ánh

sáng trên đĩa 2. Đĩa này quay quanh trục nhờ động cơ 3.

Sau khi ánh sáng qua đĩa 2 đi vào tế bào quang điện 4 trên đĩa khoan 1

số lỗ, trong đó một nửa đặt bộ lọc ánh sáng đỏ (LĐ) còn nửa kia lọc ánh

sáng xanh (LX). Khi đĩa qua tế bào quang lần lượt nhận được ánh sáng đỏ và

xanh với tần số nhất định tuỳ theo tốc độ quay của động cơ. Dòng quang

điện được khuếch đại 5 từ đó đưa vào bộ chỉnh lưu pha 7.

Nhờ bộ chuyển mạch 8 tín hiệu đĩa chia thành 2 phần tuỳ theo ánh

sáng của tế bào quang điện là xanh hay đỏ.

Tuỳ theo cường độ bức xạ của đối tượng đo, độ nhạy của khuếch đại

được điều chỉnh tự động nhờ thiết bị 6.

Bé chia logomet từ điện: góc quay của nó tỉ lệ với nhiệt độ cần đo và

bộ chuyển mạch là các rơle phân cực, làm việc đồng bộ với các đĩa quay,

nghĩa là: sự chuyển mạch của logomet xảy ra đồng thời với sự thay đổi bộ

lọc ánh sáng mà dòng bức xạ đặt lên tế bào quang điện.

- Ưu điểm: Trong quá trình đo không phụ thuộc vào khoảng cách từ vị

trí đo đến đối tượng đo và không phụ thuộc vào sự hấp thụ bức xạ của môi

trường.

- Nhược điểm: Cấu tạo tương đối phức tạp.

Nhận xét chung về các loại cảm biến:

Các

lo

ại

cảm

bi

ến Ưu

điể m N

hư ợc

điể m

Chương 2

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐO2.1 Sơ đồ khối của thiết bị đo.

Hình trên là sơ đồ khối của thiết bị đo nhiệt độ hiển thị máy tính.

IC cảm biến nhiệt độ là LM335

Vì giá trị điện áp ở đầu ra của mạch đo chưa thể tương thích với dải làm

việc của ADC ( thông thường giá trị này rất nhỏ), trước khi đưa vào bộ

chuyển đổi A/ D thì tín hiệu này phải đưa qua bộ chuyển chuẩn hoá ( thông

Sensor

M¹ch ®o

ChuyÓn ®æi chuÈn

ho¸

ADC Vi xö lý

M¸y tÝnh

Max 232

thường giá trị này được khuếch đại đủ lớn) để đáp ứng đầu vào của mạch

A/D. Mạch khuếch đại đo lường thường chia làm 3 tầng trong đó có một

tầng có tác dụng lọc nhiễu nguồn.

Bộ chuyển đổi ADC được thực hiện chức năng cơ bản chuyển tín hiệu

tương tự sang tín hiệu số.

Từ ADC tín hiệu số được đưa vào vi điều khiển để tính toán sau đó

truyền số liệu đã thu được lên hiển thị trên máy tính thông qua bộ đệm Max

232 qua cổng COM1 theo chuẩn RS232.

2.2 Thiết kế phần cứng.

2.2.1 Chọn senser cảm biến là LM335.

2.2.1.1 Khái niệm

Để đo nhiệt độ chính xác thì phải có những đầu đo đặc biệt và đầu đo

LM335 là một đầu đo được sử dụng rộng rãi. Vi mạch LM335 là một loại

sensor của hãng National Semiconductor chế tạo. Loại sensor được tích hợp

dạng vi mạch có độ chính xác là 1 0C.

2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động.

Hoạt động của đầu đo giống nh mét diod Zener hai cực, điện áp

đánh thủng tương ứng với nhiệt độ tuyệt đối là 10 0 K. Trở kháng động khi

đầu đo hoạt động trong vùng dòng 400àA đèn 5mA nhỏ hơn 1Ω. Trở kháng

nhỏ cùng điện áp ra tuyến tính là ưu điểm của đầu đo này.

Các thông số của vi mạch :

1. Định thang trực nuôi theo độ K.

2. Tín hiệu lối ra bằng 10 mV / 0 K.

3. Độ chính xác 1 0 C.

Dòng hoạt động trong vùng 400àA 5 mA.

4. Điện áp nguồn nuôi từ 5V 18V.

5. Dải làm việc :

Chế độ liên tục: -400 C 1000 C.

Chế độ không liên tục: 1000 C 1250 C.

Vi mạch LM335 được đóng vỏ IC dạng TO-92 có 3 chân: hai chân

cung cấp nguồn 1 và 2 đầu ra lấy trên chân số 2, chân số 3 dùng để hiệu

chỉnh điện áp đầu ra.

Nguyên lý hoạt động của mạch đo nhiệt độ dùng LM335:

Theo dải đo của LM335 thì nếu ta cung cấp cho nó một dòng điện từ

400àA đến 5 mA ở đầu vào thì đầu ra của nó sẽ có mức điện áp thay đổi

theo nhiệt độ 10 mV/ 0 K, ở đây ta cung cấp cho LM335 dòng điện là 5 mA.

Để đổi giá trị nhiệt độ từ độ K sang độ C thì phải có thêm mạch bù

nhiệt độ. Như vậy ta thấy rằng lúc đầu điện áp thay đổi từ 2,73 V đến 3,73 V

ứng với 2730 K đến 3730 K tức là từ 00 C đến 1000 C. Sau khi qua mạch bù

nhiệt độ thì đầu ra sẽ có mức điện áp từ 0 V đến 1 V tương ứng 10 mV / 0C.

2.2.1.3 Mạch bù nhiệt độ LM335.

Điện áp LM335 chuyển đổi tính theo 0C là:

Từ 00C ữ 1000C tương ứng với 2,73V ữ 3,73V

Ta chỉnh VR1 sao cho điện offset của vi mạch LM741 là : -2,73V

Khi đó ta có : 00C ữ 1000C tương ứng với 0V ữ 1V

2.2.1.4 Sơ đồ chân LM741

2.2.2 Mạch chuyển đổi chuẩn hoá.

Tín hiệu ra của sensor ta đưa tín hiệu qua bộ khuếch đại sau đó mới đưa

vào ADC. Mạch khuyếch đại sử dụng OP-07.

Hình dạng:

Cấu tạo:

Vi mạch OP 07 gồm:

- 8 chân.

- chân 1, chân 8: điện áp Vos TRIM.

- chân 2, chân 3: điện áp đầu vào.

- chân 6: điện áp ngõ ra.

