BÀI TẬP LỚN MÔN ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN: Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN MÔN

ĐO LƯỜNG VÀ CẢM BIẾN
Báo cáo đề tài :“ Hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ công nghiệp”
Nhóm thực hiện đề tài:
Nhóm 1: Nguyễn Văn An
Bùi Lâm Anh
Nguyễn Tuấn Anh
Trần Ngọc Anh
Tạ Văn Chiến
Hoàng Trí Chung
Doãn Văn Công
Vũ Đức Công
Nguyễn Mạnh Cường
Trương Quang Đặng
Giáo viên hướng dẫn:HÀ VĂN PHƯƠNG


MỤC LỤC
Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ
Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN
2.1) Yêu cầu đề bài
2.2) Hướng giải quyết
2.3) Sơ đồ khối hệ thống.
2.4) Cấu tạo của lò sấy gỗ công nghiệp
a) Hệ thống cách nhiệt:
b) Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt.
c) Bộ tạo ẩm và bộ điều ẩm.

d) Hệ thống thông gió và bộ điều gió.
e) Hệ thống đảo.
f) Bộ điều khiển và báo hiệu.
g) Bộ phận phụ trợ.
2.5) Các loại cảm biến nhiệt độ
2.6) Tính chọn cảm biến cần cho hệ thống
2.6.1) Vị trí đặt cảm biến trong mô hình lò sấy gỗ công nghiệp
2.6.2) Tìm hiểu về cảm biến LM35 và cách lắp đặt
2.6.2.1)Sơ đồ khối của mạch đo
1) Khối nguồn
2) Khối cảm biến đầu vào
3) Khối dồn kênh : MUX
4) Khối ADC và PSOC
5) Khối nút nhấn và cảnh báo
6) Khối hiện thị LCD
7) Khối RS232
2.6.2.2) Tính toán nhiệt độ đầu ra và sai số của hệ thống
1) Tính toán nhiệt độ
2) Sai số của hệ thống đo
3) Đánh giá sai số
Chương 3: KẾT LUẬN
3.1) Kết quả đạt được
3.2) Hạn chếkhi thực hiện bản thiết kế
3.3)Biện pháp khắc phục
Chương 4:BÀI DỊCH TÀI LIỆU CẢM BIẾN


Chương 1:TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT KẾ
1.1 Tổng quan về lò sấy gỗ công nghiệp.
- Khái niệm về sấy gỗ.

Sấy gỗ là quá trình khử ẩm từ gỗ bằng cách làm chất ẩm trong gỗ bay hơi.
Trong kỹ thuật đôi khi người ta nén vật liệu để đẩy ẩm ra ngoài nhưng đối với gỗ
người ta không dùng cách này vì gỗ cần được đảm bảo hình dạng ban đầu để gia
công và sản xuất tạo hình khác.
- Mục đích của sấy gỗ.
Mục đích của sấy gỗ là làm thay đổi , giảm độ ẩm cho phù hợp với môi
trường sử dụng và yêu cầu công nghệ gia công gỗ.
Sự thay đổi độ ẩm của gỗ dẫn đến sự thay đổi hình dạng , kích thước gỗ. Vì
vậy độ ẩm của chi tiết gỗ cần phải ổn định để đảm bảo hình dạng và kích thước
của gỗ trong kết cấu hay công trình.
Như vậy mục đích chính của công nghệ sấy gỗ là:
+ Để đề phòng trước sự thay đổi hình dạng và kích thước của chi tiết khi gia
công và sử dụng.
+ Giúp gỗ không bị mốc hoặc bị mọt, mối xâm hại. Giữ ổn định công trình
và sản phẩm gỗ.
+ Sấy gỗ để giảm trọng lượng chi tiết, công trình gỗ, đảm bảo chất lượng độ
bền, đẹp của bề mặt sản phẩm.
- Các khuyết tật của gỗ sấy sản sinh trong quá trình sấy.
Gỗ bị cong vênh là do các bộ phận gỗ co rút không đồng đều sinh ra ( co rút
không đồng đều theo các chiều thớ gỗ khác nhau). Cong vênh ở các loại ván khác


nhau là khác nhau , đối với phần tiếp tuyến là quan trọng nhất. Để hạn chế mức
độ cong vênh cần tuân theo các biện pháp sau:
+ Khi xếp đống cần sử dụng thanh kê có bề dày đề nhau và phải đặt đúng vị
trí của thanh kê , cự ly thanh kê không nên cách quá xa nhau.
+ Gỗ bị nhăn mặt là biểu hiện của sự biến dạng hết sức mãnh liệt . Khuyết tật
này xảy ra ở một số loại gỗ nhất định . Để tránh hiện tượng này , khi sấy không
nên sử dụng nhiệt độ quá cao.
+ Gỗ bị nứt nẻ là do sự phát sinh áp suất quá lớn bên trong gỗ làm cho các

