Ngày đăng: 17/10/2015, 10:25
Đồ án môn Vi điều khiểnCHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ THƯTrong ứng dụng hàng ngày, nhu cầu theo dõi nhiệt độ và độ ẩm ngày càng trở nênphổ biến và thiết thực và sử dụng trong: Sản xuất chế biến nông nghiệp Hiển thị và thựcthi điều khiển (quạt gió, máy sấy, điều hòa,… hay báo động) Datalog dữ liệu về môitrường tại một khu vực… Theo dõi môi trường, chế độ làm việc của một số các dâychuyền, thiết bị có yêu cầu cao.Khái niệm về đo nhiệt độ và độ ẩm đã có từ rất lâu, trong tất cả các đại lượng vậtlý thì nhiệt độ và độ ẩm được quan tâm nhiều nhất. Nhiệt độ và độ ẩm là yếu tố ảnhhưởng trực tiếp đến tính chất của vật chất và môi trường sống. Trong công nghiệp sảnxuất và trong lĩnh vực đo lường điều khiển, quá trình đo và xử lí nhiệt độ, độ ẩm giữ mộtvai trò quan trọng.Trong các thiết bị đó có các thiết bị đòi hỏi về cảm biến đo và điều chỉnh nhiệt độ,độ ẩm của không khí như điều hòa, chuông báo cháy, lò vi sóng… Do đó ta có thể thấytầm quan trọng và tính thực tế của việc đo và điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong các thiếtbị tự động hóa cũng như trong đời sống hàng ngày.Ở đồ án này, chúng em nhận được đề tài thiết kế “Mạch đo và điều khiển ổn địnhnhiệt độ và độ ẩm cho môi trường, dùng cảm biến đo nhiệt độ DS18B20, đo độ ẩmHS1101”. Đây cũng là một trong những đề tài rất sát với thực tế, mang tính ứng dụngthực tiễn rất cao. Điều đó càng tạo động lực và cảm hứng cho sinh viên tìm tòi và nghiêncứu.Trong đồ án chắc hẳn còn nhiều sai sót, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo,hướng dẫn của các thầy cô cũng như sự đóng góp của các bạn sinh viên để đồ án hoànthiện hơn.Chúng em chân thành cảm ơn!Hà Nội, ngày ….. tháng …. năm 20131Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnCHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM1. HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG1.1 Giới thiệuĐể thực hiện phép đo nào đó của một đại lượng nào đó thì tùy thuộc vào đặctính của đại lượng cần đo, điều kiện đó, cũng như độ chính xác theo yêu cầu củamột phép đo mà ta có thể thực hiện đo bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sởcủa các hệ thống đo lường khác nhau.Sơ đồ khối của một hệ thống đo lường tổng quát:Chuyển đổiMạch đoChỉ thịKhối chuyển đổi: làm nhiệm vụ nhận trực tiếp các đại lượng vật lí đặc trưngcho đối tượng cần đo, biến đổi các đại lượng thành các đại lượng vật lí thốngnhất (dòng điện hoặc điện áp) để thuận lợi cho việc tính toán.Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận được từ bộ chuyển đổisao cho phù hợp với yêu cầu thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thị.Khối chỉ thị: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ mạch đo để thểhiện kết quả đo.1.2 Hệ thống đo lường số1.2.1 Sơ đồ khối•1.2.1 Nguyên lý hoạt động2Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnĐối tượng cần đo là đại lượng vật lí, dựa vào các đặc tính của đạilượng cần đo mà ta chọn một loại cảm biến phù hợp để biến đổi thongsố đại lượng vật lí cần đo thành đại lượng điện, đưa vào mạch chế biếntín hiệu ( gồm: bộ cảm biến, hệ thống khuếch đại, xử lí tín hiệu).Bộ chuyển đổi tín hiệu ADC ( Analog Digital Converter) làm nhiệmvụ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và kết nối với vi xử lí.Bộ dồn kênh tương tự và bộ chuyển đổi ADC được dung chung chotất cả các kênh. Dự liệu nhập vào vi xử lí sẽ có tín hiệu chọn đúng kênhcần xử lí để đưa vào bộ chuyển đổi ADC và đọc đũng giá trị đặc trưngcủa nó qua tính toán để có kết quả đại lượng cần đo.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ2.1 Đo nhiệt độ bằng phương pháp tiếp xúc2.1.1 Đo nhiệt độ bằng nhiệt điện trởNguyên lý hoạt động:Điện trở của một số kim loại thay đổi theo nhiệt độ và dùa vào sự thay đổi điện trở đóngười 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 nhiệtnăng sinh ra do dòng nhiệt điện trở nhỏ hơn so với nhiệt năng nhận được từ môitrường thí nghiệm.Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu dùng làm chuyển đổi của nhiệt điện trở là có hệ sốnhiệt độ lớn và ổn định, điện trở suất khá lớn…Trong công nghiệp nhiệt điện trở được chia thành nhiệt điện trở kim loại vànhiệt điện trở bán dẫn.2.1.1.1 Nhiệt điện trở kim loạiQuan hệ giữa nhiệt điện trở của nó và nhiệt độ là tuyến tính, tính lặp lại của quanhệ là rất cao nên thiết bị được cấu tạo đơn giản. Nhiệt điện trở kim loại thường có dạngdây kim loại hoặc màng mỏng kim loại có điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ. Trongđiện 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 đặctính điện trở của nó, hơn nữa Platin còn trơ về mặt hoá học và ổn định tinh thể, cho phép3Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnhoạt động tốt trong dải nhiệt độ rộng. Ngoài ra nó lại còn có tính lặp rất cao, sai số ngẫunhiên 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 bịoxy hoá khi nhiệt độ tăng do vậy dải nhiệt độ làm việc của nó bị hạn chế ( dưới 250 0C ).Tuy vậy nó lại có giá thành rẻ vẫn đáp ứng về mặt kỹ thuật cho nên cũng hay được sửdụng.Đồng cũng được sử dụng nhiều vì sự thay đổi nhiệt độ của đồng có độ tuyến tínhcao, giống nh Niken thì hoạt tính hoá học của đồng lớn nên dải nhiệt độ làm việc củađông bị hạn chế ( dưới 180 0C ).Để đạt được độ nhạy cao nhiệt điện trở phải lớn muốn vậy phải giảm tiết diện vàtăng chiều dài dây. Để có độ bền cơ học tốt các nhiệt điện trở kim loại có trị số điện trở Rvào khoảng 100Ω ở 00C. Các nhiệt điện trở có trị số lớn thường dùng đo dải ở nhiệt độthấp vì ở đó cho phép thu được độ nhạy cao. Để sử dụng cho mục đích công nghiệp cácnhiệt 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 đượcbiểu diễn bằng biểu thức:Rt = Ro(1+At+Bt2 )Trong đó Ro là nhiệt độ ở 00CĐối với bạch kim tinh khiết thì: A = 3,940.10-3/ 0CB = -5,6.10-7/ 0CTrong khoảngtừ -190 – 0 0C thì quan hệ giữa điện trở của bạch kim với nhiệt độ códạng: Rt = { 1+At+Bt2+C(t-100)3Trong đó C = -4,10.10-12/ 0CĐối với đồng ta có công thức: Rt = Ro(1+αt).Trong đó: Ro – điện trở ở nhiệt độ 00Cα – 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 môitrường có độ kiềm 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) (Ω).2.1.