- chân 4, chân 7: điện áp nguồn nuôi.

- chân 5 không sử dụng.

Đặc điểm:

- Volt thấp 75àm max/ 0 Cmax.

- Mức trôi volt thấp: 1,3 àV/0 Cmax.

- Nhiễu thấp 0,6 àVppmaxx.

- Dải điện áp đầu vào rộng ± 14V.

- Dải nguồn cung cấp rộng: 3V đến 18V.

OP-07 cã điện áp lệch đầu vào thấp ( lín nhất là 75 àV đối với OP-07).

Những điện áp lệch thấp này cho phép lọai trừ sự cần thiết của chỉnh 0 bên

ngoài. OP-07 cũng có một số đặc điểm giống nh dòng phân cực đầu vào

thấp ( ±4 nA cho OP-07E và sự khuếch đại vòng hở cao ứng dụng cho thiết

bị đo khuyếch đại cao).

Trong mạch khuyếch đại ở đây ta dùng 3IC OP07.

Ở tầng đầu tiên là mạch khuyếch đại thuật toán với 2IC OP07 có hệ số

khuyếch đại là:

K1 = 1+ (R8+ R9)/ R10

Có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại này bằng cáchđiều chỉnh biến trở R7.

Ở tầng thứ 2 ta sử dụng OP07 thứ 3 với hệ số khuyếch đại là:

K2 = R5/ R4

Vậy hệ số khuyếch đại của toàn mạch khuyếch đại là:

K = K1. K2 = ( R5/ R4). ( 1+(R8+ R9)/ R10).

Chọn K1 = 2 1+( R8+R9 )/ R10 = 2

Chọn R8 = R9 = 10K R10 = 20K

K = K1.K2 = 5 K2 = 2,5

( K = 5 vì điện áp cung cấp cho ADC 0809 dùng nguồn là 5V )

Chọn R5 = 10K R4 = 4K

R6 = R4 = 4K

R7 = R5 = 10K

2.2.1 Thiết kế card thu thập và xử lý thông tin.

Card thu thập và xử lý thông tin gồm các phần chính sau:

Bộ biến đổi tương tự số trong mạch thiết kế là bộ chuyển đổi ADC-

0809 tám bit nhận tín hiệu số đưa vào vi xử lý để xử lý.

Trong thiết kế này nhóm làm đồ án chọn vi xử lý là loại AT98C51.

Nhiệm vụ chính của nó là đưa ra tín hiệu kích hoạt và điều khiển ADC, thu

thập thông tin do ADC biến đổi, xử lý thông tin đó và truyền thông tin nhận

được ( các kết quả đo trên máy tính).

Bộ đệm chuyên dùng dùng cho truyền nhận tiếp giữa MC và máy tính

là MAX 232. Tín hiệu 05V từ hai chân TxD và RxD của vi điều khiển

được chuyển đổi thành tín hiệu -12V +12V để truyền lên máy tính và

ngược lại.

2.2.3.1 ADC 0809 và các mạch phụ:

Điện áp cung cấp cho ADC 0809 dùng nguồn nuôi từ 05V, giữa hai

chân Vcc và GND được nối thông qua tô 22F để lọc nhiễu.

Kênh tín hiệu vào được đưa vào chân IN0.

Chân cung cấp điện áp so sánh REF+ nối với +5V, chân REF_ nối đất.

Chân CLK được cung cấp xung Clock bởi mạch tạo xung Clock.

Mạch tạo xung bao gồm thạch anh có tần số dao động 500kHz, 2 triggơ

smith 74LS14, hai điện trở 1K, mét tụ giấy100nF.

2.2.3.2 Vi xử lý 89C51 và các mạch phụ:

- Điện áp nguồn nuôi cung cấp cho vi điều khiển là +5V, 0V.

- Chân EA/VP của vi điều khiển được nối vào nguồn +5V.

- Mạch Reset dùng để Reset hệ thống đưa hệ thống về trạng thái hoạt

động ban đầu. Mỗi lần nhấn phím Reset chân Reset của vi điều khiển

được nối với điện áp +5V.

101130291617

2827262524232221

3233343536373839

87654321

15141312

9

18

19

31

P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0

T1T0INT1INT0

RESET

X2

X1

EA/VPU20+5V

XTAL2

XTAL1

12MHzY21

233pF

33pFC312

C311C31322F

R58100K

SW311

+5V

R574.7K

89C51

RXDTXDALE/P

PSENWRRD

P2.7

P0.7

P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0

P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0

PO[07]

RESE

T

2.2.3.2 Lưu đồ thuật toán chương trình:

2.2.4 Thiết kế nguồn cung cấp.

2.2.4.1 Khái niệm cơ bản về bộ ổn áp.

Điện áp một chiều sau chỉnh lưu thường không ổn định vì nguồn xoay

chiều đầu vào không ổn định.

Tải thay đổi mà yêu cầu của các thiết bị đo lường điều khiển, tư động

hoá đòi hỏi nguồn cung cấp có độ ổn định cao do đó chúng ta phải tiến hành

ổn định điện áp để cung cấp cho các thiết bị.

Mạch ổn định điện áp gọi là mạch ổn định.

Thiết bị ổn áp mà đầu vào là xoay chiều đầu ra cũng là xoay chiều ổn

định gọi là bộ ổn áp ổn định.

Đầu vào là xoay chiều, đầu ra là một chiều ổn định gọi là bộ ổn áp một

chiều ổn định.

2.2.4.2 Nguyên tắc ổn áp.

START

Nap gia triban dau

Gia tri do

Doc ADC

Hieu chinh

Sơ đồ chức năng của mạch ổn áp với các khối nh:

- Mạch tạo điện áp chuẩn lấy từ nguồn sau chỉnh lưu tạo ra một mức

U = const cấp cho bộ khuếch đại sai biệt Ur là điện áp cơ sở cho bộ ổn áp

( thường trong thực tế dùng diod ổn áp tạo điện áp chuẩn).

- Mạch lấy điện áp mẫu là mạch lấy Ura đổi thành mức gần Ura gọi là

mức điện áp mẫu Us ( với Us gọi là Uhồi tiếp ) khi Ura thay đổi thì Us còng

thay đổi. Có thể là: Us < Ur hoặc Us > Ur.

- Mạch lấy điện áp mẫu thường là sử dụng một cặp điện trở làm việc

theo kiểu phân áp.

- Mạch khuếch đại sai biệt còn gọi là mạch khuếch đại so sánh có

nhiệm vụ so sánh giữa hai điện áp Ura và Us tạo ra sù sai biệt về điện áp để

khuếch đại lên đưa đến phần tử điều khiển.

