Nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

MỤC LỤC

Lời Mở Đầu
Cảm biến được định nghĩa như một thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi
các đại lượng vật lý không mang tính chất điện thành các đại lượng có thể đo
được. Nhiệt độ là tín hiệu vật lý như vậy. Việc đo và cảnh báo nhiệt độ cũng
chính vì thế là một yêu cầu hết sức thiết thực và quan trọng. Hiện nay cảm biến
đo nhiệt độ là loại cảm biến được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp cũng
như dân dụng.
Bài tập lớn này nghiên cứu dùng các vi mạch tương tự tinh toán,thiết kế
mạch đo và cảnh báo nhiệt độ sử dụng IC cảm biến nhiệt độ.
Trong quá trình thiết kế, do kiến thức còn hạn hẹp và trình độ hiểu biết
chuyên môn còn tương đối hạn chế nên sẽ khó tránh khỏi những sai sót, khuyết
điểm. Em mong được sự đóng góp của thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện
hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang-1

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO

Bộ Môn ĐLĐK

1. Tổng quan
1 Khái niệm về nhiệt độ
Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các
nguyên tử, phân tử của một hệ vật chất. Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất
(rắn, lỏng, khí) mà chuyển động này có sự khác nhau. Ỏ trạng thái lỏng, các
phân tử dao động quanh vị trí cân bằng nhưng vị trí cân bằng của nó luôn dịch
chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định. Còn ở trạng thái rắn,
các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng. Các dạng vận
động này của các phân tử, nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi
tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá
trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt
trên tuân theo nguyên lý:
Bảo toàn năng lượng.Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến
nơi có nhiệt độ thất.Ởtrạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn
nhiệt và bức xạ nhiệt.
Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền
nhiệt bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách
vận chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh
lệch về tỉ trọng. Đo nhiệt độ là phương pháp đo lường tín hiệu dạng tự nhiên của
môi trường, không có điện trong đại lượng cần đo.
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và giải
nhiệt độ. Phân ra làm 2 phương pháp chính : Đo trực tiếp và đo gián tiếp.
- Đo trưc tiếp là phương pháp đo trong đó các chuyển đổi nhiệt điện đươc
đặt trực tiếp trong môi trường cần đo.
- Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi
trường cần đo(áp dụng với trường hợp đo ở nhiệt độ cao).
Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải ở
quá cao.Vì vậy ta sẽ dùng cảm biến đo nhiệt độ để đo trực tiếp.

Trang-2

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

2. Hình thành sơ đồ khối
2.1 Sơ đồ khối.

ADC0804

t

Cảm biến

U đặt

Mạch khuếch đại

Khối hiển thị
BCD

Chuyển đổi U-I

Mạch so sánh

Cơ cấu

chỉ thị

Cảnh báo

Hình 1. Sơ đồ khối hệ thống.
2.2 Yêu cầu cho từng khối :
- Cảm biến: biến đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu mang tính điện.
- Mạch khuếch đại: có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhận được từ cảm
biến sao cho phù hợp với yêu cầu kết quả đo của bộ chỉ thị.
- Khối hiển thị BCD: chuyển đổi đầu vào 4 bit hoặc 8 bit sang bảng mã
BCD để hiển thị nhiệt độ tương ứng.
- Bộ ADC:chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.Sau đó đưa lên các
bộ phận giải mã để hiển thị.
- Mạch so sánh: làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu vừa đưa về với tín hiệu đã
cài đặt.Tuỳ theo tín hiệu ngõ ra, sẽ ra quyết định để cơ cấu chấp hành gia
tăng, giảm, hay giữ nguyên nhiệt độ thậm chí có thể kết hợp để báo động
hiển thị.
- Cảnh báo: thực hiện chức năng báo động khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng
cho phép.
2.3 Tổng quan mạch đo
Đối tượng cần đo là đại lượng vật lý, dựa vào các đặc tính của đại lượng
cần đo mà chọn ra loại cảm biến phù hợp để thực hiện việc biến đổi các thông số
cần đo thành các đại lượng điện.
U = 0 – 10V
I = 0 – 20mA
Trang-3