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn4Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnNhiệt điện trở bán dẫn được chế tạo từ hỗn hợp nhiều oxit kim loại khác nhau (vídô nh: CuO, MnO…). Một số nhiệt điện trở bán dẫn đặc trưng bởi quan hệ: Rt = A.e B/TTrong đó A: Hằng số chất phụ thuộc vào tính chất vật lý của chất bấn dẫn, kíchthước 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 vớinhiệt độ. Điều này gây khó khăn cho việc có thang đo tuyến tính và việc lầm lẫn giữa cácnhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt.Nhiệt điện trở có thể dùng mạch đo bất kỳ để đo điện trở nhưng thông thường dùngmạch cầu không cân bằng, chỉ thị là Logomet từ điện hoặc cần tự động cân bằng, trongđó một nhánh là nhiệt điện trở khi sản xuất hàng loạt.Nếu dùng cầu 2 dây dụng cụ sẽ có sai sè do sù thay đổi nhiệt điện trở của đườngdây khi nhiệt độ môi trường thay đổi.2.1.2 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 Avà B. Sebeck đã chứng minh rằng nếu mối hàn có nhiệt độ t và t 0 khác nhau thì trongmạch khép kín có một dòng điện chạy qua. Chiều của dòng điện này phụ thuộc vào nhiệtđộ tương ứng của mối hàn nghĩa là t > t 0 thì dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Nếu đểhở một đầu thì sẽ xuất hiện một sức điện động nhiệt. Khi mối hàn có cùng nhiệt độ ( vídụ bằng t0 ) thì sức điện động tổng bằng:EAB = eAB(t0) + eAB(t0) = 0.Từ đó rút 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 thuộcvào hệ số nhiệt độ của mạch vòng t và t 0).Như vậy bằng cách đo sức điện động ta có thểtìm được nhiệt độ của đối tượng.Phương pháp này được sử dụng nhiều trong công nghiệp khi cần đo những nơi có nhiệtđộ cao.2.1.3 Đo nhiệt độ bằng các phần tử bán dẫn (diot và tranzito)5Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnNguyên lý hoạt động : các linh kiện điện tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đócó thể sử dụng một số linh kiện bán dẫn như diot hoặc tranzito nối theo kiểu diot ( nốibazo với collector). Khi đó điện áp giữa 2 cực U là hàm của nhiệt độ. Để tang độ tuyếntính và độ ổn định ta mắc theo sơ đồ sau:Sơ đồ mạch nguyên lý của IC bán dẫn đo nhiệt độ.Khi nhiệt độ thay đổi ta có:Ud= EBE1 –EBE2= .ln()Với Ic1/Ic2 =const thì Ud tỉ lệ với nhiệt độ T mà không cần đến nguồn ổn định.Ví dụ một số loại IC đo nhiệt độ hay dùng:Loại ICAD592CNLM35MMB-TS102REF-02ADS18B20Độ nhạy S1µA/OK±10mV/ OK-2.25mV/ OK2.1mV/ OK-2.mV/ OKDải đo-25OC÷1050C-55OC÷1500C-40OC÷1500C-55OC÷1250C-55OC÷1250CSai số0.30C±0.250C±0.250C±0.50C±0.250CCó rất nhiều hãng chế tạo linh kiện điện tử đã sản xuất ra các loại IC bán dẫn dùng để đodải nhiệt độ từ -55-150 0C. Trong các mạch tổ hợp IC, cảm biến nhiệt thường là điện ápcủa líp chuyển tiếp p-n trong một loại tranzitor loại bipola.2.1.3.1 Loại LM 35IC loại LM 35 có điện áp ngõ ra tỉ lệ trực tiếp với nhiệt độ thang đo 0C, điện áp ralà 10mV/ 0C và sai số không tuyến tính là ±1,8 mV cho toàn thang đo. Điện áp nguồnnuôi có thể thay đổi từ 4V÷30V. LM 335 được chế tạo cho 3 thang đo:-55÷150 0C loại LM 35 và LM 35D-40÷110 0C loại LM35C và LM35CA6Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển0÷100 0C loại LM35DA2.1.3.2 Loại AD22100AD22100 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 cấpT : Nhiệt độ cần đoCác IC trong họ AD22100:AD100KT/KR cho dải nhiệt độ từ 0÷1000CAD100AT/AR cho dải nhiệt độ từ -40÷850CAD100ST/SR cho dải nhiệt độ đo từ -50÷1500CHình dạng bên ngoài của AD22100:V+: Điện áp nguồn nuôi 4÷30 VDCVo : Đầu raGND : nối vào 0VNC : bá trống2.1.3.3 Cảm biến DS18B20• Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ.• Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip(on chip), giá trị nhị phân được khắc bằng tia laze.7Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển• Nếu cấu hình cho DS18B20 theo 9,10,11,12 bit thì ta có độ chính xác tương ứng là :0.5°C , 0.25°C ,0.125°C, 0.0625°C.Theo mặc định của nhà sản xuất nếu chúng ta khôngcấu hình chế độ chuyển đổi thì nó sẽ tự cấu hình là 12 bit.Khi bắt đầu chuyển đổi nhiệt độ thì chân DQ sẽ được kéo xuống mức thấp và khi chuyểnđổi xong thì ở mức cao.Như vậy ta sẽ căn cứ vào hiện tượng này để xác định khi nàochuyển đổi xong nhiệt độ.2.2 Đo nhiệt độ bằng phương pháp không tiếp xúcNguyên lý hoạt động:Dưạ trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ năng lượng theo mọihướng với khả năng lón nhất. Bức xạ nhiệt của mọi vật đặc trưng bởi mật độ phổ E nghĩalà 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 biểudiễn bởi công thức:E0 = C1.α-5(ec2/αT-1)-1Trong đó: C1: Hằng số và C1= 37,03.10-7 (Jm2/s)C2: Hằng số vá C2= 1,432.10-2 (m.độ)α: Độ dài sóngT: Nhiết độ tuyệt đối2.2.1 Hoả quang kế phát xạ:8Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnĐối với vật đen tuyệt đối năng lượng bức xạ toàn phần trên một đơn vị bề mặt E t0= α.T4p ( với α = 4,96.10-2 Jm2.sgrad4 )Tp : Nhiệt độ của vật theo lý thuyết đối với vật thựcE0T = αTT4tTrong đó : αT là hệ số bức xạ tổng, xác định tính chất của vật và nhiệt độ của nã ( thườngnhỏ hơn 1 )Tt : Nhiệt độ thực của vậtHoả quang kế phát xạ được khắc độ theo bức xạ của vật đen tuyệt đối. Nhưng khiđo ở đối tượng thực thì Tp được tính theo công thức:α.T4p = α T. α.T4Tα TT = Tp 4 α 1/ α T( Tt bao giê cũng nhỏ hơn Tp )Hoả quang kế dùng để đo dải nhiệt độ từ 20 ÷ 100 0C. 