- Phần tử điều khiển được coi nh mét tổng trở có trị số phụ thuộc vào

Uos thường là linh kiện điện tử công suất.

Tuỳ theo cách thiết kế phần tử điều khiển mà mạch ổn áp có thể chia ra

làm các ổn áp xung, ổn áp song song, ổn áp hồi tiếp.

2.2.4.3 Sơ đồ khối của nguồn cung cấp ổn định.

- Biến áp có nhiệm vụ biến áp 220V/ 50 Hz thành điện áp 18V/ 1A;

9V/ 1A.

- Cầu diod làm nhiệm vụ nắn điện áp ± 18V xoay chiều thành điện áp

một chiều.

M¸y biÕn ¸p

CÇu diod

Läc æn ¸p

CÊp cho toµn m¹ch

- Bé ổn áp làm nhiệm vụ ổn áp điện áp ra ±5V để cung cấp cho toàn bộ

hế thống.

- Các IC LM7805, LM7905 là vi mạch có điện áp đầu ra ổn định và sắp

thuận tiện để lắp các bộ nguồn ổn áp công suất nhỏ, ở đầu ra bộ ổn áp là các

điện áp 5V.

- Nguồn 5V dùng IC ổn áp LM7805 để ổn định cho ADC 0809, ICL

7107 và Led.

- LM7805 chỉ đo dòng điện lớn nhất là 1A ( với điều kiện tản nhiệt tốt ),

các tụ dùng để chống nhiễu.

2.2.5 Sơ đồ nguyên lý của card thu thập dữ liệu

Chương 3

LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ

3.1 BỘ BIẾN ĐỔI ADC0809.

Bé biến đổi tương tự số ADC đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sử

lý thông tin khi mà các luồng thông tin đưa vào hệ vi xử lý va tín hiệu dạng

tượng tự. Các bộ chuyển đổi ADC được thực hiện hai chức năng cơ bản là

lượng tử và mã hoá. Lượng tử hoá là gắn những giá trị của một tín hiệu

tương tự vào các vùng giá trị rời rạc có thể xảy ra trong quá trình lượng tử

hoá. Mã hoá là gán những giá trị nhị phân cho từng giá trị rời rạc sinh ra

trong quá trình lượng tử hoá. Đối với ADC ta cũng dùng các loại mã hoá nhị

phân, BCD, bù một, bù hai.

Khối chuyển đổi ADC có nhiệm vụ chuyển giá trị điện áp ở đầu vào

thành giá trị số để đưa lên vi xử lý, tính toán sau đó hiển thị lên máy tính.

3.1.1 Đặc điểm của ADC 0809

ADC 0809 là một vi mạch 8 kênh, 8 bít có sai số là 0,4% có thể chấp

nhận được vì nhiệt độ cần đo không yêu cầu chính xác cao. Bộ biến đổi

ADC 0809 là bộ biến đổi 8 kênh, làm việc hoàn toàn độc lập với nhau để lùa

chọn 8 kênh đầu ra song song tương thích với TLL và một đặc điểm đáng

quan tâm là sự tiêu thụ dòng điện của vi mạch hầu như là không đáng kể,

thời gian biến đổi nhanh 100às.

3.1.2 Các thông số kỹ thuật của ADC 0809

- Không đòi hỏi điều chỉnh điểm 0

- Quét động 8 kênh bằng logic địa chỉ

- Dải tín hiệu vào analog từ 0V đến 5V khi điện áp nguồn nuôi là 5V

- Độ phân giải là 8 bít

- Sai sè 1 bít lượng tử

- Thời gian biến đổi nhanh: 100 às.

- Gép nối tương thÝch với vi xử lý.

3.1.3Sơ đồ chân của ADC 0809

Tín hiệu giữ nhịp giành cho bộ biến đổi A/ D được tao từ bên ngoài và được dẫn tới chân clock ( dải tần hoạt động của ADC 0809 từ 200 KHz đến 1MHz). Điện áp so sánh được đưa qua tầng lặp điện áp để đến chân Vref+ chân này có điện trở lối vào cỡ 2,5 K, 8 kênh analog được đưa vào 8 kênh đầu vào IN0 đến IN7, việc lùa chọn kênh do 3 mẫu bít ở lối vào đỉa chỉ A, B, C. Xác định bằng bảng sau:

A B C Lối

vào

kíc

h hoạ

t

0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

3.1.4 Nguyên lý:

Đưa mét xung dương vào chân start để kích hoạt, qua mẫu bít ở lối vào

địa chỉ A, B, C xác định kênh chọn và đồng thời chốt lại địa chỉ đó. Trong

quá trình biến đổi chân EOC luôn ở mức Low sau thời gian là 100às kết thúc

quá trình biến đổi. Kết quả của quá trình biến đổi chân EOC chuyển thành

High và báo kết thúc quá trình biến đổi. Kết quả của các quá trình biến đổi

sẽ đứng ở các đướng dẫn từ D0 đến D7 nằm ở bộ đệm (bufer). Khi OE=1 bắt

đầu quá trình đọc dữ liệu từ D0 đến D7 vào các thiết bị khác.

3.1.5 Hoạt động:

Tín hiệu sau khi qua mạch lặp đưa vào kênh 0 của ADC 0809. Tín hiệu

xung clock 500 KHz cho ADC được tạo từ mạch dao động thạch anh. Chân

Reffren (16) ADC được nối với điện áp +5V tương ứng với 256 mức. Tín

hiệu số D0 đến D7 từ ADC sẽ vµo Port 0 của vi điều khiển 89C51. Vi điều

khiển này sẽ đọc dữ liệu từ Port 0 vào, ADC được điều khiển bằng 2 bít P1.0

và P1.1. ADC mất khoảng 100às để biến đổi.

Ngoài ra ADC để biến đổi còn phải phát một xung start, xung này phát

ra từ cổng P1.0 cử vi xử lý mỗi khi cần đọc nhiệt độ.

Khi cần đọc nhiệt độ, vi xử lý sẽ phát một xung ở cổng, đây là xung

cho phép ADC đọc dữ liệu. Sau khi có xung start thì ADC sẽ đọc dữ liệu,

biến đổi và đưa ra chốt 8 bít ở đầu ra. Thời gian để ADC biến đổi là 120às.

Nh vậy, sau khi phát xung start thì vi xử lý phải đợi Ýt nhất là 120 s, sau

đó phát xung OE ở cổng P1.1. Lúc này dữ liệu đầu ra của ADC sẽ đi vào đầu

vào của vi xử lý.

