Đế tài - Mạch đo và khống chế nhiệt độ P3

Chia sẻ: Goi Xanh Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

386
lượt xem 168
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

SƠ LƯỢC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI AD Tín hiệu trong thế giới thực thường ở dạng tương tự (analog), nên mạch điều khiển thu thập dữ liệu từ đối tượng điều khiển về (thông qua các cảm biến) cũng ở dạng tương tự. Trong khi đó, bộ điều khiển ngày nay thường là các μP, μC xử lý dữ liệu ở dạng số (digital). Vì vậy, cần phải chuyển đổi tín hiệu ở dạng tương tự thành tín hiệu ở dạng số thông qua bộ biến đổi AD. Có nhiều phương pháp biến đổi AD khác nhau, ở...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đế tài - Mạch đo và khống chế nhiệt độ P3

2. SƠ LƯỢC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI AD Tín hiệu trong thế giới thực thường ở dạng tương tự (analog), nên mạch điều khiển thu thập dữ liệu từ đối tượng điều khiển về (thông qua các cảm biến) cũng ở dạng tương tự. Trong khi đó, bộ điều khiển ngày nay thường là các μP, μC xử lý dữ liệu ở dạng số (digital). Vì vậy, cần phải chuyển đổi tín hiệu ở dạng tương tự thành tín hiệu ở dạng số thông qua bộ biến đổi AD. Có nhiều phương pháp biến đổi AD khác nhau, ở đây chỉ giới thiệu một số phương pháp điển hình. 2.1. Biến đổi AD dùng bộ biến đổi DA. Trong phương pháp này, bộ biến đổi DA được dùng như một thành phần trong mạch. Khoảng thời gian biến đổi được chia bởi nguồn xung clock bên ngoài. Đơn vị điều khiển là một mạch logic cho phép đáp ứng với tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi. Khi đó, OPAMP so sánh hai tín hiệu vào analog để tạo ra tín hiệu digital biến đổi trạng thái của đơn vị điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu analog nào có giá trị lớn hơn. Bộ biến đổi hoạt động theo các bước : • Tín hiệu Start để bắt đầu biến đổi. • Cứ mỗi xung clock, đơn vị điều khiển sửa đổi số nhị phân đầu ra và đưa vào lưu trữ trong thanh ghi. • Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển đổi thành áp analog vAX qua bộ biến đổi DA. • OPAMP so sánh vAX với điện áp đầu vào vA. Nếu vAX < vA thì đầu ra ở mức cao, còn ngược lại, nếu vAX vượt qua vA một lượng vT (áp ngưỡng) Mạch khống chế nhiệt độ
thì đầu ra ở mức thấp và kết thúc quá trình biến đổi. Ở thời điểm này, vAX được xấp xỉ bằng vA số nhị phân chứa trong thanh ghi chính l giá trị digital xấp xỉ của vA (theo một độ phân giải và chính xác nhất định của từng hệ thống). • Đơn vị điều khiển kích hoạt tín hiệu EOC, báo rằng được kết theo quá Đầu vào analog Clock vA + EOC OPAMP - Start So snh vAX vA Khi chuyển Reset đổi hoàn tất, counter ngừng đếm