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
Sau đó qua bọ lọc và khuếch đại tín hiệu.
Tín hiệu sau khi được hiệu chỉnh sẽ chuyển qua bộ chuyển đổi ADC
(Analog Digital Converter) bộ này chuyển đổi tín hiệu tương tự sang dạng số rồi
chuyển qua để so sánh rồi phát cảnh báo nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép
hoặc chuyển tới phần chỉ thị để hiển thị kết quả ra LED.
Chương 2:GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
1.IC cảm biến nhiệt độ LM35
1.1Giới thiệu chung.

Hình 2: IC cảm biến LM35
Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng
dụng trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực. Vì nó hoạt động khá chính
xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong
những ưu điểm của nó. Vì đây là cảm biến tương tự (analog sensor) nên ta có
thể dễ dàng đọc được giá trị của nó.
1.2Cấu tạo và đặc điểm.
1.2.1 Cấu tạo.
Gồm 3 chân trong đó có 2 chân cấp nguồn và một chân xuất điện áp tùy
theo nhiệt độ mà cảm biến nhận được.
o Chân 1: Chân nguồn Vcc
o Chân 2: Đầu ra Vout
o Chân 3: GND
1.2.2 Đặc điểm.
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
+ Độ chính xác cao ở 25 là 0.5
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
+ Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -550C đến 1500C 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.
Trang-4
Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

• Nhiệt độ 150 C điện áp đầu ra 1500mV.
2.Bộ chuyển đổi tương tự số 8 bit ADC0804
2.1 Giới thiệu chung.
Chíp ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số trong họ các loạt
ADC800, nó làm việc với +5V và có độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải
thì thời gian chuyển đổi cũng là một yếu tố quan trọng khác khi đánh giá
một bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa như là thời gian mà bộ
ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Trong
ADC0804 thời gian chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ
được cấp tới chân CLK R và CLK IN nhưng không thể nhanh hơn 110μs.

Hình 3: IC chuyển đổi tương tự - số 8 bit ADC0804
2.2 Nguyên lý làm việc.
Chức năng các chân ADC0804:
- Chân CS (chân số 1)chọn chíp: Là một đầu vào tích cực mức thấp
được sử dụng để kích hoạt chíp ADC0804. Để truy cập ADC0804 thì
chân này phải ở mức thấp.
- Chân RD (chân số 2): Đây là một tín hiệu đầu vào được tích cực mức
thấp. Các bộ ADC chuyển đổi đầu vào tương tự thành số nhị phân
tương đương với nó và giữ nó trong một thanh ghi trong. RD được sử

dụng để nhận dữ liệu được chuyển đổi ở đầu ra của ADC0804. Khi
Trang-5

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
0CS = nếu một xung cao – xuống – thấp được áp đến chân RD thì đầu
ra số 8 bit được hiển diện ở các chân dữ liệu D0 – D7. Chân RD cũng
được coi như cho phép đầu ra.
- Chân ghi WR (chân số 3). Thực ra tên chính xác là “Bắt đầu chuyển
đổi”): Đây là chân đầu vào tích cực mức thấp được dùng để báo cho
ADC0804 bắt đầu quá trình chuyển đổi. Nếu CS = 0 khi WR tạo ra
xung cao – xuống – thấp thì bộ ADC0804 bắt đầu chuyển đổi giá trị
đầu vào tương tự Vin về số nhị phấn 8 bit. Lượng thời gian cần thiết để
chuyển đổi thay đổi phụ thuộc vào tần số đưa đến chân CLK IN và
CLK R. Khi việc chuyển đổi dữ liệu được hoàn tất thì chân INTR
được ép xuống thấp bởi ADC0804.
Ngoài ra , cần tạo xung bằng IC 555 cho chân WR này

