----------
ĐỀ TÀI
“NGHIÊN CỨU VỀ CẢM BIẾN, ỨNG DỤNG
THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH SỬ
DỤNG : CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG, CẢM
BIẾN NHIỆT ĐỘ, CẢM BIẾN QUANG”
Giáo viên hướng dẫn :
Họ tên sinh viên : Đỗ Thị Thu Trang
----------
Trường : ĐHCN Hà Nội Khoa : Điện Tử
SVTH : Đỗ Thị Thu Trang Lớp : CĐĐT6 _ K11
MỤC LỤC
MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC HÌNH
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU ..............................................................................5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN.................................................... 6
1.1 Khái niệm và phân loại cảm biến ....................................................................... 6
1.1.1 Khái niệm.................................................................................................... 6
1.1.2 Phân loại cảm
biến
...................................................................................... 6
1.2 Đường cong chuẩn của cảm biến ....................................................................... 6
1.2.1 Khái niệm.................................................................................................... 6
1.2.2 Phương pháp chuẩn cảm biến ...................................................................... 7
1.3 Các đặc trưng cơ bản ......................................................................................... 8
1.3.1 Độ nhạy của cảm
biến
................................................................................. 8
1.3.2 Độ nhạy trong chế độ tĩnh và tỷ số chuyển đổi
tĩnh
..................................... 8
1.3.3 Độ nhạy trong chế độ
động
......................................................................... 9
1.4 Độ tuyến tính
.................................................................................................... 9
1.4.1 Khái niệm
................................................................................................... 9
1.4.1.1 Đường thẳng tốt
nhất
........................................................................... 10
1.4.1.2 Độ lệch tuyến tính
.............................................................................. 10
1.4.2 Sai số và độ chính
xác
........................................................................... 10
1.4.3 Độ nhanh và thời gian hồi áp
.................................................................... 11
1.4.4 Giới hạn sử dụng của cảm
biến
.................................................................. 12
1.5 Nguyên lý chung chế tạo cảm biến ................................................................. 12
1.5.1 Nguyên lý chế tạo các cảm biến tích cực ................................................... 12
1.5.2 Hiệu ứng nhiệt điện .................................................................................. 13
1.5.2.1 Hiệu ứng hoả điện ............................................................................... 13
1.5.2.2 Hiệu ứng áp điện ................................................................................. 14
1.5.2.3 Hiệu ứng cảm ứng điện từ................................................................... 14
1.5.2.4 Hiệu ứng quang điện ........................................................................... 15
Trường : ĐHCN Hà Nội Khoa : Điện Tử
SVTH : Đỗ Thị Thu Trang Lớp : CĐĐT6 _ K11
1.5.2.5 Hiệu ứng quang - điện - từ................................................................... 15
1.5.2.6 Hiệu ứng Hall..................................................................................... 15
1.5.3 Nguyên tắc chế tạo cảm biến thụ
động
.................................................... 16
1.6 Mạch
đo
.......................................................................................................... 17
1.6.1 Sơ đồ mạch
đo
.......................................................................................... 17
1.6.2 Một số phần tử cơ bản của mạch đo .......................................................... 18
1.6.2.1 Bộ khuếch đại thuật toán
(KĐTT)
....................................................... 18
1.6.2.2 Bộ khuếch đại đo lường IA................................................................. 18
1.6.2.3 Khử điện áp lệch ................................................................................. 19
CHƯƠNG 2 CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH................... 22
2.1 VI ĐIỀU KHIỂN............................................................................................. 22
2.1.1 Tổng quan về 8051.................................................................................... 22
2.1.1.1 Bộ vi điều khiển 8051 ......................................................................... 23
2.1.1.2 Sơ đồ khối chung của họ vi điều khiển 8051 ....................................... 23
2.1.2 Khảo sát họ vi điều khiển AT89XX........................................................... 24
2.1.2.1 Giới thiệu chung.................................................................................. 24
2.1.3 Cấu trúc bên trong vi điều khiển AT89S52................................................ 29
2.1.3.1 Hoạt động định thời của AT89S52 ...................................................... 30
2.1.3.2 Các thanh ghi của bộ định thời............................................................ 30
2.1.3.3 Các chế độ định thời của timer 1 và timer 0......................................... 33
2.1.3.4 Tổ chức ngắt của AT89S52 ................................................................. 34
2.2 HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ BẰNG LCD................................................................ 37
2.2.1 Phân loại LCD........................................................................................... 37
2.2.3 Khả năng hiển thị của LCD ....................................................................... 40
2.2.4 Nguyên tắc hiển thị kí tự trên LCD............................................................ 41
2.3 GIAO TIẾP VỚI BỘ HIỂN THỊ TƯƠNG TỰ-SỐ(ADC)................................ 42
2.3.1 Giới thiệu về ADC..................................................................................... 42
2.3.2 Tìm hiểu về ADC 0804 ............................................................................ 42
2.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ ................................................................................. 44
2.4.1 Phân loại cảm biến nhiệt........................................................................... 44