Bộ biến EOC Counter Clock đổi DA tC vAX ... Start Kết quả digital trình biến đổi. Dựa theo phương pháp này, có nhiều bộ biến đổi như sau : 2.2. Giới thiệu về IC ADC 0804 Bộ ADC 0804 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tương tự sang số 8 bit, bộ chọn 1 kênh với một bộ logic điều khiển tương thích. Bộ chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ tiếp. Thiết bị này loại trừ khả năng cần thiết điều chỉnh điểm 0 bên ngoài và khả năng điều chỉnh tỉ số làm tròn ADC 0804 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý. • Sơ đồ chân ADC 0804: Mạch khống chế nhiệt độ
Chức năng các chân: CS: Ngõ vào cho phép RD,WR: Đọc ghi INTR :cho phép chốt địa chỉ DB0…DB7 : ngõ ra song song 8 bit CLK : xung đồng hồ VREF : điện thế tham chiếu Vin+, Vin-: ngõ vào tương tự VCC, GND: nguồn cung cấp Các đặc điểm của ADC 0804: Độ phân giải 8 bit . Tổng sai số chưa chỉnh định ± ½ LSB; ± 1 LSB . Thời gian chuyển đổi: 100μs ở tần số 640 kHz . Nguồn cung cấp + 5V . Điện áp ngõ vào 0 – 5V . Tần số xung clock 10kHz – 1280 kHz . Nhiệt độ hoạt động - 40oC đến 85oC Mạch khống chế nhiệt độ
. Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng . Không cần điều chỉnh zero hoặc đầy thang Nguyên lý hoạt động: ADC 0804 có 1 vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit. Sau khi kích xung start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung INTR, lúc này bit cơ trọng số lớn nhất (MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào in. + Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1. + Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 0. Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác định được bit cuối cùng. Khi đó chân INTR lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi. Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có 1 xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi. Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên. 256 VIN −Vref (−) ) .( N= Vref (+) −Vref (−) Trong đó Vin: điện áp ngõ vào hệ so sánh. Vref(+): điện áp tại chân REF(+). Vref(-): điện áp tại chân REF(-). Vin Nếu chọn Vref(-) = 0 thì N = 256. Vref (+ ) Vref(+) = Vcc = 5V thì đầy thang là 256. • Mạch tạo xung clock cho ADC 0804: Sử dụng mạch dao động dùng RC để tạo dao động cho ADC như sau: R1 10K C1 100p Mạch khống chế nhiệt độ