thớ gỗ bị phá hoại. Ứng suất hình thành ở các giai đoạn sấy đầu sẽ gây nên nứt
ngoài . Còn ứng xuất hình thành ở giai đoạn sau sẽ gây nứt nẻ ở bên trong. Để
tránh hiện tượng này chúng ta nhất thiết không được hạ thấp độ ẩm của môi
trường sấy xuống quá thấp.
1.2 Tổng quan thiết kế lò sấy
Các thống số về kích thước của lò :
+ Chiều rộng tác dụng của lò : 2m
+ Chiều dài tác dụng của lò :5m
+ Chiều cao tác dụng của lò :3m
Lò làm việc với dải nhiệt từ 100C đến 600C .
Lò sấy thiết kế kiểu buồng, nằm ngang dùng không khí nóng để sấy gỗ xếp
bên trong. Ở đầu lò sấy có cửa để đưa sản phẩm cần sấy ra vào khi hoàn thành
quá trình công nghệ sấy. Dàn sấy được làm bằng sắt trên một hệ thống xe goòng
để xếp gỗ cần sấy.
Sàn lò sấy được gắn cố định một hệ thống đường ray dẫn xe goòng ở giữa.
Hệ thống ray này được kéo dài ra ngoài hai đầu lò sấy một khoảng vừa đủ để
bốc và xếp sản phẩm cần sấy.


Quạt thổi khí của mỗi lò được lắp đặt trên khung bệ chắc chắn và có van để
điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp. Phần kết nối ở mỗi đầu ra, vào của mỗi quạt
đều có ống giảm rung nhằm mục đích giảm tối thiểu sự rung động của quạt gió
khi làm việc với hệ thống.
Bộ gia nhiệt của lò sấy được cấu thành từ các thanh đốt điện trở có vỏ bằng
thép không gỉ, được cách điện để đảm bảo an toàn.
Hệ thống ống dẫn không khí nóng được nối từ bộ gia nhiệt theo hai đường
ống nhánh phân phối cho hai bên thành lò và theo các cửa thổi khí, phân phối
khí nóng đều từ dưới lên. Phía trên thành lò là hệ thống ống thu khí tái tuần
hoàn nối vào tới đầu hút của quạt thổi khí. Còn ở chính giữa là quạt để đối lưu
khuếch tán không khí nóng đều lò sấy .

Cảm biến đo nhiệt độ được bố trí ở những vị trí không bị ảnh hưởng bởi
nhiệt độ bên ngoài và các thiết bị gia nhiệt của lò sấy đảm để đảm bảo độ chính
xác.

Chương 2: NỘI DUNG THỰC HIỆN

2.1) Yêu cầu đề bài
Các thông số về kích thước của lò:
+ Chiều rộng tác dụng của lò: 2m.
+ Chiều dài tác dụng của lò: 5m.
+ Chiều cao tác dụng của lò: 2m.
*Dải nhiệt độ sấy của lò trong quá trình sấy: dải nhiệt độ của lò trong quá trình
sấy: 100C- 600C với sai số ±10C.
Tìm hiểu, phân tích và xây dựng hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ lò sấy gỗ
công nghiệp
2.2)Hướng giải quyết


Để làm bay hơi hoàn toàn 1Kg cần cung cấp lượng nhiệt 539Kcal. Để sấy khô
1Kg sản phẩm có độ ẩm 6% thì cần cung cấp nhiệt lượng 32,34Kcal. Trong 1h có
6.361,2Kg vật sấy đi vào lò sấy, để sấy khô chúng ta cần cung cấp nhiệt lượng
205.721Kcal.
Thông thường hiệu suất của lò sấy chính là công suất của buồng phát nhiệt.Theo
dự kiến nhiệt độ buồng phát nhiệt là 100 0C, trong khi đó nhiệt độ tác nhân sấy theo
yêu cầu công nghệ là 600C. Do đó để có được nhiệt độ tác nhân sấy theo yêu cầu
đặt ra thì phải cung cấp một lượng không khí có nhiệt độ bằng nhiệt độ của môi
trường (200C ) phù hợp nào đó để hoà trộn vói nhiệt độ buồng phát nhiệt. Theo số
liệu người ta đã tính được thì cần phải cung cấp một lượng không khí là 2000m 3/
h.
Để tạo ra một lò sấy phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

- Bảo đảm nhiệt độ thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu của
sản phẩm .
- Bảo đảm độ ẩm thích hợp và tương đối ổn định theo từng giai đoạn yêu cầu của
sản phẩm .
- Bảo đảm lượng nhiệt được đưa vào liên tục và tuần hoàn vào lò sấy.
- Bảo đảm đảo sản phẩm thường xuyên được đưa vào(1-3h/1lần)
2.3)Sơ đồ khối hệ thống.