Hình 4 : Sơ đồ khảo sát ADC0804
- Chân CLK IN (chân số 4) và CLK R (chân số 19): Chân CLK IN là
một chân đầu vào được nối tới một nguồn đồng hồ ngoài khi đồng hồ
ngoài được sử dụng để tạo ra thời gian. Tuy nhiên ADC0804 cũng có
một máy tạo xung đồng hồ. Để sử dụng máy tạo xung đồng hồ trong
của ADC0804 thì các chân CLK IN và CLK R được nối tới một tụ
điện và một điện trở. Trong trường hợp này tần số đồng hồ được xác
định bằng biểu thức:
f=

Trang-6

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
Giá trị tiêu biểu của các đại lượng trên là R = 10kΩ và C = 150pF và
tần số nhận được là f = 606kHz và thời gian chuyển đổi sẽ mất là
110sμ.
- Chân ngắt INTR (chân số 5): Đây là chân đầu ra tích cực mức thấp.
Bình thường nó ở trạng thái cao và khi việc chuyển đổi hoàn tất thì nó
xuống thấp để báo cho CPU biết là dữ liệu được chuyển đổi sẵn sàng
để lấy đi. Sau khi INTR xuống thấp, ta đặt CS = 0 và gửi một xung cao
xuống – thấp tới chân RD lấy dữ liệu ra của ADC0804.
- Chân VCC (chân số 20): Đây là chân nguồn nối +5V, nó cũng được
dùng như điện áp tham chiếu khi đầu vào REFV/2 (chân số 9) để hở.
- Chân REFV/2 (chân số 9): Là một điện áp đầu vào được dùng cho
điện áp tham chiếu. Nếu chân này hở (không được nối) thì điện áp đầu
vào tương tự cho ADC0804 nằm trong dãy 0-5V→(giống như chân
VCC). Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mà đầu vào tương tự áp đến Vin
cần phải khác ngoài dãy 0→5V. Chân /2REFV được dùng để thực thi
các điện áp đầu vào khác ngoài dãy 0→5V. Ví dụ: Nếu dãy đầu vào
tương tự cần phải là 0 →4V thì REFV/2 được nối với +2V.
- Các chân dữ liệu D0 – D7 (Từ chân 11 đến chân 18): Các chân dữ
liệu D0 – D7 (D7 là các bit cao nhất MSB và D0 là bit thấp LSB) là
các chân đầu ra dữ liệu số. Đây là những chân được đệm ba trạng thái
và dữ liệu được chuyển đổi chỉ được truy cập khi chân CS = 0 và chân
RD bị đưa xuống thấp. Để tính điện áp đầu ra ta có thể sử dụng công

thức sau:
Dout=
Với Dout là đầu ra dữ liệu số (dạng thập phân). Vin là điện áp đầu vào
tương tự và độ phân dãy là sự thay đổi nhỏ nhất được tính như là
(2x/2REFV) chia cho 256 đối với ADC 8 bit.
- Chân GND (chân số 10): Đây là những chân đầu vào cấp đất chung
cho cả tín hiệu số và tương tự. Đất tương tự được nối tới đất của chân
Vin tương tự, còn đất số được nối tới đất của chân VCC. Lý do mà ta
phải có hai đất là để cách ly tín hiệu tương tự Vin từ các điện áp ký
sinh tạo ra việc chuyển mạch số được chính xác. Trong phần trình bày
thì các chân được nối chung với một đất. Tuy nhiên, trong thực tế thu
đo dữ liệu các chân đất này được nối tách biệt.
3.Opam 741

Trang-7

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

Hình 5: Opam 741
OPAM 741 là một công cụ có nhiều chức năng
Khuếch đại hiệu hai điện thế nhập:
Khuếch Đại Điện Âm or Dương:
So sánh hai điện thế nhập:
. Khi V+ > V- .
. Khi V+ < V- .