3. 2 Vi xử lý 89C51.

3.2.1 Đặc điểm:

AT89C51 là một bộ vi điều khiển 8 bit sử dụng công nghệ CMOS hiệu

suất cao, tiêu thụ nguồn thấp với 8 Kbyte bộ nhớ chỉ đọc Flash có thể lập

trình và xoá (PFROM). Thiết bị này được chế tạo trên công nghệ tích hợp bộ

nhớ ổn định cao của Atmet và hoàn toàn tương thích với tập lệnh và chân ra

của công nghệ 8051 và 8052, có đặc tính nh sau:

- Tương thích với các sản phẩm thuộc dòng MCS—51

- 8 Kbyte bộ nhớ Flash trong hệ thống có thể lập trình lại

- Có thể thực hiện ghi xoá 1000 lần

- Tần số hoạt động từ 0 đến 24 Hz

- Ba mức khoá bộ nhớ chương trình

- 256 nhân 8 bit ram trong

- 32 dường vào ra có thể lập trình

- Ba bộ định thời 16 bit

- 8 nguồn tắt

- Có kênh nối tiếp có thể lập trình

- Hai chế độ nguồn giảm và nguồn nghỉ

Có thể nói rằng AT89C51 là một chíp vi điều khiển mạnh cho các ứng

dụng điều khiển.

3.2.2 Mô tả

AT89C51 là một hệ vi xử lý 8 bit đơn chíp năng lượng tiêu thụ thấp,

hiệu suất cao và co 8 Kbyte bộ nhớ ROM Flash xoá được, lập trình được

(PEROM). Thiết bị này được sản xuất theo công nghệ bộ nhớ không mát có

độ tích hợp cao của Atmel. Nó tương thích về sơ đồ chân và tập lệnh của

chuẩn công nghiệp MCS-51. Bộ nhớ Flash này cho phép bộ nhớ chương

trình có thể lập trình lại được trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ

không mất nội dung quy ước. Bằng cách kết hợp linh hoạt CPU 8 bit với

Flash trên chíp đơn thể. AT89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chíp, nó có tính

linh hoạt cao và có giải pháp hiệu quả.

3.2.3 Định dạng chân

AT89C51 cung cấp theo mét đặc trưng chuẩn: 8 Kbyte bộ nhớ Flash,

256 byte RAM. 32 đường vào/ ra, hai timer/ counter 16 bit cấu trúc ngắt với

2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt. Một cổng nối tiếp song công, mạch

tạo dao động và tạo xung trên chip. Ngoài AT89C51 được thiết kế với logic

tĩnh cho phép sự hoạt động tần số giảm xuống đến 0 và có hỗ trợ 2 chế độ

tiết kiệm năng lượng có thể chọn phần mềm. Chế độ ngừng nghỉ CPU trong

khi vẫn cho phép RAM, timer/ counter, cổng nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp

tục hoạt động, nhưng không cho phép tạo dao động để vô hiệu hoá tất cả các

chức năng khác trên chíp cho đến khi 1 Reset cứng tiếp theo diễn ra.

3.2.4 Sơ đồ chân

Cổng vào ra song song: có 4 cổng vào ra song song Port 0(P0), Port1

(P1), Port2(P2), Port3(P3).

Khi cổng được sử dụng là cổng ra: số liệu được đưa vào thanh ghi SFR

tương ứng, đồng thời đưa ra để chốt và tiếp tục phát tín hiệu sau khi việc ghi

được hoàn thành, giá trị đưa ra cổng ra được thay đổi khi giá trị mới được

chốt.

Khi cổng được sử dụng là cổng vào: đầu tiên là viết giá trị FFH ra

cổng, sau đó chân nào của cổng có mức điện áp thấp sẽ được nhận biết là 0

và còn có thể đọc vào SFRs tương ứng.

Port0, Port2, Port3, ngoài các chức năng của các cổng vào ra còn có các

chức năng khác để thực hiện các chức năng khác nhau thì các bit tương ứng

của các thanh ghi SFR tương ứng phải được đặt ( thường đặt bằng 1).

Port0, Port2 được dùng ghép nối với bộ nhớ ngoài . Port2 đưa ra byte cao

của 16 bit địa chỉ còn Port0 đầu tiên đưa ra byte thấp của 16 bit địa chỉ có

thể nhận hoặc gửi dữ liệu byte địa chỉ thÊp phải được chốt bên ngoài, để làm

nhiệm vụ này thì bộ vi điều khiển phát ra tín hiệu tại chân ALE để chốt byte

địa chỉ thấp.

Port bao gồm các ngắt đầu vào timer/ counter, đầu vao ra của cổng nối

tiếp, các tín hiệu điều khiển cho pháp gép nối với bộ nhớ ngoài.

- Cổng 0 ( Port0 ): từ chân 32 đến chân 39, 8 đường địa chỉ từ A0 ữ A7.

- Cổng 1 ( Port1) chân 1 đến 8.

- Cổng 2 ( Port2): chân 21 đến 28 dùng để ghép nối tiếp với bộ nhớ

ngoài, là 8 đường địa chỉ A8 đến A15

- Cổng 3 ( Port3) chân 10 đến 17.

- Chân 9: chân Reset ( dùng để reset thiết lập lại trạng thái ban đầu cho

hệ thống).

- Chân 10, 11 truyền tin nối tiếp theo kiểu RS232.

- Chân 10 RXD ( nhận dữ liệu).

- Chân 11 TXD ( truyền dữ liệu).

- Chân 12 ngắt ngoài số 0.

- Chân 13 ngắt ngoài số 1.

- Chân 14 T0 xung nhịp đưa từ ngoài vào cho bộ đếm số 0.

- Chân 15 T1 xung nhịp đưa từ ngoài vào cho bộ đếm số 1.

- Chân 16 tín hiệu dùng ghép nối với bộ nhớ ngoài.

- Chân 17 đọc.

- Chân 18, 19 dùng ghép với thạch anh bên ngoài.

- Chân 20: chân nối đất.

- Chân 29 ( PSEN ) dùng để ghép nối tiếp với bộ nhớ ngoài nhằm để

đọc chương trình từ bộ nhớ ngoài.

- Chân 30 ( ALE ): chân cho phép chốt địa chỉ

ALE = 0 thì A0 đến A7 là số liệu.

ALE = 1 thì A0 đến & là địa chỉ.

- Chân 31 ( EA ): cho pháp chọn bộ nhớ trong hay ngoài.

EA = 0 cho phép chọn bộ nhớ ngoài

EA = 1 cho pháp chọn bộ nhớ trong

- Chân 40 nguồn cung cấp.

