Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM335 đo nhiệt độ phòng

BÀI TẬP LỚN
KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG
Đề tài: Sử dụng cảm biến nhiệt độ LM335 đo nhiệt độ phòng

Hiện nay nhu cầu về giám sát nhiệt độ có nhiều ứng dụng trong cuộc sống như: giám sát nhiệt
độ của của lò sấy, phòng thí nghiệm…nơi mà có những yêu cầu cao về tính ổn định của nhiệt
độ. Nên trong bài tập này, em chọn đối tượng đo là nhiệt độ, và trình bày một mạch đo nhiệt độ
phòng sử dụng IC tích hợp Lm335.
I.Tính cấp thiết.








II. Sơ đồ mạch đo.

Đối tượng đọ nhiệt độ là một đối tượng analog. Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp
thu, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện
nào đó. Như thế một yếu tố hết sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ
cảm nhận của cảm biến”. Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến đều có vỏ bảo vệ, phần tử cảm
biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác hay không
tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn thất bao nhiêu ( 1
trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt ).
a. Đối tượng đo.

Có nhiều loại cảm biến khác nhau để đo nhiệt độ, cơ bản có các loại sau:
- Cặp nhiệt điện ( Thermocouple ).
- Nhiệt điện trở ( RTD-resitance temperature detector).

- Thermistor.
- Bán dẫn ( Diode, IC ,….).
- Ngoài ra còn có loại đo nhiệt không tiếp xúc ( hỏa kế- Pyrometer ). Dùng hồng ngoại hay
lazer.
Trong bài này, em chọn cảm biến là bán dẫn, cụ thể là IC Lm335.
b. Khối cảm biến.

Cảm biến nhiệt IC Lm335 là loại cảm biến được chế tạo từ những chất bán dẫn. Nguyên lý của
chúng là dựa trên mức độ phân cực của các lớp P-N tuyến tính với nhiệt độ môi trường. Ngày
nay với sự phát triển của ngành công nghệ bán dẫn đã cho ra đời rất nhiều loại cảm biến nhiệt
với sự tích hợp của nhiều ưu điểm: Độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, hoạt động ổn định, mạch
điện xử lý đơn giản, rẽ tiền,…

IC Lm335 là một IC tích hợp dùng để đo nhiệt độ. Nó gồm có ba chân: một chân cấp nguồn,
một chân nối đất, và một chân cho điện áp ra. Nếu cấp nguồn dương thì điện áp ra sẽ dương,
nếu cấp nguồn âm thì ngược lại.


Dải đo: -55 độ C tới 120 độ C.

Độ nhạy: 0,02mV/độ C.

Sai số: +/- 0.5 độ C.
(Theo datasheet của Lm335)
Lm335

Mạch xử lý trong phần này là con chíp PIC16F877A. Con chíp này là một sản phẩm của hãng
Microchip, và loại này được bán phổ biến trên thị trường Việt Nam. Trong chíp tích hợp nhiều
modul của một vi xử lý hiện đại như: timer, ADC, CCP, PWM…và bộ nhớ chương trình đủ lớn
cho phép thực hiện các dự án trung bình. Nhưng trong bài này, ta chỉ xét tới khối ADC.


Trong PIC16F877A bao gồm hai loại ADC là: ADC 8bit, và ADC 10bit. Trong bài sử dụng
ADC 10bit, cho độ phân giải tốt hơn. Và có 8 chân Analog(RA4:RA0 và RE2:RE0).
Khối xử lý.
 !"#$$
%& !'#$$(
Sơ đồ khối chuyển đổi ADC

Bộ biến đổi có hai thanh ghi lưu trữ kết quả chuyển đổi là ADRESH:ADRESL. Khi không sử
dụng bộ chuyển đổi, các thanh ghi này có thể được sử dụng như các thanh ghi thông thường
khác. Khi quá trình chuyển đổi kết thúc kết quả sẽ được lưu trữ trong hai thanh ghi
ADRESH:ADRESL, bit GO/ được xóa về 0, và cờ ngắt ADIF được thiết lập.
Bộ biến đổi ADC

Thiết lập các thông số cho bộ chuyển đổi ADC:
1.
Chọn ngõ vào Analog,chọn điện áp mẫu.(thanh ghi ADCON1).
2.
Chọn kênh chuyển đổi AD.(Thanh ghi ADCON0).
3.
Chọn xung clock trên kênh chuyển đổi AD. (Thanh ghi ADCON0).
4.
Cho phép bộ chuyển đổi ADC hoạt động.
.
Thiết lập cờ ngắt cho bọ chuyển đổi ADC.
1.
Xóa bit ADIF.
2.
Thiết lập bit ADIE.
3.