. Khi V+ = V- .
4.IC 555

Hình 6: IC 555.
IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo
được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn
giản,điều chế được độ rộng xung.
• Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555:

Trang-8

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

Hình 2.5. sơ đồ đấu nối IC 555
Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung.
+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :
f = 1/[ln2.C1.(R1 + 2R2)]
+ Chu kì của tín hiệu đầu ra : T = 1/f = ln2.C1.(R1+2R2)
+ Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì :
t1 = ln2 .(R1 + R2).C1
+ Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì :
t2 = ln2.R2.C1
5.IC 7483.
Là IC dùng để biến đổi số đầu vào tạo ra số đầu ra khác , với mạch mã hoá
được cấu tạo bởi các cổng logic như ở hình trên ta có nhận xét rằng trong trường

hợp nhiều phím được nhấn cùng 1 lúc thì sẽ không thể biết được mã số sẽ ra là
bao nhiêu. Do đó để đảm bảo rằng khi 2 hay nhiều phím hơn được nhấn, mã số
ra chỉ tương ứng với ngõ vào có số cao nhất được nhấn, người ta đã sử dụng
mạch mã hoá ưu tiên

Hình 7 : IC7483

Trang-9

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
6.IC 7447
IC dùng để giải mã tín hiệu rồi đưa tín hiệu đã được giải mã hiển thị qua
LED 7 thanh.

Hình 8 : IC 7447
7.LED 7 thanh.

Hình 9: LED 7 thanh.
Tại khối hiển thị ta dùng IC giải mã 4 ngõ vào thành 7 ngõ ra để hiển thị
lên LED giá trị nhiệt độ tại mọi thời điểm hệ thống hoạt động. Mạch thực hiện
chức năng đo và hiển thị nhiệt độ, báo động nhiệt độ tại những khoảng được lập
trình trước cho IC điều khiển.
7.1 Nguyên lý hoạt động.
Mạch sẽ hiển thị giá trị nhiệt độ đo được tại mọi thời điểm hệ thống hoạt
động, giá trị hiện thị sẽ được đưa đến ngõ vào của IC giải mã 74LS47 qua các
Input, với tính năng giải mã của vi mạch này, sẽ cho ra dữ liệu song song trên

các Bus đến các LED song song. Chương trình sẽ chọn LED nào và hiển thị
nhiệt độ lên LED.
Khi có 1 sự biến đổi điện áp từ cảm biến, tức sự thay đổi nhiệt độ môi
trường cần đo thì mã của 74LS47 cũng sẽ thay đổi phù hợp, tần số quét LED
được thiết kế hợp lý để tránh mắt thường quan sát được.
7.2 Tính toán thiết kế.
Trang-10

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
Để LED sang 1 cách bình thường thì trên mỗi đoạn của LED cần cung cấp
giá trị dòng điện khoảng 10mA. Điện áp rơi trên mỗi LED vào khoảng 2mV.
Nguồn cung cấp điện áp cho mạch Vcc= 5V.
Với IC 74LS47 ta có các thông số ngõ ra như sau:
Vo1= 0.4 V .
Io1= 40mA.
Trường hợp ta thiết kế cho LED sang với dòng điện 10mA. Như vậy:
Rhd =(Vcc - V LED – Vo1 )/ ILED=(5V- 2V- 0.4V)/ 10mA= 260 (Ω)
Trong thực tế khi thiết kế ta chỉnh giá trị R hd sao cho LED sang rõ nhất và
lúc này ta đo được giá trị điện trở hạn dòng là Rhd =330 (Ω).
Tại ngõ ra của IC 74LS47, ta mắc thêm điện trở hạn dòng cho IC này trong
trường hợp LED sang thì điện áp trên LED khoảng 2V, V CE SAT =0.2 V, vậy nên
phải có điện trở hạn dòng cho IC này để không sảy ra cháy IC mã hóa.
8.LED báo.
Là thiết bị dùng để báo sáng nhấp nháy khi mạch đo thấy nhiệt độ trong
phạm vi cho phép.