3.2.5 Timer/ counter

89C51 có 2 timer/ counter 16 bit là timer 0 và timer 1 cả hai có thể hoạt

động như timer cũng có thể như counter. Khi hoạt động nh timer thanh ghi

được tăng lên 1 tại mọi chu kì máy, ta có thể coi là đếm chu kì máy, mỗi chu

kì máy bao gồm 12 chu kỳ thạch anh, tốc độ đếm là 1/12 tần số dao động

thạch anh. Khi hoạt động nh counter thanh ghi tương ứng với một sự thay

đổi 1 và 0 tại đầu và chân T0, T1. Chức năng là timer hay counter phải được

chọn đồng thời cũng phải chọn 1 trong 4 chế độ hoạt động. Việc khởi tạo

hoạt động timer/ counter dùa trên 2 thanh ghi TMOD và TCON trong vùng

các thanh ghi có chức năng đặc biệt SFRs.

Ngoài ra còn có timer 2 có 3 chế độ hoạt động: tù nạp lại ( autoreload),

thu nhận ( capture ) và tạo tốc độ baud. Hoạt động của timer 2 được điều

khiển T2 CON.

3.2.6 Chế độ nghỉ:

Trong chế độ nghỉ CPU tự đi vào trạng thái nghỉ trong khi tất cả các

thiết bị ngoại vi bên trong chíp vẫn tích cực. Chế độ này được điều khiển bởi

phần mềm. Nội dung của RAM trên chíp và tất cả các thanh ghi chức năng

đặc biệt vẫn không đổi trong thời gian tồn tại chế độ này. Chế độ nghỉ có thể

được kết thúc bởi một reset cứng.

Ta cần lưu ý rằng khi chế độ nghỉ được kết thúc bởi một reset cứng,

chíp vi điều khiển sẽ tiếp tục bình thường làm việc thực thi chương trình từ

nơi chương trình bị tạm dừng, trong vòng 2 chu kì máy trước khi giải thuật

reset mềm nắm quyền điều khiển.

Ở chế độ nghỉ, phần cứng trên chíp cấm truy suất RAM nội dung cho

phép truy suất các chân cña Port. Để tránh khả năng có một thao tác ghi

không mong muốn đến một chân Port khi chế độ nghi kết thúc băng reset,

lệnh tiếp theo yêu cầu chế độ nghỉ không nên là lệnh ghi đến chân Port hoặc

đến bộ nhớ ngoài.

Trạng thái của các chân trong thời gian tồn tại chế độ nghỉ và chế độ

nguồn giảm được theo sơ đồ sau:

Chế

độ B

ộ nh

ớ ch

ươ ng

ALE PSE

N1

Port0

Port1

Port2

Port3

Ng hỉ Bê n tro 1 1 Dữ

liệu

Dữ

liệu

Dữ

liệu

Dữ

liệu

Ngh ỉ

Bên

ngo

ài1 1 Th

ả

nổi

Dữ

liệu

Dữ

liệu

Dữ

liệu

Ngh ỉ

Bên

tron

g0 0 Dữ

liệu

Dữ

liệu

Dữ

liệu

Dữ

liệu

Ngh ỉ

Bên

ngo

ài0 0 Th

ả

nổi

Dữ

liệu

Dữ

liệu

Dữ

liệu

3.2.7 Chế độ nguồn giảm:

Trong chế độ nguồn giảm, mạch dao động ngừng hoạt động và lệch yêu

cầu chế độ nguồn giảm là lệnh sau được thực thi. RAM trên chíp và các

thanh ghi chức năng đặc biệt vẫn duy trì các giá trị của chúng cho đến khi

chế độ nguồn giảm kết thúc. Chỉ có một cách ra khỏi chế độ nguồn giảm đó

là reset phần cứng.

Việc reset sẽ định lại các thanh ghi đặc biệt nhưng không làm thay đổi

RAM trên chíp. Việc reset không nên xảy ra ( chân reset ở mức tích cực)

trước khi Vcc được khôi phục lại mức điện áp bình thường và phải kéo dài

trạng thái tích cực của chân reset đủ lâu để cho phép mạch dao động trở lại

và đạt trạng thái ổn định.

3.2.8 Các bit khoá bộ nhớ chương trình

Trên chip có 3 bit khoá, các bít cá thể này không cho phép lập trình

hoặc cho phép lập trình. Khi bit khoá 1LBS được lập trình, mức logic ở chân

EA lấy được mẫu và được chốt trong khi reset. Nếu việc cấp nguồn không

có công dụng reset, mạch chốt được khởi động bởi 1 giá trị ngẫu nhiên và

giá trị này được duy trì khi có tác động reset. Điều này cần thiết là 1 giá trị

được chốt hành ở chân này.

C¸c bÝt kho ch ¬ng tr×nh ChÕ ®é LB1 LB2 LB3

Lo¹i b¶o vÖ

1 U U U Kh«ng cã ®Æc tr ng kho ch ¬ng tr×nh

2 P U U C¸c lÖnh MOVC thùc thi tõ bé nhí ch ¬ng tr×nh ngoµi, kh«ng ® î c phÐp t×m n¹p

lÖnh tõ bé nhí néi. EA d î c lÊy mÉu vµ ® î c chèt bÞ

reset, h¬n n a viÖc lËp tr×nh trªn FLASH bÞ cÊm

3 P P P Nh chÕ ®é 2 cÊm thªm viÖc kiÓm ch ¬ng tr×nh.

4 P P P Nh chÕ ®é 3 cÊm thªm viÖc thùc thi ch ¬ng trinh ngoµi.

3.3 Cổng truyền thông RS 232

3.3.1 Về chuẩn RS-232:

Hiện nay có nhiều ứng dụng sử dụng giao thức truyền tin theo chuẩn

RS-232. Nã cho phép kết nối giữa 2 thiết bị kiểu điểm - điểm có bắt tay một

cách đơn giản và dễ điều khiển.

Chuẩn RS-232 là chuẩn về: cơ khí ( kích thước, số lượng tiếp xúc ổ

cắm), điện ( mức điện thế), chức năng ( tên gọi và các chân tiếp xúc, và cả

về thủ tục, tốc độ truyền tối đa 20 Kbps, khoảng cách cực đại là 15m).

Đặc trưng điện của các đường tín hiệu theo chuẩn RS-232 nh sau: trạng thái

low tương ứng với mức điện áp +3 ữ +12V còn trạng thái high tương ứng

với mức điện áp -12 ữ-3V.