2.4) Cấu tạo của lò sấy gỗ công nghiệp
a) Hệ thống cách nhiệt:
-Muốn cho lò sấy ít bị dao động nhiệt thi việc làm vỏ lò là quan trọng.Lớp cách
nhiệt càng dày thì càng ổn định,ít tốn chất đốt và ít phải điều chỉnh.Ngoài ra trong
lớp cách nhiệt đó còn có cả than hoạt tinh để khử độc và còn có cả lỗ thông hơi để
dẫn không khí vào lò sấy.Trong lò còn có quạt để lưu thông luồng khí nóng chuyển
lưu tuần hoàn trong lò sấy.
b) Bộ tạo nhiệt và bộ điều nhiệt.
Bộ tạo nhiệt
-Buồng nhiệt có chức năng phối trộn không khí với chất đốt để đảm bảo khi đốt
nhiên liệu cháy hết .


-Nếu không dùng cách trên, ta có thể dùng dây meso được đặt trong buồng sấy để
tạo nhiêt.
Bộ điều nhiệt.
-Quạt VP làm việc theo kiểu ngược dòng, hệ đường ống chính được chia làm hai
đường ống tách rời hoặc chỉ dùng để chuyển lưu không khí (đối với loại dùng dây
meso).
- Hệ thống cảm biến nhiệt và các linh kiện được cài đặt 2 chiều theo ý muốn trong
một thời gian ấn định.
- Bộ vi điều khiển là hệ thống cảm biến kết hợp với bán dẫn để giám sát , nhận và

xử lý các thông số kỹ thuật khi bộ cảm biến báo về.
c) Bộ tạo ẩm và bộ điều ẩm.
-Vung nước qua cánh quạt trong máy, nước từ bình chứa đặt cao hay từ mạng ống
cung cấp chung của trại, qua van nước, ống dẫn vào bầu, để rồi theo ống dẫn chạy
dọc các cánh quạt gió mà vung ra xung quanh, xuyên qua các lỗ nhỏ của vành lưới
thép bao xung quanh, sẽ tạo thành lớp sương mù gây ẩm trong máy.
-Bộ điều ẩm thường gồm một bộ cảm biến ẩm đặt trong máy để tác động vào bộ
phận ngắt van nước để đóng ngắt dòng chảy vào máy, khi độ ẩm thấp hay cao quá
mức quy định.
d) Hệ thống thông gió và bộ điều gió.
Bộ thông gió ở các lò sấy đều là quạt hướng trục, lắp ở giữa thành sau bên trong
máy. Cửa hút gió được bố trí gần trục quạt có nắp điều gió, điều chỉnh độ mở bằng
tay. Cửa thoát gió thường bố trí trên nóc máy hay ở thành trước máy, có nắp điều
gió.
e) Hệ thống đảo.
- Động cơ điện quay: dùng cho mọi kiểu giàn quay, thường gồm động cơ điện, bộ
giảm tốc, bộ truyền động và cụm tiếp điểm cuối.
f) Bộ điều khiển và báo hiệu.
Thường bao gồm: những bộ khởi động từ, những cụm tiếp điểm tổng, những
rơle điện từ, cầu chì, nút bấm, cụm đầu nối điện, chuông đèn báo hiệu.

g) Bộ phận phụ trợ.
-Máy sấy công nghiệp còn có những bộ phận phụ trợ như: giàn chuyển sản phẩm,
bộ bánh xe chuyển giàn, bàn chuyển sản phẩm, thang.


2.5) CÁC LOẠI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
1. Cặp nhiệt điện (Thermocouple)

- Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu.

- Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV).
- Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao.
- Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao.
- Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắt nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
- Dải đo: -100 ~ 1400oC
- Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim,hay gia công vật liệu…
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K, R, S,
T…) đó là vì mỗi loại Cặp nhiệt điện đó được cấu tạo bởi 1 chất liệu khác nhau, từ
đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác nhau. Người sử
dụng cần chú ý điều này để có thể lựa chọn loại Cặp nhiệt điện phù hợp với yêu
cầu của mình.
+ Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những
điểmsau đây:
- Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền đi
dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều).
- Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên
đường dây. Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và môi
trường lắp đặt.


- Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần đo.
- Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện.
2)Nhiệt điện trở (PT 100) (Resitance temperature detector –RTD).