1 Tần số dao động của mạch là f = 1.1RC Tần số dao động chuẩn là 600 kHz đến 700Khz Với R từ 1kΩ đến vài chục kΩ chọn R =15 kΩ ⇒ C = 100 pF 1 => f = = 667Khz 15.10 .100.10 −9 3 Từ những điều trên ta kết luận rằng các bước cần phải thực hiện khi chuyển đổi dữ liệu bởi ADC0804 là: Bật CS = 0 và gửi một xung thấp lên cao tới chân WR để bắt đầu chuyển đổi. Duy trì hiển thị chân INTR . Nếu INTR xuống thấp thì việc chuyển đổi được hoàn tất và ta có thể sang bước kế tiếp. Nếu INTR cao tiếp tục thăm dò cho đến khi nó xuống thấp. Sau khi chân INTR xuống thấp, ta bật CS = 0 và gửi một xung cao xuống thấp đến chân RD để lấy dữ liệu ra khỏi chip ADC0804. Phân chia thời gian cho quá trình này được trình bày như hình 8. Hình 8: Phân chia thời gian đọc và ghi của ADC0804 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 1.SƠ ĐỒ KHỐI Mạch khống chế nhiệt độ
Hệ hoạt động theo chương trình đã nạp trên ROM , qua sự điều khiển của MCU 8051 phần cảm biến nhiệt đặt ở nơi ta muốn đo, nó sẽ đọc tín hiệu của nhiệt độ qua mức điện áp tín hiệu analog được chuyển thành tín hiệu số và giao tiếp với hệ thống qua data bus. Trên cơ sở chương trình được nạp trên ROM và tín hiệu nhận được, MCU cho phép thiết bị ngoại vi hoạt động như : hiển thị giá trị nhiệt độ tương ứng điều khiển nhiệt độ thích hợp. 2 .SƠ LƯỢC CHỨC NĂNG CÁC BỘ PHẬN -Vi xử lý 8051 là phần tử chính xử lý các thông tin nhập vào và đưa ra các quyết định điều khiển. - Phím là bộ phận giao tiếp ngoại vi, cho phép nhập các thông số bằng tay. - Mạch hiển thị, hiển thị các giá trị đặt và giá trị đo. - Mạch cảm biến dùng để khuyếch đaị tín hiệu và bù nhiệt. - Mạch công suất dùng để đóng mở nguồn công suất. 3.SƠ ĐỒ CHI TIẾT CÁC KHỐI 3.1.Thiết kế phím : Gồm 3 phím: - Phím tăng - Phím giảm - Phím chức năng - Phím thoát Mạch khống chế nhiệt độ
P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 R VCC SW1 SW1 SW1 SW2 Hình 9. Các phím nhấn 3.2.Khối mạch cảm biến nhiệt • Tính toán và cân chỉnh : VCC -VCC 20K R5 R2 -VCC 39K U3 -VCC U1 4 8 OP-07 VCC 4 8 2 - R4 OP-07 R3 U6 J2 7 1 6 20K 2 - 3 + 6 3 + 1 D1 10K R2 3 + 6 2 C7 R6 10K 2 - R8 10UF 20K C3 7 1 LM 335 10UF CON2 7 1 100K OP-07 4 8 VCC VCC VCC LM335 là cảm biến nhiệt độ có thể hoạt động đến 150oC tương ứng với nhiệt độ 0oK , LM335 cho ra điện áp 0V . Cứ tăng 1oC ,điện áp ra tăng 10mV.Như vậy với 0oC thì điện áp là 2.73V. • Xét mạch khuếch đại trừ : Gọi Vi1 = VOUT 1 là áp ngõ vào đảo của U3 , Vi2 = V OUT2 áp ngõ vào không đảo của U3. Áp dụng phương pháp xếp chồng cho từng kích thích ngõ vào ,ngắn mạch ngõ vào còn lại ta được : Trong trường hợp này ta chọn R5=R6 và R4=R3 thì Vo được viết lại như sau Mạch khống chế nhiệt độ