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 thuỷtinh đặc biệt để tập chung các tia phát xạ và phần tử nhạy cảm với nhiệt độ được thaybằng cặp nhiệt ngẫu. Trong nhiệt kế phát xạ thấu kính không thể đo được nhiệt độ thấp vìcác 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. Chùmtia 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 dođó trong vật nóng có sự phát xạ nội tại và dòng phát xạ nhiệt đi qua bề mặt.2.2.2 Hoả quang kế cường độ sáng:Trong thực tế khi đo nhiệt độ T dưới 3000 0C với bước sóng trong khoảng 0,40µm< α< 0,70µm thì mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối có thể biểu diễn bằng côngthức:E0t = C1α-5.e-c2/αTĐối với vật thật:E0t = αt.C1α-5.e-c2/αTXác định αt là điều rất khó, thường αt = 0,03 ÷0,7 ở các vật liệu khác nhau và với độ sóngα = 0,6 ÷ 0,7µm.9Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnNguyên lý làm việc :So sánh cường độ sáng của đối tượng đo nhiệt độ với cường độ sáng của mộtnguồn sáng chuẩn trong dải phổ hẹp. Nguồn sáng chuẩn là một bóng đèn sợi đốtVonlfram sau khi đã được già hoá trong khoảng 100 giê với nhiệt độ khoảng 2000 0C.Cường độ sáng có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi dòng đốt hay dùng bộ lọc ánh sáng.Nếu cường độ sáng của đối tượng đo lớn hơn độ sáng của dây đốt ta sẽ thấy dâythâm trên nền sáng.Nếu cường độ của đối tượng đo yếu hơn độ sáng của dây đốt thì kết quả sẽ cho thấy dâysáng 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 cườngđộ 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 đặtvào tế bào quang điện 4. Sự sánh được thực hiện bằng cách lần lượt cho ánh sáng từ đốitượng đo và đèn chiếu tế bào quang điên nhờ tấm chắn 3 và sự di chuyển tấm chắn cảmứng điện từ 9 của chuyển đổi ngược với tần số 50 Hz.Dòng ánh sáng i1 và i2 được tế bào quang điện biến thành dòng điện, dòng điện này đượcđưa vào khuếch đại xoay chiều và được chỉnh lưu bằng bộ chỉnh lưu nhạy pha 6 để biếnthành dòng 1 chiều và đưa vào miliampemet 7 và đèn đốt 10 thay đổi cho đến khi cườngđộ sáng của đối tượng đo.Miliampemet được khắc trực tiếp giá trị nhiệt độ cho ta biết giá trị đo được. Hoả quangkế loại này có độ chính xác cao ( sai số ±1% ) trong dải nhiệt đo 900 ÷ 22000C.2.2.3 Hoả quang kế màu sắcNguyên lý làm việc:Dùa trên phương pháp đo tỉ số cường độ bức xạ của 2 ánh sáng có bước sóng khác nhauα1 và α2. Nếu năng lượng thu được:E1 = α1.C1α-51e-c2/1TE2 = α2.C1α-52e-c2/α1TT = C2( 1/α1- 1/α2).ln (E1)Vì vậy trong dụng cụ hoả kế màu sắc có thiết bị tự giải phương trình. Các giá trịα1,α2,α1,α2 được đưa vào trước. Nếu các thông số trên không được đưa vào trước sẽ gâynên sai sè.10Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnKhi đo đến dải nhiệt độ 2000÷ 25000C thì giá trị α1,α2 có thể xác định được bằng thựcnghiệm.Cường độ bức xạ từ đối tượng đo A qua hệ thấu kính 1 tập chung ánh sáng trên đĩa 2. Đĩanày 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, trongđó một nửa đặt bộ lọc ánh sáng đỏ (LĐ) còn nửa kia lọc ánh sáng xanh (LX). Khi đĩa quatế bào quang lần lượt nhận được ánh sáng đỏ và xanh với tần số nhất định tuỳ theo tốc độquay 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 quangđiện là xanh hay đỏ.Tuỳ theo cường độ bức xạ của đối tượng đo, độ nhạy của khuếch đại được điều chỉnh tựđộng nhờ thiết bị 6.Bé chia logomet từ điện: góc quay của nó tỉ lệ với nhiệt độ cần đo và bộ chuyển mạch làcác rơle phân cực, làm việc đồng bộ với các đĩa quay, nghĩa là: sự chuyển mạch củalogomet xảy ra đồng thời với sự thay đổi bộ lọc ánh sáng mà dòng bức xạ đặt lên tế bàoquang điện.- Ưu điểm: Trong quá trình đo không phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí đo đến đốitượng 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 loại Ưu điểmNhược điểmcảm biếnNhiệt- ổn định nhất- Đắt tiềnđiện trở- Chính xác nhất- Cần phải cung cấp nguồn dòng- Tuyến tính hơn so với – Lượng thay đổi R nhácặp nhiệt ngẫu- Điện trở tuyệt đối thấp- Tù gia tăng nhiệtCặp nhiệt – Là thành phần tích cực, – Phi tuyếnngẫutự cung cấp công suất- Điện áp cung cấp thấp- Đơn giản, rẻ tiền- Đòi hỏi điện áp tham chiếu- Tầm thay đổi rộng- Kém ổn định nhất- Tầm đo nhiệt độ rộng- Kém nhạy nhất11Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnIC cảm – Tuyến tính nhấtbiến- Ngõ ra có giá trị cao nhất- Rẻ tiềnĐo bằng – Tầm đo nhiệt độ rộngphươngphápkhôngtiếp xúc- Nhiệt độ đo thấp- Cần cung cấp nguồn dòng choCảm biến- Cấu tạo phức tạp3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ ẨM3.1 Phương pháp sấy khô3.1.1 Nguyên tắcDùng sức nóng làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu. Cân trọng lượng mẫu trướcvà sau khi sấy khô, từ đó tính ra phần trăm nước có trong mẫu.3.1.2 Dụng cụ vật liệu và thuốc thử- Tủ điều chỉnh được nhiệt độ (1000C – 1050C).- Cân phân tích 4 số.- Nồi cách thuỷ.- Bình hút ẩm phía dưới để chất hút ẩm (CaCl2, Na2SO4 khan, H2SO4 đậm đặc hoặcSilicagen …).- Chén sứ.- Đũa thủy tinh đầu bẹt, dài khoảng 5 cm.- Na2SO4 hoặc cát sạch.Cát chuẩn bị như sau: đổ cát qua dây có đường kính lỗ 4 – 5mm. Rửa qua bằng nướcmáy, sau đó rửa bằng HCl bằng cách đổ acid vào cát rồi khuấy (một phần acid mộtphần cát). Để qua đêm sau đó rửa cát bằng nước máy cho đến khi hết acid (thử bằnggiấy quỳ). Rửa lại bằng nước cất sau đó sấy khô, cho qua dây có đường kính lỗ 1 –1,5 mm, rồi đem nung ở lò nung từ 550 -6000C để loại chất hữu cơ. Giữ cát trong lọđậy kín.3.1.3. Cách tiến hànhLấy cốc thủy tinh có đượng 10 – 20g cát sạch và một đũa thủy tinh bẹt đầu, đem sấyở 100 – 1030C cho đến khi trọng lượng không đổi. Để nguội trong bình hút ẩm và cântrọng lượng chính xác đến 0,0001g.Sau đó cho vào cốc khoảng 10g mẫu. Cân tất cả ở cân phân tích với độ chính xác nhưtrên.Dùng que thủy tinh trộn đều thuốc thử với cát. Dàn đều thành lớp mỏng.Cho tất cả vào tủ sấy ở 100 – 1030C, sấy cho đến khi trọng lượng không đổi, thườngtối thiểu là 6h. Trong thời gian sấy, cứ sau 1h lại dùng đũa thuỷ tinh đầu bẹt nghiềnnhỏ các phần vón cục, sau đó dàn đều và tiếp tục sấy.12Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnSấy xong, làm nguội trong bình hút ẩm (20 -25 phút) và đem cân ở cân phân tích vớiđộ chính xác như trên.Cho lại vào tủ sấy 100 – 1030C trong 30 phút, lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm (20-25 phút) và đem cân như trên tới khi trọng lượng không đổi. Kết quả giữa hai lầncân liên tiếp không được cách nhau quá 0,5mg cho mỗi gam mẫu thử.3.1.4. Tính kết quảĐộ ẩm theo phần trăm tính theo công thức:X = (m1 – m2 ).100/( m1 -m )Trong đó:m: trọng lượng cốc cân, cát và đũa thủy tinh (g).m1: trọng lượng cốc cân, cát, đũa thủy tinh và của mẫu trước khi sấy (g).m2: trọng lượng cốc cân, cát đũa thủy tinh và của mẫu sau khi sấy (g).Sai lệch giữa hai lần xác định song song không được lớn hơn 0,5%.Kết quả cuối cùng là trung bình của 2 lần lặp lại song song.Tính chính xác đến 0.01%.Chú ý:Trong trường hợp qui định trước, có thể sử dụng phương pháp sấy ở 1300C trong 2h,hoặc phương pháp sấy chân không ở nhiệt độ thấp.