Hình 10: LED
9.Transistor

Hình 11 : transistor
Transitor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp
P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận,nếu ghép theo thứ tự
NPN ta được Transistor ngược.

Trang-11

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
10.Điện trở, tụ điện.

Bộ Môn ĐLĐK

Hình 12: Điện trở và tụ điện.
- Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ
hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được
các loại điện trở có trị số khác nhau.
- Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn
điện được ngăn cách bởi điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt,
tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
- Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ năng
lượng điện trường của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện
thế xoay chiều, sự tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở
kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
11.Còi báo.

Hình 13: Còi báo động.
Còi báo làm nhiệm vụ phát tín hiệu âm thanh báo động khi xảy ra sự cố
nhiệt độ tăng quá giới hạn cho phép.

Trang-12

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
Chương 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MẠCH ĐO.
Với n = 59, a = 9 thì:
- Dải đo: từ 00C đến tmax = (50+n)0C = 1090C.
- Giới hạn nhiệt độ bình thường: từ 00C đến t = 2= 730C.
- Thời gian sáng và tắt của đèn báo khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường
là: τ = (1+0.5a) = 5.5 giây.
- Khi nhiệt độ quá 730C còi báo sẽ hoạt động.
1.Tính toán lựa chọn cảm biến.
• Độ chính xác cao, với sai số +-1/40 C
• Đầu ra tuyến tính LM35 : 10mV/ºC.
• Hoạt động tốt trong dải nhiệt độ từ -550C đến +1300C.
2.Tính toán thiết kế mạch đo.
Nguyên lý cơ bản hoạt động của mạch đo: Vì điện áp đầu ra của IC cảm
biến nhiệt độ LM 35 rất nhỏ nên nó được đưa tới mạch khuếch đại và chuẩn
hóa với mức điện áp (U) là 0 ÷ 10V và dòng điện (I) là 0mA ÷ 20mA. Sau đó
được đưa tới cơ cấu chỉ thị.
2.1

Khối chỉ thị.
2.1.1 Cấu tạo chung.
Gồm hai phần cơ bản: phần tĩnh và phần động
- Phần tĩnh: gồm: nam châm vĩnh cửu 1; mạch từ và cực từ 3 và lõi sắt 6
hình thànhmạch từ kín. Giữa cực từ 3 và l.i sắt 6 có có khe hở không khí
đều gọi là khe hở làm việc, ở giữa đặt khung quay chuyển động.
- Phần động: gồm: khung dây quay 5 được quấn bắng dây đồng. Khung
dâyđược gắn vào trục quay (hoặc dây căng, dây treo). Trên trục quay có
hai lò xo cản 7mắc ngược nhau, kim chỉ thị 2 và thang đo 8

Hình 14: Cơ cấu chỉ thị từ điện.
2.1.2 Nguyên lý làm việc chung
Khi có dòng điện chạy qua khung dây 5 (phần động),dưới tác động của
từ trường nam châm vĩnh cửu 1 (phần tĩnh) sinh ra mômen quay Mq làm
Trang-13

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc α. Mômen quay được tính
theobiểu thức:
Mq ==B.S.I.W
với
B: độ từ cảm của nam châm vĩnh cửu
S: tiết diện khung dây
W: số v.ng dây của khung dây
Với một cơ cấu chỉ thị cụ thể do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch α
tỷ lệ bậc nhất với dòng điện I chạy qua khung dây.

2.2 Tính toán thiết kế cơ cấu chỉ thị nhiệt độ.
- Giới hạn đo: 00C đến 1500C.
- Độ chia nhỏ nhất: 0.10C
- Sai số: ± 0.10C.
3.Tính toán thiết kế mạch nguồn cung cấp.
Trong mạch sử dụng nguồn điện 1 chiều với các cấp điện áp +1.275V ,
+5V, -12V, +12V, 10V. Tùy theo yêu cầu của mạch trên thực tế thì nguồn
điện 1 chiều thường được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều.
Nguồn cấp được mô phỏng như hình vẽ:

Hình 16: Sơ đồ mạch tạo nguồn cấp.
Đối với nguồn +1.275 và +10 ta sử dụng mạch phân áp mô tả như sơ đồ.