RS-232 làm việc ở chế độ truyền song công ( ful - duplex ). Với

phương thức truyền này số liệu có thể được truyền theo 2 hướng một cách

đồng thời. Tức là ở cùng một thời điểm 2 thiết bị đều có thể truyền hoặc

nhân số liệu.

3.3.2 Cổng nối tiếp RS-232

Máy tính PC thường được ghÐp nối với các thiết bị đo lường điều

khiển, các modem thông qua các cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232. Cổng thứ

nhất là COM1, cổng thứ 2 là COM2. Việc sử dụng dao diện nối tiếp mang

lại nhiều ưu điểm nh tính chống nhiễu cao, các thiết bị có thể tháo lắp ngay

khi máy tính đang được cấp nguồn, các thiết bị đơn giản có thể nhận điện áp

nuôi qua cổng. Cổng nối tiếp có 2 loại: loại có 9 chân và loại có 25 chân.

Việc trao đổi dữ liệu qua cổng nối tiếp trong các trường hợp thông

thường đều thông qua đương dẫn còn có chức năng phụ trợ khi thiết lập và

khi điều khiển cuộc truyền dữ liệu. Các đường dẫn này gọi là đương dẫn bắt

tay bởi vì chúng được sử dụng theo phương pháp “kí nhận” giữa các thiết bị.

Ưu điểm đặc biệt của các đường dây dÉn này là trạng thái của chúng có

thể được đặt hay điều khiển trực tiếp.

Sơ đồ chân của 2 loại cổng COM:

Bảng thể hiện các chân và chức năng trên đầu nối 25 và 9 chân:

Châ

n(2

5 ch

ân)

Châ

n( 9

ch

ân )

Lối

Vào

/ ra Tê

n gọ

i

Chứ

c nă

ng

1 1 FG

(f

ram

gr

oun

d) Đất

vỏ

m

áy

2 3 Ra

TXD

(tran

mit

data

)

Truy

ền dữ

lệ

u

3 2 Vào

RX

D(r

ecei

ce

data

)

Nhậ

n dữ

liệ

u

4 7 Ra

RTS

(req

uet t

o se

nd)

Yêu

cầ

u gử

i

5 8 Vào

OTS

( cle

ar t

o se

nd)

Xoá

để

gử

i

6 6 Vào

DSR

(dat

a se

t re

ady

) Dữ

liệu

sẵn

sàng

7 5 SG (sig

na l gr

oun

d) Đất

củ

a tín

hi

ệu

8 1 Vào

DC

D(d

ata

carr

ierr

de

tete

ct)

Phát

hi

ện

tín

hiệu

m

ang

dữ

20 4 Ra

DTR

(dat

a te

rmi

al

read

y)

Đầu

cu

ối

dữ

liệu

sẵn

sàng

22 9 Vào RI

( rin

g in

dica

te)

Báo

ch

uôn

g

3.3.3 Các yêu cầu của chuẩn RS-232 với phần tạo dạng phát:

- Đầu ra phải chịu được ngắn mạch hoặc không tải.

- Điện trở khi ngắn mạch nguồn phải lớn hơn 300Ω.

- Điện áp ra cực đại khi có tải là ±25V.

- Dòng ra cực đại khi ngắn mạch là 500 mA.

- Thời gian truyền tÝn hiệu giữa 2 mức tín hiệu phải nhá hơn 1 ms.

- Tốc độ tăng hay giảm tín hiệu không nhỏ hơn 30V/ ms.

Các yêu cầu đối với phần thu:

- Điển trở vào từ 3000 đến 7000.

- Tô kÝ sinh nhỏ hơn 2500àF.

3.4 Giới thiệu về máy tính PC

3.4.1 Giới thiệu chung về máy tính:

Ngày nay khi khoa học kỹ thuật đang trên đà phát triển như vũ bão, các

thành tựu khoa học kỹ thuật và cộng nghệ cao đặc biệt là máy tính cá nhân

ngày càng được ứng dụng nhiều trong sinh hoạt, trong công nghiệp nói

chung và trong các lĩnh vực Đo lường điều khiển nói riêng. Nã suất hiện

nhiều trong hầu hết các lĩnh vực khác nhau của đời sống.

Những khối chức năng chính tạo nên máy tính đó là:

- Khối xử lý trung tâm ( Center Proceessing Unit – CPU )

- Bộ nhí ( gồm bộ nhớ chương trình và bộ nhớ số liệu )

- Các thiết bị ngoại vi ( I/O device )

Bên cạnh đó để đảm bảo việc trao đổi, xử lý và điều khiển dữ liệu của

CPU đối với các thiết bị ngoại vi và bộ nhớ máy tính có các bus địa chỉ, bus

dữ liệu điều khiển ( Address, Data, Control bus).

CPU: Đóng vai trò quan trọng trong hệ thống xử lý nói chung và trong

máy tính nói riêng. Khi nó đọc mã lệnh ghi trước dạng mã 0, 1 từ bộ nhớ,

sau đó nó sẽ giải mã lệnh thành các xung điều khiển để thực hiện các thao

tác mà lệnh yêu cầu thực hiện. Để thực hiện được những điều nay trong

CPU có chứa các thanh ghi lệnh ( Intrucsion Pointer- IP ) và bộ đếm chương

trình ( Progam Counter – PC ), mét số thanh ghi đa năng khác và bộ vi xử lí

toán học logic ( Arithmatic Unit - ALU).

Memory: Đây là phần để nhớ chương trình và dữ liệu cần xử lí. Thường

bộ nhớ máy tính có 2 loại: Bộ nhớ RAM ( Radom Access Memory) và bộ

nhớ ROM ( Read Only Memory). Khi máy tính dùng cho mọi người có thể

thay đổi nhiều thì dùng bộ nhớ RAM, còn ngược lại nếu chỉ chạy các

chương trình cố định như máy công cụ thì phải dùng ROM nhiều. Ngoài bé

nhớ chương trình chứa các chương trình và số liệu máy tính còn có ngăn sếp

( Stack ) đây là vùng nhớ tạm để giúp cho việc quay về chương trình con

hoặc từ Interrup. Phần được sử dụng làm Stack chính là một phần của bộ

nhớ RAM thông thường.

Các thiết bị ngoại vi: Phần giúp cho máy tính có khả năng giao tiếp với

thế giới bên ngoài nh việc trao đổi thông tin giữa máy tính với người, máy

tính với máy tính, và máy tính với công cụ. Các thiết bị ngoại vi này phải

được kể đến nh là bàn phím, chuột, máy in, màn hình, các card ghép nối

ADC.