Suy ra điện áp ngõ ra sẽ thay đổi A *10mV khi nhiệt độ thay đổi 1oC .độ phân giải cần là 1oC nên điện áp thay đổi khi nhiệt độ thay đổi 1oC,phải bằng độ phân giải của AD0804 : Av *10mV = 19.6mV =>Av = 1.96 =>Chọn R5 = 20 K và R3 = 10K • Cân chỉnh : Chỉnh VR1 sao cho VI của U3 =2.73 + 0.01* toC Nhưng trong thực tế để chính xác ,nhúng LM335 vào nước đá đang tan (0oC) . Chỉnh VR2 sao cho V2 của U2 = 2.73V. • Thiết kế bộ cảm biến nhiệt : Tầm làm việc trong hệ thống mạch từ 0 ÷150oC. Để đo nhiệt độ chính xác phải có các đầu đo đặc biệt. Đầu đo dưới dạng vi mạch LM335 là một đầu đo đơn giản và chính xác với giá thành lại rẻ .LM335 có độ biến thiên điện áp theo nhiệt độ là 10mV/ K ,có một dãy độ chính xác khá cao và cảm biến nhiệt tốt ở nhiệt độ 25oC có độ sai số nhỏ hơn 1oC.với tầm đo từ nhiệt độ 0 ÷100oC, ngõ ra của cảm biến này tuyến tính. • Các tính chất của cảm biến LM335 : Chia độ trực tếp theo oK Độ chính xác ban đầu là 1oC Trở kháng động < 1Ω Tầm nhiệt độ rộng . Khoảng đo 150oC • Tầm tuyệt đối lớn nhất : Dòng ngược 15mA Dòng thuận 10mA Điện áp hoạt động ngõ ra ở điều kiện TC =25oC, IR =1nA tương ứng 2.92 ÷ 3.04V có: 400μA < IR < 5mA. 5 − V0 400μA < < 5 mA R Mạch khống chế nhiệt độ
5 − V0 5 − V0
R5 20K -VCC -VCC VCC VCC J3 VCC VCC VCC U1 VCC U6 3 4 8 OP-07 R3 2 4 8 2 1 Q1 Q2 Q3 Q4 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 20K - OP-07 6 2 - R2 3 + 6 VCC A1015 A1015 A1015 A1015 10K 3 + CON3 C3 C6 VCC 10UF VCC 7 1 7 1 U1 U4 10 20 40 VCC R7 CAP NP R 8 18 1 21 P2.0 VC C /V R EF GN D VC C VCC AGND DB0 17 2 P1.0 P2.0/A8 22 P2.1 CA CA CA CA VC C VC C VC C VC C VCC DB1 16 3 P1.1 P2.1/A9 23 P2.2 DB2 15 4 P1.2 P2.2/A10 24 P2.3 R9 DB3 P1.3 P2.3/A11 J2 6 14 5 25 P2.4 VCC +IN DB4 13 6 P1.4 P2.4/A12 26 P2.5 -VCC 1 100K DB5 12 7 P1.5 P2.5/A13 27 P2.6 2 9 DB6 11 8 P1.6 P2.6/A14 28 P2.7 R2 3 VREF/2 DB7 P1.7 P2.7/A15 330 X 8 39K 4 7 1 P3.0 P3.7 17 32 A U3 -IN CS P3.7/RD P0.7/AD7 2 P3.1 P3.6 16 33 B DP DP DP DP RD P3.6/WR P0.6/AD6 4 8 G G G G C D C D C D C D A B E A B E A B E A B E F F F F P3.2 C C LKR OP-07 4 3 15 34 2 - R4 CON4 CLKIN WR 5 P3.3 14 P3.5/T1 P0.5/AD5 35 D 6 INTR P3.3 13 P3.4/T0 P0.4/AD4 36 E 3 + P3.2 12 P3.3/INT1 P0.3/AD3 37 F P3.2/INT0 P0.2/AD2 19 10K -VCC ADC0804 P3.1 11 38 G D1 P3.1/TXD P0.1/AD1 DP DP DP DP VCC 3.3. Sơ đồ nguyên lý tổng quát C7 R6 P3.0 10 39 DP A B E A B E A B E A B E G G G G F F F F C D C D C D C D 10UF 39K C8 R10 P3.0/RXD P0.0/AD0 7 1 U3A 19 30 X1 ALE VCC LM 335 29 14 10K 12MHZ 89C51 PSEN MUC THAP 7400 1 150p 9 VCC 3 18 RST R1 X2 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7 2 31 GN D R2 EA P3.6 P3.7 D1 D2 R 7 20 R C9 R LED VCC SW1 VCC CAP SW1 SW1 SW1 SW2 DIODE Mạch khống chế nhiệt độ VCC SW PUSHBUTTON U3B Q1 R2 14 7400 NPN BCE 4 6 1 2 4 6 LS1 MUC CAO 5 RELAY DPST VCC 1 J3 3 5 1 7 J1 CON1 CON1
CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 1. Lưu đồ giải thuật 1.1.Lưu đồ giải thuật tổng quát: BEGIN NẠP GIÁ TRỊ ĐẦU Y Y Y O O CÓ NHẤN NHẤN TĂNG T = TOMIN N N GIẢM to ĐẶT HIỂN THỊ HIỂN THỊ Mạch khống chế nhiệt độ