2.4.2 Cặp nhiệt điện ( Thermocouples )............................................................. 45
2.4.3 Thermistor................................................................................................ 46
2.4.4 Cảm biến nhiệt độ LM35........................................................................... 47
2.4.5 Dải nhiệt độ và sự thay đổi trở kháng theo nhiệt độ của LM35 .................. 49
2.4.5 Các bộ cảm biến nhiệt họ LM35............................................................... 49
Trường : ĐHCN Hà Nội Khoa : Điện Tử
SVTH : Đỗ Thị Thu Trang Lớp : CĐĐT6 _ K11
2.4.6 Phối hợp tín hiệu và sơ đồ khối phối ghép LM35 với 8051........................ 50
2.5 CẢM BIẾN QUANG ..................................................................................... 50
2.5.1 Khái quát.................................................................................................. 50
2.5.2 Diode Cảm Quang ( photo diode )............................................................. 55
2.5.3 Ánh sang hồng ngoại................................................................................. 58
2.6 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG ....................................................................... 60
2.6.1 PIR........................................................................................................... 60
2.6.2 Kính hội tụ................................................................................................ 63
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH............................................................... 65
3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG ............................................................................... 65
3.1.1 Khối nguồn................................................................................................... 65
3.1.2 Khối đo nhiệt độ........................................................................................ 65
3.1.3 Khối vi điều điều khiển ............................................................................. 66
3.1.4 Khối hiển thị LCD..................................................................................... 67
3.1.5 Khối điều khiển thiết bị............................................................................. 68
3.1.6 Khối reset và tạo dao động ....................................................................... 69
3.1.7 Sơ đồ mạch nguyên lý ............................................................................... 70
3.1.8 Sơ đồ mạch in.......................................................................................... 71
3.1.9 Mô hình thực tế......................................................................................... 72
3.2 ỨNG DỤNG .................................................................................................. 72
KẾT LUẬN................................................................................................... 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 76
PHỤ LỤC....................................................................................................... 77
Trường : ĐHCN Hà Nội Khoa : Điện Tử
SVTH : Đỗ Thị Thu Trang Lớp : CĐĐT6 _ K11
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1. 1 Đường cong chuẩn cảm biến...................................................................7
Hình 1. 2 Phương pháp chuẩn cảm biến..................................................................7
Hình 1.3 Xác định các khoảng thời gian đặc trưng cho chế độ quá độ .................11
Hình 1.4 Sơ đồ hiệu ứng nhiệt điện......................................................................13
Hình 1.5 Ứng dụng hiệu ứng hỏa điện .................................................................13
Hình 1.6 Ứng dụng hiệu ứng áp điện ...................................................................14
Hình 1.7 Ứng dụng hiệu ứng cảm ứng điện từ......................................................14
Hình 1.8 Ứng dụng hiệu ứng quang – điện- từ.....................................................15
Hình 1.9 Ứng dụng hiệu ứng Hall........................................................................16
Hình 1.10 Sơ đồ mạch đo nhiệt độ băng cặp nhiệt ...............................................17
Hình 1.11 Mạch đo điện thế bề mặt .....................................................................17
Hình 1.12 Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán............................................................18
Hình 1.13 Sơ đồ bộ khuếch đai đo lường gồm ba KDTT ghép nối điện trở..........19
Hình 1.14 Sơ đồ bộ khuếch đai đo lường gồm ba KDTT ghép nối điện trở..........20
Hình 1.15 Mạch lặp lại điện
áp
............................................................................20
Hình 1.16 Sơ đồ mạch cầu...................................................................................21
Hình 2.1 Bố trí bên trong sơ đồ khối của 8051....................................................24
Hình 2.2 Sơ đồ chân IC AT89S52 ........................................................................26
Hình 2.3 Mạch dao động Thạch Anh XTAL 1 và XTAL 2 ...................................28
Hình 2.4 Mạch dao động .....................................................................................29
Hình 2.5 Cấu trúc bên trong VĐK AT89s52.......................................................29
Hình 2. 6 Hình ảnh LCD.2.2.2 Giới thiệu sơ đồ chân LCD.................................38
Hình 2.7 Sơ đồ chân LCD...................................................................................38
Hình 2.8 Sơ đồ chân ADC ..................................................................................42
Hình 2.9 Cặp nhiệt điện........................................................................................45
Hình 2.10 Thermistor ...........................................................................................46
Hình 2.11 Họ cảm biến nhiệt độ LM35.................................................................47
Hình 2.12 cảm biến nhiệt độ LM35 .....................................................................48
Hình 2.13 Sơ đồ bước sóng của ánh sáng............................................................52
Hình 2.14 Cấu tạo của quang trở điện..................................................................58
Hình 2.15 Cấu tạo của Diode................................................................................59