Bus Sytem: Đây là các dây nối các vi mạch với nhau, có 3 loại: bus địa

chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển.

Cấu trúc phần cứng của một máy tính được thể hiện qua sơ đồ sau:

3.4.2 Các cổng vào ra của máy tính:

Vài nét về cổnh ghép nối máy in:

Cổng ghép nối với máy in hay còn gọi la giao diện Centronics. Việc nối

máy in với máy tính được thể hiện qua ổ cắm 25 chân ở sau máy tính.

Nhưng đây không phải là chỗ là chỗ nối máy in mà khi sử dụng máy tính

vào mục đích đo lường và điều khiển thì việc ghép nối cũng được thực hiện

qua ổ cắm 25 chân này. Qua cổng này dữ liệu được truyền đi song song nên

đôi khi được gọi là cổng ghép nối song song và tốc độ truyền cũng đạt tới

mức lớn đáng kể. Tất cả đường dẫn cổng này đều tương thích với TTL,

nghĩa là chúng đều cung cấp một mức điện áp nằm giữa 0V và 5V. Do đó

cần phải lưu ý là ở các đường dẫn nối vào cổng này không được đặt mức

điện áp quá lớn.

Cổng máy in cũng có đường dẫn lối vào, nhờ vậy mà sự bắt tay chéo

giữa máy tính và máy in được thực hiện. Chẳng hạn khi máy in không còn

đủ chỗ trong bộ nhớ thì máy in sẽ gửi đến máy tính một bit trạng thái

(busy=1 ), điều đó có nghĩa là máy in tại thời điểm này đang bận, không nên

gửi thêm các byte dữ liệu khác tới nữa.

Khi hết giấy ở máy in thì máy tính sẽ thông báo là Paper Empty. Đường

dẫn lối vào tiếp theo là Acknowledge (ACK), selec (SCLT) và Error. Tổng

cộng máy tính PC có 5 hướng lối tới vào máy in.

Địa chỉ cơ bản của cổng máy in của máy tính PC được đặt ở những địa

chỉ bộ nhớ xác định và có thể đọc ra bằng chương trình phần mềm.

3.4.3 Cổng nối tiếp

Cổng nối tiếp RS-232 là giao diện phổ biến rộng rãi nhất. Các máy tính

PC được sản suất gần đây có 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232, cổng thứ

nhất là COM1 thường được dùng cho chuột, còn cổng thứ 2 là COM2

thường được dùng cho các mục đích ghép nối khác như là modem, máy in

hoặc các thiết bị đo lường. Khi cần nhiều hơn 2 cổng ta có thể lắp đặt các

card mở rộng, trên đó có thêm 1 đến 2 cổng RS232.

Việc sử dụng giao diện nối tiếp mang lại nhiều ưu điểm:

- Khả năng chống nhiễu các cổng nối tiếp cao hơn so với cổng máy in.

- Các thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được

cấp điện.

- Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua

cổng nối tiếp.

Tổng cộng có đến 2 đường dẫn lối ra và 4 đường dẫn lối vào, có thể

trao đổi trực tiếp bằng các lệnh đơn giản.

Cổng nối tiếp RS-232 không phải là hệ thống bus, nã cho phép dễ dàng

tạo ra liên kết dưới hình thức điểm với điểm của 2 máy cần trao đổi thông tin

với nhau.

Thông thường thì giao diện nối tiếp được điều khiển bằng mức tín hiệu

hai cực với độ lớn bằng +12V và -12V. Bởi vì các mạch lối vào thông

thường trong máy tính PC nhận dạng một mức điện áp dưới 1V nh là mức

LOW, nên cổng nối tiếp cũng được phép làm việc với mức TTL. Một số

máy tính PC, phần lớn là máy tính xách tay làm việc với ngưỡng chuyển

mạch từ -3V đến +3V vì thế có thể chấp nhận lối vào hai cực.

Chương 4

ĐÁNH GIÁ SAI SÈ CHUNG

Khi tính toán thiết kế một thiết bị đo bất kỳ việc quan trọng nhất là ta

phải tính toán, đánh giá được sai sè của thiết bị đó. Bất kỳ một thiết bị đo

nào cũng sai số nhưng sai số đó phải nhỏ hơn sai sè cho phép để không bị

ảnh hưởng tới công việc cụ thể khi sử dụng thiết bị đó. Sai số hệ thống bao

gồm: sai số của sensor, sai số của bộ khuếch đại, sai số của ADC, sai số của

vi điều khiển.

Sai số của vi điều khiển là nhỏ hơn có thể bỏ qua vì vậy ta xét 3 loại

sai số là:

- Sai số của sensor (γ1).

- Sai số của bộ khuếch đại (γ2).

- Sai số của ADC (γ3).

Sai số của toàn mạch đo là:

γ = √ γ21+ γ2

2+ γ23

4.1 Sai số của sensor (γ1):

LM335 có độ sai sè.

Với ADC 8-bit: C= ( reading-139.2 )/0.512 (sai số 1 - 2)

Chọn giá trị sai số là 1,3%

4.2 Sai số của bộ khuếch đại (γ2):

Sai số của bộ khuếch đại bao gồm sai số cộng tính và sai số nhân tính.

Mạch khuếch đại ở đây ta sử dụng IC OP-07 có:

Udrf = 0,6μV/ 0C

Khoảng nhiệt độ đo của mạch thiết kế là 0 ữ 1000C. Do đó sai số cộng

tính là: γ2 = Udrf.ΔT/ D = 0,6.10-6.100/ 2,46.10-3 = 0,024%

Sai số nhân tính của mạch khuếch đại đầu vào:

G = k/( 1+Kβ)

Trong đó : K : Hệ số biến đổi thuận của mạch

Β : hệ số phản hồi của mạch

Thông thường K rất lớn nên ta có:

Y = X/ β => KBD = 1/ β

Ta chỉ cần thay đổi β để thay đổi KBD

ΔX = Y/ X = 1/ ( 1+ βK ) = aX với a = 1/ ( 1+ βK )

=> Sai số cộng tính:

γ22 = (adK/ K) + ( 1-a )dβ/β

Trong đó: - dK/K là sai số của hệ biến đổi thuận ( biến đổi của hệ số

khuếch đại thuật toán)

- dβ/ β là sai số của mạch phản hồi.

OP- 07 có hệ số khuếch đại từ 2.10-5 ữ 5.10-5 lần, bộ biến đổi điện áp ra

của OP- 07 là ± 13V.

=> dK/ K = 13/ 2.10-5 = 6,5.10-5 ≈ 0.