Đối với mẫu lỏng cần làm bốc hơi nước ở nồi cách thủy cho tới khô trước khi chovào tử sấy.Trong trường hợp không có cốc thủy tinh có nắp kín, có thể dùng cốc kim loại(nhôm) hay chén sứ.Nhược điểm:Có thể làm sai số làm tăng độ ẩm do khi sấy, các chất bay hơi như tinh đầu, cồn, acidbay hơi, …cùng bay hơi với nước hoặc bị phân giải thành furfurol, amoniac khi sấycác mẫu có chứa nhiều đường, đạm làm giảm tỷ lệ thủy phần.Cũng có thể cho kết quả sai số do một số thành phần bị oxy hóa khi gặp không khí ởnhiệt độ cao (như mẫu có nhiều chất béo).3.2. Phương pháp chưng cất kín với một dung môi hữu cơ3.2.1. Nguyên tắcDùng một loại dung môi hữu cơ có 3 đặc tính:- Có nhiệt độ sôi cao hơn nước một chút.- Không trộn lẫn với nước.- Nhẹ hơn nước.Khi đun sôi dung môi hữu cơ đã trộn lẫm với mẫu, dung môi bốc hơi và sẽ kéo theonước trong mẫu. Dung môi và nước gặp lạnh ngưng tụ ở ống đo có vạch chia làm hailớp riêng biệt. Đọc thể tích nước lắng ở phía dưới, từ đó tính ra phần trăm nước cótrong mẫu.3.2.2. Dụng cụ vật liệu và thuốc thử13Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển- Dụng cụ cất cất để xác định độ ẩm ( các bộ phận trong máy cất lắp ráp với nhaubằng mối nối nhám hoặc bằng nút lie (liege) kín, không nên dùng nút cao su vì cao subị hòa tan trong dung môi hữu cơ).- Cân kỹ thuật.- Đũa thủy tinh.Bi thủy tinh hoặc đá bọt.Toluol (toluen) tinh khiết (độ sôi: 1100C) hoặc xylen tinh khiết (độ sôi: 138 –1440C).3.2.3. Cách tiến hànhTùy theo độ ẩm của mẫu thử, cân khoảng 5- 10g mẫu thử (để giải phóng 2 – 3mlnước) trong chén cân khô, bằng cân kỹ thuật với độ chính xác 0,01g.Cho mẫu thử vào bình đựng mẫu đã chứa sẵn khoảng 50 ml toluen. Tráng chén cân 2lần bằng toluen rồi cũng cho toluen đó vào trong bình. Thêm toluen vào cho đếnkhoảng 100 – 150ml, cho thêm vài viên bi thủy tinh hay đá bọt.Lắp máy cất, mở nước vào máy sinh hàn. Đun cho toluen sôi mạnh,bốc hơi kéo theophần nước có trong mẫu và ngưng tụ trong phần ống đo có khắc vạch. Tiếp tục đuncho đến khi mực nước trong ống đo không đổi. Nếu có những giọt nước đọng lại trênthành ống, dùng ống thủy tinh mảnh đưa giọt nước xuống.Trong ống đo, nước và toluen chia thành hai phần rõ rệt, nước ở phía dưới và toluenở phía trên, sau khi để nguội đọc thể tích trong ống đo.3.2.4. Tính kết quảĐộ ẩm theo phần trăm tính theo công thức:X = m x 100/m0Trong đó:X: phần trăm độ ẩm.m: trọng lượng nước trong ống đo (g).m0: trọng lượng mẫu đem phân tích (g).Chú ý:- Vì thể tích và trọng lượng nước gần bằng nhau nên có thể coi số gam nước cũngtương đương với số ml nước.- Trong trường hợp toluen hoặc xylen có lẫn nước: lắp máy và chưng cất dung môi(không có mẫu thử) cho đến khi lượng nước trong ống đo không đổi. Để nguội, đọcthể tích trong ống đo và sau cho thuốc thử vào dung môi và tiến hành như trên. Thểtích đọc được lần cuối phải trừ đi thể tích nước có trong dung môi trước khi tính kếtquả.- Đối với các thực phẩm hòa tan trong dung môi như dầu mỡ,… những thực phẩmnhẹ hơn dung môi, khi sôi nổi ở phía trên như bột, những thực phẩn đun sôi lâukhông bị phá hủy như khoai, ngô, … cách làm như trên không trở ngại gì. Nhưng đốivới thực phẩm như mứt, mật, siro, phomat, … có thể dính vào thành bình cầu, khiđun sẽ bị cacbon hóa, cần phải chú ý làm như sau: cho thêm vào bình khoảng 30 –14Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển40g cát sạch, một phần cát trộn đều vào thực phẩn thành một khối rỗng vừa khôngdính vào thành bình vừa không làm thực phẩm đóng vón với nhau làm cho thựcphẩm dễ bốc hơi nước, một phần cát lắng xuống sẽ làm lửa không trực tiếp đốt cháyđược thực phẩm.3.3. Phương pháp Karl Fischer3.3.1. Nguyên tắcDựa trên độ mất màu của iot. Ở nhiệt độ thường, iot kết hợp với nước và SO 2 thànhHI không màu, theo phản ứng:I2 + SO2 + 2H2O ↔ 2HI + H2SO4Từ sự mất màu của dung dịch iot, ta có thể tính phần trăm lượng nước có trong mẫu.Phản ứng trên là phản ứng thuận nghịch, muốn cho phản ứng theo một chiều, Fischercho thực hiện phản ứng trong môi trường có piridin.Phương pháp này có thể phát hiện được tới vết nước (lượng nước rất nhỏ) và nếu sửdụng máy đo tự động có thể xác định đọ ẩm hàng loạt trong công nghiệp.3.3.2. Dụng cụ vật liệu và thuốc thử- Máy đo độ ẩm tự động theo phương pháp Fischer.- Cân phân tích.- Thuốc thử Fischer:Piridin10 molSO23 molIot1 molMetanol5l1ml thuốc thử này tương đương với 7,2 mg nước.- Metanol- n- butanol3.3.3. Cách tiến hànhNếu là dạng lỏng có thể định lượng thẳng.Nếu mẫu thử là dạng rắn, đặc thì chiết xuất bằng n – butanol và chuẩn độ trên dịchchiết.Pha loãng thuốc thử Fischer (thuốc thử Fischer : metanol : n- butanol = 1:3:8 v/v/v)cho vào máy đo với piridin và mẫu thử sau đó trộn lẫn với nhau ở bộ phận trộn vàlàm phản ứng, nếu có nước trong mẫu thử, dung dịch nhạt màu được đưa vào đo ởsắc kế và kết quả được ghi tự động trên biểu đồ. So sánh với biểu đồ mẫu làm vớithuốc thử chứa 0%, 25%, 50%, 75%, 100% nước.Chú ý:Nếu không có máy đo tự động có thể dùng phương pháp so màu với thang chuẩn.Phương pháp chính xác với những mẫu có hàm lượng nước rất thấp, có thể địnhlượng nhanh và xác định hàng loạt.3.3.4.Tính kết quảKết quả % trên máy ghi tự động.3.4. Phương pháp sử dụng khúc xạ kế15Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển3.4.1. Nguyên tắcKhi đi từ một môi trường (không khí) vào một môi trường khác (chất lỏng) tia sángsẽ bị lệch đi (khúc xạ). Nếu chất lỏng là một dung dịch chất hòa tan (dung dịchđường, muối, …) dựa trên độ lệch của tia sáng, ta có thể tính được nồng độ của chấthòa tan và từ đó tính ra phần trăm nước có trong thực phẩn.Phương pháp này chủ yếu để xác định hàm lượng chất khô trong các thực phẩm lỏnghòa tan trong nước.3.4.2. Dụng cụ vật liệu và thuốc thử- Khúc xạ kế có thang chia độ ứng với hàm lượng chất khô.- Cân kỹ thuật.- Chén, chày sứ.- Đũa thủy tinh đầu tròn.- Vải gạc.- Bông hút ẩm hoặc giấy mềm thấm nước.- Cát sạch.3.4.3. Cách tiến hànhChuẩn bị mẫu:- Nếu mẫu thử ở thể dung dịch đồng nhất, trong và màu nhạt thì có thể tiến hànhthử ngay được.