Trang-14

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

Hình 17: Phân áp tạo điện áp +1.275V và 10V
4.Tính toán thiết kế mạch khuếch đại chuẩn hóa.
Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp.
1. U = 0 ÷ 10V.
2. I = 4 ÷ 20mA.
4.1. Thiết kế tính toán mạch khuếch đại chuẩn hóa điện áp.
Mạch chuẩn hóa đầu ra của cảm biến LM35 thay đổi từ 0 0C (0 vôn) đến
1090C (1.09 Vôn).

Sử dụng IC khuếch đại thuật toán opam uA741 và mạch khuếch đại
không đảo để chuẩn hóa tín hiệu điện áp.

Hình 18: Mô phỏng mạch khuếch đại chuẩn hóa đầu ra 10 V – 1090C.
Tính toán:
UI = 1.09 (Vol)
U0 = 10 (Vol)
Hệ số khuếch đại của mạch: Ku = 1 + = = 9.17
Trang-15
Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
 = 8.17
 Chọn R1 = R2 = 1K => RF = 8.17K.
4.2. Thiết kế tính toán mạch chuẩn hóa dòng điện.

Bộ Môn ĐLĐK

Đầu ra của khối chuẩn hóa 0 – 1,09V ta sẽ sử dụng bộ biến đổi U-I với sơ
đồ không đảo để chuẩn hóa dòng 4 – 20mA.

Hình 19: Mô phỏng mạch chuẩn hóa I với sơ đồ không đảo.
Tính toán:
Ta có hệ số biến đổi điện áp – dòng điện:
KUI = = = = ;
 R6 = 500 Ω.

Trang-16

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
5.Tính toán thiết kế mạch so sánh và cảnh báo bằng còi

Bộ Môn ĐLĐK

Hình 20: Mạch so sánh và cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá phạm vi cho phép.
Nguyên lý hoạt động của mạch so sánh và cảnh báo:
Tín hiệu điện áp của IC cảm biến nhiệt độ được đưa vào cửa không đảo
của OPAMP
Yêu cầu của đề tài : đưa ra cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá giá trị :
o

C==73

Để tạo được bộ cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá giới hạn ta cần phải đưa tín hiệu
đo được vào bộ so sánh để so sánh với tín hiệu đã được đặt như hình vẽ.
- Khi nhiệt độ là 730C thì đầu ra của cảm biến là U = 0,73V
Do đó ta cần tạo 1 nguồn áp chuẩn 0,73V để so sánh với giá trị trả về từ mạch
đo
- Nguyên lí so sánh của LM358 là :
- Nếu Up>Un thì IC trả về mức logic cao tại đầu ra
- Nếu UpNguyên lí hoạt động :

Trang-17

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK
-Ban đầu nhiệt độ dưới mức cảnh báo thì điện trở của cảm biến nhỏ và điện áp
ở ngõ vào P sẽ nhỏ hơn điện áp ở ngõ vào N nên mức ra của IC sẽ là LOW chưa
đủ kích dẫn cho transistor nên mạch còi.
-Khi nhiệt độ tăng lên thì làm điện áp đầu ra tăng theo. Đến khi nhiệt độ vượt
quá mức cho phép thi khi đó điện áp tại ngõ vào bộ so sánh sẽ là Up>Un và ngõ
ra là mức cao(HIGHT) transistor được kích dẫn, dẫn nguồn cho còi kêu.
6. Tính toán và thiết kế mạch nhấp nháy cho LED:
Để led có thời gian sáng bằng thời gian tắt bằng 5,5s khi nhiệt độ trong giới
hạn bình thường 0 – 730C thì em sẽ sử dụng IC555 để tạo xung nhấp nháy cho
led.
T = tsáng + ttối = 11 giây.
Khi chân số 4 ( R) ở mức logic 1 (hight) thì IC 555 hoạt động, tạo xung
vuông với chu kỳ = T = 11 giây.
Tính toán:
T = tsáng + ttối = ln2(R1 + 2R2)C2 = 11 giây.
Chọn R1 = R2 = 10K C2 = 528.9 (uF)

Hình 21: Mạch đèn nháy khi nhiệt độ từ 0 - 73.