Thiết lập bit PEIE.
4.
Thiết lập bit GIE.
Quá trình biến đổi từ tương tự sang số.

Đợi cho tới khi quá trình lấy mẫu hoàn tất.
1.
Bắt dầu quá trình biến đổi. Set bit GO/
2.
Đợi cho tới khi quá trình chuyển đổi hoàn tất bằng cách: Kiểm tra bit GO/ , nếu bit này
bằng 0 thì quá trình hoàn tất.
Kiểm tra cờ ngắt.
3.
Đọc kết quả chuyển đổi và xóa cờ ngắt. Set bit GO/
4.
Tiếp tục thực hiện các bước trên lại từ đầu.

Vì con Lm335 thay đổi 10 mV/
o
K, ta cần hiển thị độ C. Do đó ta phải chuyển đổi qua độ C. Ta
thấy 0=273 K, như vậy tại 0 độ C, con Lm335 sẽ xuất ra một điện áp là 2,73 V. Với giá trị này,
ADC trong PIC16F877A sẽ có giá trị (2.73*1023)/5=558.558. Vậy khi tính toán giá trị nhiệt độ
C ta cần trừ đi gía trị này. Công thức:
Nhiet_do = (value-558.558)/2.048.
Ở đây value là giá trị của ADC đọc được, còn giá trị 2.048 ở đây là do ta dùng ADC 10 bít, điện
áp lấy mẫu là 5V, như vậy mỗi mức lượng tử sẽ tương ứng với 5V/1024 = 4.883 mV. Lm335
thay đổi 10 mV/
o
K do đó ứng với sự thay đổi 1 độ C sẽ thay đổi 2.048 mức lượng
tử(10mV/4.883mV).

Chuyển đổi nhiệt độ từ độ K về độ C.

Trong mạch sử dụng led 7 vạch đôi để hiển thị. Thông qua hai con transistor loại npn nối với
hai chân D0 và D1 của PIC16F877A để đóng mở.
d. Khối hiển thị.

Nhiệt độ từ môi trường thông qua con Lm335 đo về và biến đổi thành điện áp ở chân điện áp ra.
Điện áp này đưa vào chân Analog của PIC16F877A, qua ADC tích hợp trong PIC16F877A biến
đổi. Xuất ra giá trị hiển thị lên led 7 vạch. Hai transistor loại npn có nhiệm vụ đóng, cắt điện áp
cấp cho led. Còn biến trở RV1 làm nhiệm vụ chỉnh chuẩn cho Lm335.
III. Nguyên lý hoạt động của mạch.

Sử dụng phần mềm lập trình cho PIC là CCS. Phần mềm này được cung cấp miễn phí bởi hãng
Microchip.

Ngôn ngữ sử dụng là ngôn ngữ C.

Chương trình chính gồm có ba hàm:
Hàm main();
Hàm doc_adc();// Dùng để thiết lập cho adc, và đọc giá trị từ cảm biến về.
Hàm hien_thi();// Dùng để xuất các giá trị sau khi xử lý lên led 7 vạch.
IV. Chương trình chính cho PIC16F877A.
)*

Trong một khoảng thời gian nghiên cứu, em đã thiết kế được một mạch đo nhiệt độ phòng, với
sai số là +/- 2 độ. Mạch chạy tương đối ổn định.

Biết cách lập trình cho chíp, và ở đây là con chíp PIC16F877A. Và hiểu cơ bản về cấu trúc,
cũng như hoạt động của con chíp này.


Tuy nhiên, mạch này chỉ tuyến tính trong dải nhiệt độ cho phép của con Lm335, nếu nhiệt độ
nằm ngoài khoảng này thì nó hoạt động sai.
V. Kết quả.
Từ kết quả thu được qua mạch trên, ta hoàn toàn có thể thiết kế hệ thống giám sát và đưa
ra các thuật toán để điều khiển nhiệt độ trong phòng bám theo giá trị nhiệt độ được đặt trước.
Và đưa ra các cảnh báo khi nhiệt độ lớn hơn, hay nhỏ hơn nhiệt độ cho phép. Mở rộng dải đo
cho mạch… Nhưng trong khuôn khổ của bài tập cũng như khoảng thời gian ngắn, nên em mới
chỉ thiết kế được mạch đo và hiển thị nhiệt độ qua led 7 vạch. Nếu có thời gian em sẽ nghiên
cứu thêm và phát triển ứng dụng này hơn nữa.
VI. Hướng phát triển.