- Nếu mẫu thử có những hạt rắn thì lấy một ít để vào miếng vải gạc, vắt từ từ ra vàigiọt, giọt thứ 3 hoặc thứ 4 có thể thử được.- Nếu mẫu thử có những hạt rắn không thể ép thành giọt được hoặc mẫu thử có màuxẫm thì lấy khoảng 5 – 20g cho vào chén xứ và cân chính xác đến 0,01g. cho vàokhoảng 4 g cát và lượng nước cất bằng lượng mẫu đã cân. Sau đó dùng chén xứnghiền nhanh và cẩn thận. Lọc qua vải lọc và lấy giọt thứ 3 hay thứ 4 để thử.Tiến hành thử:Bỏ trực tiếp hoặc dùng đũa thủy tinh đưa một giọt thuốc thử vào mặt phẳng của lăngkính. Ấp hai lăng kính lại. Nhìn vào thị kính và điều chỉnh thị kính để nhìn thấyđường phân chia rõ nhất giữa nửa tối và nửa sáng của thị trường. Điều chỉnh đườngphân chia sao cho trùng với đường chấm chấm hay tâm của vòng tròn quan sát.Đọc kết quả trên thang đo ở phía có ghi hàm lượng chất khô. Chú ý nhiệt độ khi thửphải là 200C.3.4.4. Tính kết quảTrường hợp sử dụng ngay mẫu thử hoặc vắt được thành giọt để thủ thì hàm lượngchất khô theo phần trăm đọc ngay trên khúc xạ kế.Trường hợp có thêm nước cất thì thì hàm lượng chất khô theo phần trăm được tínhtheo công thức:X = 2aTrong đó:a: số đo đọc trên khúc xạ kế theo phấn trăm ở 200C.Sai lệch giữa hai lần xác định song song không được vượt quá 0,2%.16Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnKết quả cuối cùng là kết quả trung bình của hai lần xác định song song.Tính chính xác đến 0,01%.Chú ý:Phải đọc kết quả nhanh chóng sau khi đặt giọt mẫu thử lên lăng kính để tránh hiệntượng bốc hơi nước.Sau mỗi lần đọc lau lăng kính với bông thấm nước ướt, rồi lau lại bằng bông khô.Có thể thử và đọc kết quả ở nhiệt độ thường, rồi điều chỉnh nhiệt độ tiêu chuẩn(+200C) theo bảng kèm theo máy, hoặc bằng cách điều chỉnh thô sơ sau đây:- Dưới +200C ứng với mỗi một sai khác trừ đi 0.07 vào kết quả.- Trên +200C ứng với mỗi một sai khác cộng thêm 0.07 vào kết quả.3.5. Phương pháp đo độ ẩm bằng cảm biến3.5.1 Ẩm kế điện trở- Nguyên lý hoạt động: ẩm kế điện trở dùng điện trở hút ẩm( dùng chất hút ẩm phủlên) sau đó điện trở được nối tới cầu Wheatons có bù nhiệt. Điện trở của cảm biếnthay đổi tỷ lệ với độ ẩm được chuyển thành tín hiệu điện tương ứng .•••••Dải đo RH 15%÷99%Dải nhiệt độ -10oC÷60oCĐộ chính xác ±2%Thời gian hồi đáp 10sKích thước nhỏ ,rẻ, ít chịu ảnh hưởng ô nhiễm môi trường trừ nơi có hóa chất ăn mòncao3.5.2. Ẩm kế điện dung- Nguyên lý hoạt động: ẩm kế điện dung sử dụng điện môi là màng mỏng polyme(hay Al2O3) có khả năng hấp thụ hơi nước. Điện dung của tụ thay đổi tỉ lệ với độ ẩmđược chuyển hóa thành tín hiệu điện tương ứng.• Dải đo RH : 0%-100%• Dải nhiệt độ: -40÷100oC.• Độ chính xác: ±2÷ ±3%.• Thời gian hồi đáp: khoảng vài giây.17Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnKích thước nhỏ ,ít chịu ảnh hưởng của môi trườngVí dụ: cảm biến HS1101:•••••Chức năng:Đo độ ẩm với chu kỳ 1sHoạt động ở 2 chế độ :trigger hoặc read manualChuẩn hóa lại hệ số khi cần thiếtHiệu chỉnh sai số độ ẩm theo nhiệt độ môi trườngHS1101 cơ bản là 1 tụ biến dung theo độ ẩm, giá trị của nó sẽ thay đổi khi độ ẩmthay đổi. Nguyên lý mạch là tạo ra dao động và tần số thay đổi tương ứng theo giá trịđiện dung hay chính là độ ẩm môi trường. Mạch sử dụng ICHa555 để tạo dao động.Sensor nhiệt độ DS18B20 là sensor có giao tiếp chuẩn 1 dây (1-wire) trực tiếp tới viđiều khiển Atmega8. Atmega8 hoạt động với thạch anh 16MHz, bạn có thể dùng bộdao động nội 8MHz nhưng cần chuẩn hóa.18Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnCHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG1. MẠCH NGUYÊN LÝ19Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển2. CÁC KHỐI TRONG MẠCH2.1 Khối xử lí trung tâm20Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển2.2 Khối nguồnTạo điện áp chuẩn 5V cho vi điều khiển. D1 tạo điện áp 1 chiều, các bộ tụ C1,C2 để san phẳng và làm ổn định điện áp ra cho vi điều khiển.2.3 Khối đo độ ẩmHS1101 là cảm biến điện dung. Khi độ ẩm thay đổi, điện dung của HS1101 thay đổi. Dovậy, để đo được độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung của HS1101.Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 và IC NE555. Khi đó giá trị điện dung21Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểncủa HS1101 thay đổi thì làm thay đổi tần số đầu ra của IC555. Như vậy chỉ cần đo tần sốđầu ra là có thể đo được điện dung của HS1101.2.4 Khối đo nhiệt độ2.5 Khối role22Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển2.6 Khối hiển thị LCD23Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển2.7 Khối reset2.8 Khối dao động24Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển2.9 Khối nút nhấn3. TÌM HIỂU VỀ CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNGTrong mạch đo nhiệt độ và độ ẩm dùng cảm biến nhiệt độ DS18B20 và cảm biếnđiện dung HS1101 hiển thị ra màn hình LCD ta cần sử dụng các linh kiện sau:3.1 Vi điều khiển 89S523.1.1 Hình ảnh3.1.2Cấu tạo và chức năng các chân trên 89S5225Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnAT89S52 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trongđó có 24 chân có tác dụng kép (có nghĩa là 1 chân có 2 chức năng), mỗi đườngcó thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc làthành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ.* PORTPort 0: là port có 2 chức năng ở các chân từ 32- 39. Trong các thiết kế cỡ nhỏkhông dùng đến bộ nhớ mở rộng thì port 0 có chức năng là xuất/nhập dữ liệu.Nếu trong các thiết kế cỡ lớn phải dùng đến bộ nhớ mở rộng thì port 0 đượckết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu.Port 1: là port có 1 chức năng từ chân 1- 8. Có thể dùng cho giao tiếp với thiếtbị ngoài nếu cần. Vì không có chức năng khác ngoài xuất/nhập nên nó chỉđược dùng giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.Port 2: là 1 port có tác dụng kép trên các chân 21- 28 được dùng như cácđường xuất nhập hoặc là byte cao của các bus địa chỉ đối với thiết bị dùng bộnhớ mở rộng.Port3: là port có tác dụng kép trên các chân 10- 17, port này có nhiều chứcnăng cụ thể như sau:P3.0RXTNgõ vào đữ liệu nối tiếpP3.1TXDNgõ xuất dữ liệu nối tiếpP3.2INT0Ngõ vào ngắt 0P3.3INT1Ngõ vào ngắt 1P3.4T0Ngõ vào của timer/ couter 0P3.5T1Ngõ vào của timer/ couter 1P3.6WRTín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoàiP3.7RDTín hiệu đọc dữ liệu bộ nhớ ngoài* các ngõ tín hiệu điều khiểnPSENPSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có ứng dụng cho phép đọc bộ nhớchương trình mở rộng thường được nối với chân 0E( output ennable) củaEPROM cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức 0 khi 89s52 lấy lệnh,các mã lệnh của chương trình đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vàothanh ghi lệnh để giải lệnh. PSEN ở mức 1 khi 89s52 thi hành chhuowng trìnhtrong ROM nội.ALE26Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnALE ở chân số 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đườngđịa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. Vì khi 89s52 truy xuất bộ nhớbên ngoài port 0 có chức năng là đường địa chỉ và dữ liệu nên phải tách riêngra.Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vaitrò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động.EANgõ tín hiệu vào EA ở chân 31 thường được mắc lên nguồn. Nếu ở mức 1thì 89s52 thi hành chương trình từ ROM nội trong khaongr địa chỉ thấp8kbyte. Nếu ở mức 0 thì 89s52 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng.RSTNgõ tín hiệu RST (reset) ở chân số 9. Khi 89s52 thực hiện 2 chu kỳ máyhoặc khi cấp điện mạch tự động reset.X1,X2Ngõ tín hiệu dao động X1, X2 ở chân 18, 19. Thường được nối với thạchanh để tạo dao động.VccVcc là chân số 40, thường được nối lên nguồn 5V.27Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển3.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B203.2.1 Hình ảnhDS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ chỉ bao gồm 3 chân, đóng gói dạng TO-92.28Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển3.2.2Cấu tạoDS18B20 gồm 3 chân Vcc, GND, DATA.Sơ đồ kết nối:29Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển3.2.3Đặc tính kỹ thuật+ Lấy nhiệt độ theo giao thức 1 dây (1wire)+ Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải config 9,10,11,12 bit, tùy theo sửdụng. Trong trường hợp không config thì nó tự động ở chế độ 12 bit.Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa là 750ms cho mã hóa 12 bit+Có thể đo nhiệt độ trong khoảng -55 -> +125°C. Với khoảng nhiệt độ là-10°C to +85°C thì độ chính xác ±0.5°C,±0.25°C ,±0.125°C,±0.0625°C. theosố bít config.+ Có chức năng cảnh báo nhiệt khi nhiệt độ vượt ngưỡng cho phép. Ngườidùng có thể lập trình chức năng này cho DS18B20. Bộ nhớ nhiệt độ cảnh báokhông bị mất khi mất nguồn vì nó có một mã định danh duy nhất 64 bit chứatrong bộ nhớ ROM trên chip (on chip), giá trị nhị phân được khắc bằng tialaze.+ Cam bien nhiet do DS18B20 có mã nhận diện lên đến 64-bit, vì vậy bạn cóthể kiểm tra nhiệt độ với nhiều IC DS18B20 mà chỉ dùng 1 dây dẫn duy nhấtđể giao tiếp với các IC này.Với DS18B20 bạn hoàn toàn có thể tạo cho mình mạch cảm biến nhiệt độ theoý muốn.+ Điện áp sử dụng : 3 – 5.5 V+ Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ rất nhỏ.3.2.4Lập trình đo nhiệt độ với vi điều khiển 89s52Khi xử lý DS18b20 chúng ta cần quan tâm đến 2 nhóm lệnh sau:+ nhóm lệnh truy cập ROM+ nhóm lệnh chức năng bộ nhớ•Nhóm lệnh truy cập ROM- READ ROM (33h)Cho phép đọc ra 8 byte mã đã khắc bằng laser trên ROM, bao gồm: 8 bit mãđịnh tên linh kiện (10h), 48 bit số xuất xưởng, 8 bit kiểm tra CRC. Lệnh nàychỉ dùng khi trên bus có 1 cảm biến DS1820, nếu không sẽ xảy ra xung độttrên bus do tất cả các thiết bị tớ cùng đáp ứng.- MATCH ROM (55h)Lệnh này được gửi đi cùng với 64 bit ROM tiếp theo, cho phép bộ điều khiển30Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnbus chọn ra chỉ một cảm biến DS1820 cụ thể khi trên bus có nhiều cảm biếnDS1820 cùng nối vào. Chỉ có DS1820 nào có 64 bit trên ROM trung khớp vớichuỗi 64 bit vừa được gửi tới mới đáp ứng lại các lệnh về bộ nhớ tiếp theo.Còn các cảm biến DS1820 có 64 bit ROM không trùng khớp sẽ tiếp tục chờmột xung reset. Lệnh này được sử dụng cả trong trường hợp có một cảm biếnmột dây, cả trong trường hợp có nhiều cảm biến một dây.- SKIP ROM (CCh)Lệnh này cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến các lệnh bộ nhớ củaDS1820 mà không cần gửi chuỗi mã 64 bit ROM. Như vậy sẽ tiết kiệm đượcthời gian chờ đợi nhưng chỉ mang hiệu quả khi trên bú chỉ có một cảm biến.- SEARCH ROM (F0h)Lệnh này cho phép bộ điều khiển bus có thể dò tìm được số lượng thành viêntớ đang được đấu vào bus và các giá trị cụ thể trong 64 bit ROM của chúngbằng một chu trình dò tìm.- ALARM SEARCH (ECh)Tiến trình của lệnh này giống hệt như lệnh Search ROM, nhưng cảm biếnDS1820 chỉ đáp ứng lệnh này khi xuất hiện điều kiện cảnh báo trong phép đonhiệt độ cuối cùng. Điều kiện cảnh báo ở đây được định nghĩa là giá trị nhiệtđộ đo được lớn hơn giá trị TH và nhỏ hơn giá trị TL là hai giá trị nhiệt độ caonhất và nhiệt độ thấp nhất đã được đặt trên thanh ghi trong bộ nhớ của cảmbiến.Sau khi thiết bị chủ (thường là một vi điều khiển) sử dụng các lệnh ROM đểđịnh địa chỉ cho các cảm biến một dây đang được đấu vào bus, thiết bị chủ sẽđưa ra các lệnh chức năng DS1820. Bằng các lệnh chức năng thiết bị chủ cóthể đọc ra và ghi vào bộ nhớ nháp (scratchpath) của cảm biến DS1820. khởitạo quá trình chuyển đổi giá trị nhiệt độ đo được và xác định chế độ cung cấpđiện áp nguồn. Các lệnh chức năng có thể được mô tả ngắn gọn như sau:- WRITE SCRATCHPAD (4Eh)Lệnh này cho phép ghi 2 byte dữ liệu vào bộ nhớ nháp của DS1820. Byte đầutiên được ghi vào thanh ghi TH (byte 2 của bộ nhớ nháp) còn byte thứ hai đượcghi vào thanh ghi TL (byte 3 của bộ nhớ nháp). Dữ liệu truyền theo trình tựđầu tiên là bit có ý nghĩa nhất và kế tiếp là những bit có ý nghĩa giảm dần. Cảhai byte này phải được ghi trước khi thiết bị chủ xuất ra một xung reset hoặckhi có dữ liệu khác xuất hiện.- READ SCRATCHPAD (BEh)Lệnh này cho phép thiết bị chủ đọc nội dung bộ nhớ nháp. Quá trình đọc bắtđầu từ bit có ý nghĩa nhấy của byte 0 và tiếp tục cho đến byte rhứ 9 (byte 8 –31Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnCRC). Thiết bị chủ có thể xuất ra một xung reset để làm dừng quá trình đọc bấtkỳ lúc nào nếu như chỉ có một phần của dữ liệu trên bộ nhớ nháp cần đượcđọc.