Ta chọn các điện trở chất lượng tốt, cùng loại. Do vậy ta có:

Dβ/ β ≈ 0, γ22 = 0

Vậy sai số của mạch khuếch đại là: γ2 = γ21 + γ22 + γ21 = 0,036%

4.3 Sai số của ADC:

- Sai số lượng tử : Đây là sai số hệ thống, giá trị của sai số lượng tử bằng

một nửa giá trị điện áp đặt vào làm thay đổi một đơn vị của mã đầu ra.

- Sai số gây ra do nguồn khảo sat ( Udrf ) bị thay đổi. Do vậy khi thiết kế

mạch ta phải làm một mạch khảo sát ở bên ngoài có sai sè cho phép.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của ADC:

Xét về độ chính xác ADC nào cũng có 2 phần là phần tạo tín hiệu

so sánh và phần tạo mạch so sánh.

- Phần tạo tín hiệu so sánh: Độ phân giải, độ tuyến tính và độ chính xác

của ADC ảnh hưởng tới độ chính xác của toàn mạch.

- Phần tạo mạch so sánh: Đối với mạch so sánh thì khoảng chuyển tiếp

của tín hiệu là một yếu tố gây sai số vì 2 tín hiệu phải sai lệch nhau một giá

trị nhất định thì điện áp ra của mạch mới chuyển trạng thái. Ngoài ra, ở mỗi

mức điện áp phác nhau có một mức chuyển tiếp khac nhau tạo ra sự không

tuyến tính của mạch so sánh. Bộ so sánh cũng chịu tác động của nhiệt độ.

Ảnh hưởng của bộ dao động: Yêu cầu xung nhịp chuẩn phải là 3,58

MHz, do vậy khi xung nhịp đặt vào thay đổi thì độ chính xác kém đi.

Sai số tổng của ADC: 1 LSB đây là sai sè cho 1 bức lượng tử của ADC,

nó bằng:

3 = 1/( 28-1).100 0,4%.

Các yếu tố khác mức độ ảnh hưởng không lớn lắm. Với sai số của ADC

là : 3 = 0,4%.

4.4 Kết luận => Sai số của toàn mạch đo:

γ = √γ21 + γ2

2 + γ23 = √1,32 + 0,0362 + 0,42 ≈ 1,36%

4.5 Cách hiệu chỉnh sai sè.

Trong nhiều trường hợp có thể làm giảm sai số bằng 1 số biện pháp

thực nghiệm thích hợp, thí dụ bảo vệ mạch đo bằng cách ổn định nhiệt độ và

độ Èm không khí. Sử dụng các giá đỡ chống rung hoặc sử dụng các bộ tự

động điều chỉnh điện áp nguồn nuôi các bộ chuyển đổi tương tự số có độ

phân dải thích hợp, che chắn và nối đất các thiết bị đo điện, sử dụng các bộ

lọc tín hiệu .

Ngoài ra áp dụng chế độ vận hành đúng đắn cũng là biện pháp tốt để

giảm sai sè.

Trong đồ án này các thiết bị chế tạo có thể giảm sai số bằng cách cung

cấp nguồn ổn định, các IC tốt. Điện trở sử dụng trong các mạch khuếch đại

muốn chính xác ta có thể tiến hành đo điện trở và chọn giá trị đúng nhất.

DANH SÁCH LINH KIỆN

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Trong thời gian làm đề tài này em da biết được thêm nhiều kiến thức

thực tế và ứng dụng được những kiến thức đã học. Qua đó chúng em luyện

tập được khả năng tư duy, cách thức nghiên cứu, giải quyết một vấn đề thực

tế.

Mạch đo nhiệt độ được ứng dụng rất drộng rãi trong thực tế như đo nhiệt

độ phòng, đo nhiệt độ để cảnh báo cháy…Mạch đo nhiệt độ là thành phần

quan trọng trong một số mạch chức năng khác như hệ thống đo và điều

chỉnh nhiệt độ ở lò cao, bộ phân ngắt nhiệt, cung cấp nhiệt ở lò sưởi….

Những việc đã làm được

- Nghiên cứu các phương pháp đo nhiệt độ

- Thiết kế mạch thu thập dữ liệu hiển thị máy tính

- Thiết kế nguồn cung cấp

- Chọn linh kiện thiết kế cho hệ thống

- Tính sai sè cho toàn hệ thống

- Sơ đồ các khối chức năng và sơ đồ mạch đo

Những việc chưa làm được

- Chưa viết được lưu đồ thuật toán cho vi điều khiển AT89C51

- Chưa lập trình

Hi vọng mạch còn nhiều ứng dông trong tương lai.

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm việc khẩn trương và nghiêm túc với sự say mê và

lòng nhiệt tình cao, được sự hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình của giác viên

hướng dẫn là Thạc sĩ: Lê Thị Thanh Hà cùng các thầy cô giáo trong bộ môn

Đo lường và tin học công nghiệp dã giúp chúng em củng cố, mở mang thêm

những kiến thức đã được học trong suốt thời gian qua để hoàn thành bản đồ

án này. Tuy nhiên do thời gian làm bản đồ án có hạn nên bản đồ án của

chúng em cũng còn nhiều thiếu sót mong rằng sẽ được sự giúp đỡ của các

thầy và cô trong bộ môn.

Chóng em xin trân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy, các cô. Đặc

biệt là cô giáo Lê Thị Thanh Hà dã giúp đỡ chúng em hoàn thành bản đồ án

này.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý

PGS. Phạm Thượng Hàn

GVC. Nguyễn Văn Hoà

PGS. Nguyễn Trọng Quế

2. Giáo trình “ Kỹ thuật đo lường ”. chủ biên PGS Nguyễn Trọng Quế.

3. Giáo trình “ Phương pháp đo ”. chủ biên PGS Nguyễn Trọng Quế.

4. Giáo trình “ Phương pháp đo và thiết bị đo ”. Cô giáo Nguyễn Thị Lan

Hương.

5. Kỹ thuật điện tử - Đỗ Xuân Thụ.

6. Giáo trình “ Đo lường điện ” và “ Cảm biến đo lường”. GVC Nguyễn

Văn Hoà.

7. Giáo trình “ Kỹ thuật vi xử lý”.

8. Giáo trình “ Kỹ thuật truyền thông công nghiệp”.

9. “ Các bộ cảm biến trong đo lường và điều khiển”.

PGS. Lê Văn Doanh.

PGS. Phạm Thượng Hàn.

GVC. Nguyễn Văn Hoà.

10. “ Đo lường và điều khiển bằng máy tính”. Ngô Diên Tập.