Ngày 17/12/2010 23:51:31 / Lượt xem: 15480 / Người đăng: biendt / Nguồn: Sưu tầm và Biên soạn

Đo nhiệt độ 3 điểm dùng LM35 và Psoc CY8C29466

---

   Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hưởng rất quan trọng đến đời sống hằng ngày của chúng. Nhiệt độ chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Việc đo và giám sát nhiệt độ đã trở nên rất quan trọng trong việc sử dụng nhiệt độ ví dụ như trong lò nhiệt, phòng xử lý chất thải....Trong nhiều trường hợp người ta cần xác định đo nhiệt độ ở nhiều điểm trong một phòng, lò xử lý ...Việc xác định nhiệt độ ở nhiều điểm dẫn tới người ta có phương án xử lý chính xác hơn.Trong phần ứng dụng này biendt sẽ đưa ra một ứng dụng là đo nhiệt độ ở 3 điểm khác nhau sử dụng LM35 và PSoc CY8C29466. Đối với ứng dụng này thì các bạn có thể dùng nó như là một mạch đo để kiểm tra nhiệt độ ở mọi khu vực mà giải đo hỗ trợ
Phần cứng của mạch khi hoàn thành

Mạch đo được nhiệt độ ở 3 điểm khác nhau. Sử dụng cảm biến LM35 ( đo được từ 0oC đến 150oC). Đồng thời mạch còn có cảnh báo và hiện thị được lên máy tính thông qua chuẩn truyền thông RS232.
Dưới đây tôi sẽ nói qua về những vấn đề cần thiết để mọi người có thể hiểu được mạch này nó như thế nào.
I - Sơ đồ khối của mạch đo

Nhìn trên sơ đồ cấu trúc ta sẽ thấy được hệ thống đo của chúng ta gồm những thành phần nào? Nó gồm những khối chính sau:
1) Khối nguồn
Đây là khối cung cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch. Nguồn cung cấp ổn định 5V thông qua 7805. Nguồn đầu vào là biến áp hạ áp 220VAC-12VAC được thông qua chỉnh lưu. Chi tiết bạn xem trên mạch nguyên lý
2) Khối cảm biến đầu vào gồm : Điểm 1 (LM35) ,Điểm 2 (LM35) ,Điểm 3 (LM35)
Đây là những cảm biến để đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35. Các đầu ra của cảm biến được đưa vào bộ MUX. Các đặc điểm chung của cảm biến nhiệt độ LM35 như sau

                + Chân 1 : Chân nguồn đầu vào Vcc
                + Chân 2 : Chân đầu ra Vout
                + Chân 3 : Chân nối GND
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh
Đặc điểm chính của cảm biến LM35
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC
+ Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1  cho 1mA tải
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55 C - 150 C với các mức điện áp ra khác nhau. Xét một số mức điện áp sau :
- Nhiệt độ -55 C điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25 C điện áp đầu ra 250mV
- Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ thống này thì đo từ 0 đến 150. Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của nó
3) Khối dồn kênh : MUX
Đây là khối dồn kênh khối này dùng để dồn các tín hiệu từ cảm biến về (3 điểm). Dồn kênh sử dụng CD4051 có 8 kênh đầu vào và 1 kênh đầu ra thông qua 3 chân điều khiển. Chức năng chi tiết của CD4051 các bạn có thể xem trong datasheet của. Đầu ra của bộ dồn kênh được nối với bộ ADC
4) Khối ADC và PSOC
Đây là hai khối nằm trong PSoc CY8C29466. ADC là khối dùng để chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Tín hiệu từ LM35 đưa về bộ MUX sau đó qua bộ ADC trong PSoc sau đó chuyển đổi thành tín hiệu số từ đó suy ra được nhiệt độ là bao nhiêu?
Vi xử lý Psoc với ưu điểm có khả năng đặt cấu hình mạnh mẽ, người sử dụng sẽ có được những thiết bị điều khiển, thiết bị đo có giá rẻ, kích thước nhỏ gọn và sản phẩm PSoC của ho sẽ thay thế được hầu hết các thiết bị dựa trên vi xử lý hoặc vi điều khiển đã có từ trước đến nay . Chi tiết mọi người có thể xem thêm trong tài liệu
5) Khối nút nhấn và cảnh báo
Nút nhấn dùng để điều khiển nhiệt độ cảnh báo thông qua 3 nút. Còn khối cảnh báo thì cảnh bào nhiệt độ được thông qua còi chip
6) Khối hiện thị LCD
Đây là khối hiện thị thông số của kết quả đo được. Nhiệt độ ở 3 điểm được hiện thị trực tiếp lên LCD 20x4 và nhiệt độ cảnh báo. Việc sử dụng hiện thị LCD sẽ đơn giản hơn và tốn ít tài nguyên của vi xử lý đồng thời dễ điều khiển hiện thị
7) Khối RS232
Đây là khối dùng để giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn truyền thông RS232. Các thông số của mạch đo có thể hiện thị lên máy tính thông qua phần mền giao diện đồng thời cũng điều khiển từ máy tính.
Việc ghép nối truyền thông qua máy tính dùng RS232 đã khá hữu ích trong việc quan sát thông số của thiết bị trên máy tính và điều khiển từ máy tính. Nên vấn đề truyền thông qua RS232 được sử dụng trong bài toán này

Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là trong những kỹ thuật được sử dụng rộng rãi nhất để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính
II - Mạch nguyên lý của hệ thống đo

Trên là toàn bộ mạch nguyên lý của hệ thống. Mạch có đầy đủ các thành phần như trên mạch cấu trúc
III - Tính toán nhiệt độ đầu ra và sai số của hệ thống
1) Tính toán nhiệt độ
Ta có hàm truyền sau

Từ hàm truyền trên ta có :
                                                

    U = t. K

Với K  là điện áp đầu ra của LM35 : K  = 10mV/oC
       t là nhiệt độ môi trường [K]
                                        

   U = t. 10mV/oC    

                                      
Có ADC = 11 bit   n = 11
Dải đo : A = [0 – 5] V
  Bước thay đổi
  n=   = 5 /2023 = 2.44mV
  Giá trị ADC đo được từ giá trị điện áp đầu vào
                   

ADC_value =    U/n = (t * 10mV) / 2.44mV

  Giá trị nhiệt độ đo được:

t = ADC_value * 2.44/10   (oC)

2) Sai số của hệ thống đo
+ Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV
+ Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V
==> Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49  (V)
+ ADC 11 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 2.44mV
Vậy sai số của hệ thống đo là  : Y = 0.00244/1.49 = 0.164 %
IV - Thuật toán xử lý
Thuật toán xử lý rất đơn giản cho bài toán này là sử dụng biến đổi ADC. Tín hiệu đưa về từ cảm biến là tín hiệu tương tự mà vi xử lý của chúng ta không xử lý được tín hiệu này nên ta phải biến đổi nó sang dạng số để xử lý. Từ giá trị số biến đổi từ đó chúng ta quy đổi ra được nhiệt độ tương ứng như cách tính ở trên. Do có 3 tín hiệu tương tự đưa về nên ta phải xử lý 3 tín hiệu tương tự này, trong mạch sử dụng con dồn kênh CD4051 nên do đó ở 1 thời điểm rất nhỏ chúng ta chỉ có biến đổi được 1 kênh thôi và lưu kênh này vào 1 mảng dữ liệu, tiếp theo ta quét tiếp đến các kênh còn lại và cũng lưu nó vào 1 mảng. Như vậy chúng biến đổi được 3 kênh đầu vào mà chỉ dùng 1 bộ ADC. Từ đó chúng ta tính ra giá trị nhiệt độ và hiên thị lên LCD.
V - Kết quả của hệ thống
+ Mạch đo và cảm biến

+ Phần hiện thị lên máy tính
Kết nối giữa máy tính và mạch đo và mở phần mền giao diện lên ta sẽ thấy kết quả đo hiện lên máy tính

VI - Chương trình, mạch PCB , RS232
Bao gồm : Chương trình điều khiển , Mạch nguyên lý và PCB ,Phần mền giao diện, Phần code trên Visual Basic
Chú ý : Mạch lắp hoàn chỉnh và nạp code là có thể chạy luôn. Tránh để nối dây cảm biến quá xa so với mạch điều khiển. Khi đó tín hiệu sẽ bị yếu và nhiễu tăng lên kết quả đo sẽ bị sai