- COPYSCRATCHPAD (48h)Lệnh này copy nội dung của hai thanh ghi TH và TL (byte 2 và byte 3) vào bộnhớ EEPROM. Nếu cảm biến được sử dụng trong chế dộ cấp nguồn l bắt đầuviệc đo.- CONVERT T (44h)Lệnh này khởi động một quá trình đo và chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành số(nhị phân). Sau khi chuyển đổi giá trị kết quả đo nhiệt độ được lưu trữ trênthanh ghi nhiệt độ 2 byte trong bộ nhớ nháp Thời gian chuyển đổi không quá200 ms, trong thời gian đang chuyển đổi nếu thực hiện lệnh đọc thì các giá trịđọc ra đều bằng 0.- READ POWER SUPPLY (B4h)Một lệnh đọc tiếp sau lệnh này sẽ cho biết DS1820 đang sử dụng chế độ cấpnguồn như thế nào, giá trị đọc được bằng 0 nếu cấp nguồn bằng chính đườngdẫn dữ liệu và bằng 1 nếu cấp nguồn qua một đường dẫn riêng.Nhóm lệnh chức năng bộ nhớ•Để xử lý được nhiệt độ được từ DS18B20 chúng ta cần quan tâm đến hàm :-float ds18b20_readtemp(void): Đây là hàm giúp các bạn tính toán và trả vềgiá trị nhiệt độ mà DS18b20 đo đượcChúng ta có hàm đọc nhiệt độfloat ds18b20_readtemp(void){float temp;unsigned char a,b;DS18B20_Init();// Khoi tao DS18b20ds18b20_writebyte(0xCC) ; // Cho phep VDK truy cap thang den caclenh bo nho cua DS18b2032Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnds18b20_writebyte(0x44) ; // Khoi dong qua trinh do va chuyen doinhiet do ra so nhi phanDS18B20_Init() ;ds18b20_writebyte(0xCC) ;ds18b20_writebyte(0xBE) ;DS18b20 ra ngoai// Cho phep doc du lieu tu bo nhoa = ds18b20_readbyte();temp=((float)(a&0x0f))/16;// Lay phan thuc cua gia tri nhiet dob = ds18b20_readbyte();a =((a&0xf0)>>4)|((b&0x0f)>3)&1;}// ————————————————-// Ham Gui 1 Lenh Cho LCDvoid lcd1602_send_command (unsigned char cX ){lcd1602_send_4bit_data ( cX >>4 );// gui 4 bit caolcd1602_enable() ;lcd1602_send_4bit_data ( cX );thaplcd1602_enable() ;}// gui 4 bit// ————————————————-// Ham Khoi Tao LCDvoid lcd1602_init ( void ){lcd1602_send_4bit_data ( 0x00 );delay_ms(200);41Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnLCD_RS=0;LCD_RW=0;LCD_E=0;// che do gui lenhlcd1602_send_4bit_data ( 0x03 );lcd1602_enable() ;lcd1602_enable () ;lcd1602_enable () ;lcd1602_send_4bit_data ( 0x02 );lcd1602_enable() ;// ket noi 8 bitlcd1602_send_command( 0x2C );bit, hien thi 2 hang, ki tu 5x8lcd1602_send_command( 0x80);lcd1602_send_command( 0x0C);// cho phep hien thi man hinhlcd1602_send_command( 0x06 );khong dich khung hinhlcd1602_send_command( CLEAR_LCD );}// ket noi 4 bit// giao thuc 4// tang ID,// xoa toan bo khung hinh// ————————————————-// Ham Thiet Lap Vi Tri Con Trovoid lcd1602_gotoxy(unsigned char x, unsigned char y){unsigned char address;if(!y)address = (LINE_1+x);elseaddress = (LINE_2+x);delay_ms(3);lcd1602_send_command(address);delay_ms(1);}// ————————————————-// Ham Xoa Man Hinh LCDvoid lcd1602_clear(void){lcd1602_send_command( CLEAR_LCD );//delay_us(300);42Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển}// ————————————————-// Ham Gui 1 Ky Tu Len LCDvoid lcd1602_putchar ( unsigned int cX ){LCD_RS=1;lcd1602_send_command( cX );LCD_RS=0;}// ————————————————-// Ham Gui 1 Chuoi Ky Tu Len LCDvoid lcd1602_puts(char *s){while (*s){lcd1602_putchar(*s);s++;}}//Khai bao bien su dungint xung,dem,frequency;//******************************************************************************//void delay_18B20(unsigned int i){while(i–);}//******************************************************************************//void Init_DS18B20(void){unsigned char x=0;DQ = 1;delay_18B20(8);DQ = 0;delay_18B20(80);DQ = 1;43Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểndelay_18B20(14);x=DQ;delay_18B20(20);}//******************************************************************************//unsigned char ReadOneChar(void){unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i=8;i>0;i–){DQ = 0;dat>>=1;DQ = 1;if(DQ)dat|=0x80;delay_18B20(4);}return(dat);}//******************************************************************************//void WriteOneChar(unsigned char dat){unsigned char i=0;for (i=8; i>0; i–){DQ = 0;DQ = dat&0x01;delay_18B20(5);DQ = 1;dat>>=1;}}//******************************************************************************//int ReadTemp(void){unsigned char a=0;unsigned char b=0;unsigned char t=0;44Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnint nhiet_thuc;Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);// cho phep dieu khien truy nhap tructiep den lenh nho sensor ma khong can gui chuoi ma sensorWriteOneChar(0x44);// khoi dong qua trinh do va chuyen doidu lieudelay_18B20(100);Init_DS18B20();WriteOneChar(0xCC);WriteOneChar(0xBE);// Cho phep thiet bi doc nd bo nho nhapdelay_18B20(100);a=ReadOneChar();b=ReadOneChar();nhiet_thuc=b4;return(nhiet_thuc);}code int HS1101_Table[101]={8109,8090,8070,8051,8033,8015,7997,7979,7961,7944,7927,7910,7894,7878,7862,7846,7830,7815,7799,7784,7769,7755,7740,7726,7711,7697,7683,7669,7655,7641,7628,7614,7600,7587,7574,7560,7547,7534,7521,7507,7494,7481,7468,7455,7442,7429,7416,7403,7390,7377,7364,7350,7337,7324,7311,7298,7284,7271,7257,7244,7230,7216,7203,7189,7175,7161,7147,7132,7118,7103,7089,7074,7059,7045,7029,7014,6999,6984,6968,6952,6936,6920,6904,6888,6872,6855,6838,6821,6804,6787,6770,6752,6735,6717,6699,6680,6662,6644,6625,6606,6587};/*******************************************************************************Noi Dung : Doc gia tri do am.Tham Bien : frequency: tan so do duoc tu bo dao dong NE555 ket hopHS1101.Tra Ve : Gia tri do am do duoc tu HS1101.45Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển********************************************************************************/int HS1101_GetHumi(int frequency){int i;for(i=0;iHS1101_Table[i])return i;}return 100;}//Ham ngatvoid ngat0(void) interrupt 0{xung++;}void ngat_timer_0(void) interrupt 1{dem++;if(dem >= 4000){dem=0;frequency = xung-2600;xung=0;}}void main(void){int humi,nhiet_do,nhiet_do2,nhiet_do3,nhiet_do_khong_che=40,fr;char