1.2.Giải thuật chương trình đọc A/D và chương trình đổi số nhị phân ra BCD: 1.3.Giải thuật xuất led: Mạch khống chế nhiệt độ
1.4.Giải thuật chương trình so sánh và điều khiển: START So sánh nhiệt độ đặt với nhiệt độ hiện tại Cấp nguồn cho phần công suất Thoát Mạch khống chế nhiệt độ
1.5.Giải thuật chương trình tăng giảm: START N NHẤN NÚT Y Y Tăng 1 đơn vị Nhấn Tăng N Y Nhấn Giảm ___________ Giảm 1 đơn vị N Gọi Chương Trình Hiển Thị Mạch khống chế nhiệt độ
2.Chương trình phần mềm : $MOD51 CS BIT P3.0 RDD BIT P3.1 WRITE BIT P3.2 INTR BIT P3.3 RELAY1 BIT P3.7 RELAY2 BIT P3.6 ORG 00H MOV 60H,#35 MOV 61H,#45 MAIN: MOV DPTR,#SO CLR CS CLR RDD DOCNHIETDO: JNB P2.7,HIEUCHINH1 CLR C LCALL DELAYSCAN MOV A,P1 CJNE A,60H,$+3 JC X1 CJNE A,61H,$+3 JNC X2 SETB RELAY1 SETB RELAY2 SJMP X3 X1: CLR RELAY1 SJMP X3 X2: CLR RELAY2 X3: LCALL GIAIMABCD SJMP DOCNHIETDO HIEUCHINH1: LCALL CHONGDOI MOV A,60H LCALL GIAIMACHULL LCALL DELAYSCAN JNB P2.6,TANG JNB P2.5,GIAM JNB P2.4,DOCNHIETDO JNB P2.7,HIEUCHINH2 SJMP HIEUCHINH1 TANG: INC 60H SJMP HIEUCHINH1 GIAM: DEC 60H SJMP HIEUCHINH1 HIEUCHINH2: LCALL CHONGDOI MOV A,61H LCALL GIAIMACHUHH LCALL DELAYSCAN JNB P2.6,TANG1 JNB P2.5,GIAM1 JNB P2.4,DOCNHIETDO Mạch khống chế nhiệt độ
JNB P2.7,DOCNHIETDO MOV R0,7AH SJMP HIEUCHINH2 TANG1: INC 61H SJMP HIEUCHINH2 GIAM1: DEC 61H SJMP HIEUCHINH2 ;********************************************************* GIAIMABCD: MOV B,#10 DIV AB MOV 10H,B MOV B,#10 DIV AB MOVC A,@A+DPTR MOV 27H,A MOV A,B MOVC A,@A+DPTR MOV 26H,A MOV A,10H MOVC A,@A+DPTR MOV 25H,A MOV 24H,#86H RET HTHI: MOV P0,24H MOV P2,#1110B LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV P0,25H MOV P2,#1101B LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV P0,26H MOV P2,#1011B LCALL DELAY MOV P2,#0FFH MOV P0,27H MOV P2,#0111B LCALL DELAY MOV P2,#0FFH RET DELAY: MOV 32H,#50 DJNZ 32H,$ RET DELAYSCAN: PUSH 00H CLR WRITE SETB WRITE MOV TMOD,#01H MOV R0,#20 DANGTRINH: MOV TH0,#-250H MOV TL0,#-250H SETB TR0 Mạch khống chế nhiệt độ
HIEN: LCALL HTHI JNB TF0,HIEN CLR TF0 CLR TR0 DJNZ R0,DANGTRINH POP 00H RET CHONGDOI: MOV R0,#2 DJNZ R0,$ RET ;****************************** GIAIMACHULL: MOV B,#10 DIV AB MOV 10H,B MOV B,#10 DIV AB MOVC A,@A+DPTR MOV 27H,A MOV A,B MOVC A,@A+DPTR MOV 26H,A MOV A,10H MOVC A,@A+DPTR MOV 25H,A MOV 24H,#0C7H RET ;**************************************** GIAIMACHUHH: MOV B,#10 DIV AB MOV 10H,B MOV B,#10 DIV AB MOVC A,@A+DPTR MOV 27H,A MOV A,B MOVC A,@A+DPTR MOV 26H,A MOV A,10H MOVC A,@A+DPTR MOV 25H,A MOV 24H,#09H RET SO: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END Mạch khống chế nhiệt độ
Mạch khống chế nhiệt độ