Hình ảnh và cấu tạo của nhiệt điện trở Pt100
- Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được
quấn tùy theo hình dáng của đầu đo.
- Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại này
sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng nhiệt độ
nhất định.

- Dải đo: -200~700oC
- Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây
không hạn chế.
- Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện
- Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay gia
công vật liệu, hóa chất…
Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum.
Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được dài.
Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm (khi ở 0 oC). Điện trở càng cao thì
độ nhạy nhiệt càng cao.
- RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính xác
nhất.


3) Điện trở oxit kim loại (Thermistor)

Hình ảnh của thermistor
- Cấu tạo: Làm từ hổn hợp các oxit kim loại: mangan, nickel, cobalt,…
- Nguyên lý: Thay đổi điện trở khi nhiệt độ thay đổi.
- Ưu điểm: Bền, rẻ tiền, dễ chế tạo.
- Khuyết điểm: Dãy tuyến tính hẹp.
- Dải đo: 50o
- Ứng dụng: Làm các chức năng bảo vệ, ép vào cuộn dây động cơ, mạch điện tử.
- Có hai loại thermistor: Hệ số nhiệt dương PTC- điện trở tăng theo nhiệt độ; Hệ số
nhiệt âm NTC – điện trở giảm theo nhiệt độ. Thường dùng nhất là loại NTC
4) Cảm biến nhiệt bán dẫn


- Cấu tạo: Làm từ các loại chất bán dẫn.
- Nguyên lý: Sự phân cực của các chất bán dẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.

- Ưu điểm: Rẻ tiền, dễ chế tạo, độ nhạy cao, chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản.
- Khuyết điểm: Không chịu nhiệt độ cao, kém bền.
- Dải đo: -50 ~ 150oC
- Ứng dụng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch
điện tử.
- Các loại cảm biến nhiệt bán dẫn điển hình: kiểu diode, các kiểu IC LM35,
LM335, LM45
5) Nhiệt kế bức xạ (Hay hỏa kế)


- Cấu tạo: Làm từ mạch điện tử, quang học.
- Nguyên lý: Đo tính chất bức xạ năng lượng của môi trường mang nhiệt.
- Ưu điểm: Dùng trong môi trường khắc nghiệt, không cần tiếp xúc với môi trường
đo.
- Khuyết điểm: Độ chính xác không cao, đắt tiền.
- Ứng dụng: Làm các thiết bị đo cho lò nung.
- Dải đo: -97 ~ 1800 oC
-Hỏa kế gồm có các loại: Hỏa kế bức xạ, hỏa kế cường độ sáng, hỏa kế màu sắc.
Chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc các vật mang nhiệt sẽ có hiện tượng bức xạ
năng lượng. Và năng lượng bức xạ sẽ có một bước sóng nhất định. Hỏa kế sẽ thu
nhận bước sóng này và phân tích để cho ra nhiệt độ của vật cần đo
2.6)TÍNH CHỌN CẢM BIẾN CHO HỆ THỐNG.
-Trên thị trường hiện nay có khá nhiều các loại cảm biến đo nhiệt độ như cảm biến
dòng LM( LM35, LM335,…) hay cảm biến thông minh dòng DS18B20
- Dùng cảm biến nhiệt độ LM35 kết hợp với AT89S52 và IC biến đổi A/D và hiển
thị bằng LED 7 thanh đo được nhiệt độ từ -550C đến +1500C, dùng LM34C và
16F88 thuộc vi điều khiển PIC dùng ngôn ngữ lập trình BASIC hiển thị nhiệt độ
bằng LCD, chỉ đo được nhiệt độ từ -550C đến +1250C. Nói chung những loại cảm
biến họ LM so với họ DS thì độ chính xác không cao và tốc độ truyền tín hiệu
chậm 20C đến 1500C với tần số từ 20-1500Hz nhưng giá thành chế tạo rẻ. còn ở