str[20];TMOD = 0x02;TH0=TL0=-250;IT0=1;IE=0x83;TR0=1;lcd1602_init();lcd1602_clear();while(1){46Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnif(sw1 == 0) {nhiet_do_khong_che++; if(nhiet_do_khong_che>=150)nhiet_do_khong_che=0; }if(sw2 == 0) {nhiet_do_khong_che–; if(nhiet_do_khong_che= nhiet_do-4)&&(nhiet_do2 = nhiet_do2-4)&&(nhiet_do3 nhiet_do_khong_che)relay =1; else relay=0;humi=HS1101_GetHumi(frequency);sprintf(str,”Do Am: %d %% “,humi);//sprintf(str,”tanso=%dhz “,fr);lcd1602_gotoxy(1,0);lcd1602_puts(str);sprintf(str,”T=%doC Tkc=%doC “,nhiet_do,nhiet_do_khong_che);lcd1602_gotoxy(1,1);lcd1602_puts(str);}delay_ms(100);}}2. Mô phỏng bằng phần mềm ProteusKhi T < Tkc thì rorowle (D1) chưa hoạt động( D1 tắt)47Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnKhi T > Tkc thì rơle hoạt động48Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiển49Nhóm 9 – D5CNTDĐồ án môn Vi điều khiểnCHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN5.1 KẾT LUẬNQua quá trình thực hiện đồ án, chúng em đã phần nào hình dung được cácquá trình để đưa ra được một sản phẩm có ứng dụng thực tiễn. Đó là kinhnghiệm tự mình rút ra, trải nghiệm và thực hành cũng như học hỏi được nhiềuđiều dưới sự hướng dẫn tận tình của cô giáo hướng dẫn. Và hơn nữa là tạo cơ sở,nền tảng để chúng em thực hiện đồ án tốt nghiệp sau này.Tuy nhiên, sản phẩm tạo ra vẫn còn nhiều thiếu sót và cần hoản chỉnh hơnnữa.5.2 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂNĐồ án có thể phát triển theo hướng điều khiển, điều chỉnh tốt nhiệt độ môitrường bằng các quạt gió, lò sưởi thong qua rơ le cảm biến để nhằm đảm bảo ổnđịnh nhiệt. Có như vậy ứng dụng mới có tính thực tiễn cao hơn.50Nhóm 9 – D5CNTD[…]… số đầu ra là có thể đo được điện dung của HS1101 2.4 Khối đo nhiệt độ 2.5 Khối role 22 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 2.6 Khối hiển thị LCD 23 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 2.7 Khối reset 2.8 Khối dao động 24 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 2.9 Khối nút nhấn 3 TÌM HIỂU VỀ CÁC LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG Trong mạch đo nhiệt độ và độ ẩm dùng cảm biến nhiệt độ DS18B20 và cảm biến… delay_ms(300); } } 34 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 3.3 Cảm biến độ ẩm HS1101 3.3.1 Hình ảnh HS1101 là loại cảm biến đo độ ẩm Độ chính xác +-2% Dãy nhiệt độ hoạt động từ -400C à 1000C Cảm biến HS1101 được sử dụng phổ biến trong cuộc sống, ngoài ra nó còn dùng kết hợp với cảm biến DS18B20 dùng đo nhiệt độ 3.3.2 Nguyên lý làm vi c Cảm biến HS1101 là cảm biến điện dung Khi độ ẩm thay đổi, điện dung của… DATA Sơ đồ kết nối: 29 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 3.2.3 Đặc tính kỹ thuật + Lấy nhiệt độ theo giao thức 1 dây (1wire) + Cung cấp nhiệt độ với độ phân giải config 9,10,11,12 bit, tùy theo sử dụng Trong trường hợp không config thì nó tự động ở chế độ 12 bit Thời gian chuyển đổi nhiệt độ tối đa là 750ms cho mã hóa 12 bit +Có thể đo nhiệt độ trong khoảng -55 -> +125°C Với khoảng nhiệt độ là… hoạt động với thạch anh 16MHz, bạn có thể dùng bộ dao động nội 8MHz nhưng cần chuẩn hóa 18 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 1 MẠCH NGUYÊN LÝ 19 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 2 CÁC KHỐI TRONG MẠCH 2.1 Khối xử lí trung tâm 20 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 2.2 Khối nguồn Tạo điện áp chuẩn 5V cho vi điều khiển D1 tạo điện áp 1 chiều, các bộ tụ C1,.. . Đồ án môn Vi điều khiển Khi đo đến dải nhiệt độ 2000÷ 25000C thì giá trị α1,α2 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)… sai số độ ẩm theo nhiệt độ môi trường HS1101 cơ bản là 1 tụ biến dung theo độ ẩm, giá trị của nó sẽ thay đổi khi độ ẩm thay đổi Nguyên lý mạch là tạo ra dao động và tần số thay đổi tương ứng theo giá trị điện dung hay chính là độ ẩm môi trường Mạch sử dụng ICHa555 để tạo dao động Sensor nhiệt độ DS18B20 là sensor có giao tiếp chuẩn 1 dây (1-wire) trực tiếp tới vi điều khiển Atmega8 Atmega8 hoạt động… ra cho vi điều khiển 2.3 Khối đo độ ẩm HS1101 là cảm biến điện dung Khi độ ẩm thay đổi, điện dung của HS1101 thay đổi Do vậy, để đo được độ ẩm người ta thiết kế mạch đo điện dung của HS1101 Trong thực tế, người ta thường ghép nối HS1101 và IC NE555 Khi đó giá trị điện dung 21 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển của HS1101 thay đổi thì làm thay đổi tần số đầu ra của IC555 Như vậy chỉ cần đo tần… hoặc khi cấp điện mạch tự động reset X1,X2 Ngõ tín hiệu dao động X1, X2 ở chân 18, 19 Thường được nối với thạch anh để tạo dao động Vcc Vcc là chân số 40, thường được nối lên nguồn 5V 27 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 3.2 Cảm biến nhiệt độ DS18B20 3.2.1 Hình ảnh DS18B20 là IC cảm biến nhiệt độ chỉ bao gồm 3 chân, đóng gói dạng TO-92 28 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển 3.2.2 Cấu tạo DS18B20… dung của tụ thay đổi tỉ lệ với độ ẩm được chuyển hóa thành tín hiệu điện tương ứng • Dải đo RH : 0%-100% • Dải nhiệt độ: -40÷100oC • Độ chính xác: ±2÷ ±3% • Thời gian hồi đáp: khoảng vài giây 17 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển Kích thước nhỏ ,ít chịu ảnh hưởng của môi trường Ví dụ: cảm biến HS1101: • • • • • Chức năng: Đo độ ẩm với chu kỳ 1s Hoạt động ở 2 chế độ :trigger hoặc read manual Chuẩn… đo nhiệt độ rộng – Kém nhạy nhất 11 Nhóm 9 – D5CNTD Đồ án môn Vi điều khiển IC cảm – Tuyến tính nhất biến – Ngõ ra có giá trị cao nhất – Rẻ tiền Đo bằng – Tầm đo nhiệt độ rộng phương pháp không tiếp xúc – Nhiệt độ đo thấp – Cần cung cấp nguồn dòng cho Cảm biến – Cấu tạo phức tạp 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ ẨM 3.1 Phương pháp sấy khô 3.1.1 Nguyên tắc Dùng sức nóng làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu Cân … ReadTemp(); nhiet _do3 = ReadTemp(); fr = frequency; if((nhiet _do2 >= nhiet _do- 4)&&(nhiet _do2 = nhiet _do2 -4)&&(nhiet _do3 nhiet _do_ khong_che)… {nhiet _do_ khong_che++; if(nhiet _do_ khong_che>=150) nhiet _do_ khong_che=0; } if(sw2 == 0) {nhiet _do_ khong_che ; if(nhiet _do_ khong_che