Trang-18

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Bộ Môn ĐLĐK

7.Xây dựng bộ hiển thị số BCD.
7.1 Nguyên lý hoạt động của bộ hiển thị số BCD.
Tín hiệu điện áp từ IC cảm biến LM35 analog sẽ được đưa trực tiếp
vào IC ADC0804 chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số. Sau đó
tín hiệu sẽ được chuyển sang hệ thống chuyển đổi giải mã để hiển thị ra
màn hình LED 7 thanh.
7.2 Xây dựng các khối.
7.2.1 Khối tạo xung vuông kích cho ADC0804 hoạt động.
Xung vuông được tạo ra từ IC 555 sẽ được lấy ra từ chân số 3 của IC
555 sau đó cấp vào chân số 4 của ADC0804.

Hình 23: Mạch tạo xung vuông IC 555

Trang-19

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

7.2.2 Hoạt động giải mã của ADC0804.

Hình 24: Khối chuyển tín hiệu cảm biến sang mã nhị phân 8 bit.
Cấp tín hiệu được từ cảm biến vào chân VIN+ của ADC0804. Cấp
xung cho chân số 3 được tạo ra từ IC 555. Chân VREF/2 cấp vào nguồn
+1.275V. Các chân còn lại được đi dây như mô phỏng.
ADC0804 sẽ giải mã tín hiệu analog đầu vào thành 8 bít ở đầu ra.
7.2.3 Khối giải mã 8 bít đầu ra ADC0804.

Khối giải mã 8 bít tiến hành giải mã tín hiệu và đưa vào các chân
của IC 7447 để tiếp tục chuyển đôi, giải mã trước khi cấp vào cho khối
hiển thị LED 7 thanh.

Trang-20

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

Hình 25: Khối giải mã 8 bit đầu ra của ADC0804

Trang-21

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

Bộ Môn ĐLĐK

7.2.4 Khối hiển thị (LED 7 thanh).
Sau khi được giải mã bởi IC 7447, tín hiệu được đưa vào các chân của
led 7 thanh để hiển thị thông số nhiệt độ đo được từ cảm biến.

Hình 26: Khối hiển thị LED 7 thanh.

Trang-22

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.

Bộ Môn ĐLĐK

1. Kết luận.
- Với việc kết hợp dùng cảm biến đo nhiệt độ cùng với các vi mạch tương
tự và vi mạch số ta có thể dùng các mạch kết hợp này vào các mạch như
mạch báo cháy tự động, mạch đo nhiệt độ lò nung, điều khiển điều hòa
không khí, hay trong các lò ấp trứng, nhà bảo quản lạnh ….
Hạn chế:
Trong quá trình thiết kế, do kiến thức còn hạn hẹp và trình độ
hiểu biết chuyên môn còn tương đối hạn chế nên sẽ khó tránh
khỏi những sai sót, khuyết điểm. Em rất mong nhận được sự
góp ý và hướng dẫn từ phía các thầy cô để đề tài được hoàn
thiện hơn.
2. Hướng phát triển.
- Do cơ cấu chỉ thị từ điện làm việc dựa trên nguyên lý từ trường nên có quán
tính lớn. Kết quả phụ thuộc khá nhiều vào người đọc nên có tính chủ quan.
Dẫn đến kết quả chưa chính xác.
- Bộ giải mã còn cồng kềnh, để tiết kiệm được diện tích cũng như chi phí sản
xuất trong thực tế em xin đề xuất là dùng vi xử lý 8051 để có thể giải mã
được hiệu quả hơn.

Trang-23

Nguyễn Minh Thái-TĐH1-K8