loại cảm biến họ DS độ chính xác rất cao do tín hiệu được truyền có độ phân giải
lên đến 12Bit trong 750ms. Ở loại cảm biến này có tích hợp ROM 64Bit, bộ nhớ
Logic, mạch ổn định tín hiệu đầu ra. Chính vì vậy mà nó khắc phục những nhược
điểm của cảm biến họ LM. So với những loại nhiệt kế dùng họ vi điều khiển 8051
và PIC thì nhiệt kế dùng vi điều khiển ATMEGA16L thuộc họ vi điều khiển AVR
có nhiều ưu điểm hơn, so với vi điều khiển PIC lập trình bằng ngôn ngữ lập trình
BASIC thì dùng AVR lập trình bằng ngôn ngữ lập trình C do đó phần mềm sẽ ngắn
gọn hơn, còn so với 8051 thì tốc độ xử lý tín hiệu nhanh hơn không cần lắp thêm
bộ biến đổi A/D do ATMEGA16L đã tích hợp sẵn bộ biến đổi A/D và việc lập trình
sẽ đơn giản hơn. Cảm biến nhiệt độ LM335. Cảm biến này có dải nhiệt độ -550C
tới +1200C, độ nhạy 0,02mV/10C, sai số là trên dưới 0,50C, giá thành rẻ từ 9 đến
12 nghìn VNĐ, có thể thiết kế 1 hệ thống đo và điều khiển nhiệt độ dễ dàng đơn


giản khi kết hợp với LM741 để khuếch đại cho mạch và dùng LED 7 thanh để hiển
thị, sai số của mạch chỉ 10C.
Ở lò sấy công nghiệp, chúng ta cần dùng cảm biến có thể đo ở dải nhiệt độ
10°C-60°C và sai số thấp 1°C. Và chúng em nhận thấy cảm biến nhiệt độ LM35
có dải nhiệt độ đo từ -55°C - 150°C chi phí thấp và có sai số trong khoảng cho
phép là cảm biến phù hợp với điều kiện yêu cầu.
2.6.1) Vị trí đặt cảm biến trong mô hình lò sấy gỗ công nghiệp
Cảm biến nhiệt độ để đo nhiệt độ của môi trường nên nó sẽ được đặt bên trong
môi trường đó để có thể đo một cách chính xác nhất nhiệt độ của cả môi trường.
Trong lò sấy gỗ có rất nhiều chỗ để đặt cảm biến và chúng ta cần đặt ở những
điểm có thể khái quát rõ ràng nhất nhiệt độ của lò.
Để đo chính xác dải nhiệt độ trong phòng chúng ta sẽ sử dụng 3 cảm biến nhiệt
độ LM35 được đặt ở các vị trí lần lượt là: 1 cảm biến trên trẩn của lò,2 cảm biến
còn lại lần lượt đặt đối diện 2 bên tường không có thiết bị gia nhiệt.
Thiết bị hiển thị và chuông báo sự cố nhiệt độ phòng sấy nên đặt bên ngoài cạnh
cửa lò để thuận tiện cho việc theo dõi.

Chú ý: Không nên đặt cảm biến gần thiết bị gia nhiệt vì như vậy thiết bị cảm
biến có thể bị hỏng do sức nóng của thiết bị gia nhiệt,cũng như cho sai lệch về kết
quả đo.
2.6.2)Tìm hiểu về cảm biến LM35 và cách lắp đặt
2.6.2.1 )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 ic nguồn LM7805. 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 100C đến 600C.
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. Đầu ra của bộ dồn kênh được nối với bộ ADC
4) Khối ADC và PSOC
Đâylà 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 họ sẽ thay thế được hầu hết các thiết bị dựa trên vi xử lý hoặc vi
điều khiển đã có từ trước đến nay .
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 báo 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 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.


2.6.2.2 )Tính toán nhiệt độ đầu ra và sai số của hệ thống
1) Tính toán nhiệt độ
Ta có hàm truyền sau
t

U(v)

ADC_value
ADC

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 %
3) Đánh giá sai số
Sai số của bộ vi xử lí do:
-Sai số hệ thống: do hiểu biết sai lệch hoặc không đầu tư cho hệ thống đo, hay do
điều kiện sử dụng không tốt như: sai số do đặc tính của cảm biến, do các đại lượng
chuẩn không đúng, hay xử lí kết quả đo chưa tốt.
-Sai số ngẫu nhiên: không thể xác định do yếu tố khách quan.
-Bộ phận nguồn có thể cung cấp không đều hay sụt áp.
-Sai số thiết bị 1%
-Mạch đo có thể bị ảnh hưởng bởi điện trở, tụ điện có thể gây sai số nhỏ
-ADC gây sai số 1 bước lượng tử nên sai số là 1:2^8=0,39%
Sai số tổng là:(λ1^2+λ2^2)^1 /2 =1,07%

Chương 3: KẾT LUẬN
I.Kết quả đạt được
-Mạch đo và cảm biến


-Phần hiển thị trên máy tính

II. Hạn chế, cách khắc phục khi thực hiện bản thiết kế


1.Khi thực hiện bản thiết kế này chúng em gặp khá nhiều vấn đề về kiến thức
cũng như kinh nghiệm thực tế, các thông tin đa số là tìm kiếm trên mạng, trên các
trang diễn đàn, cũng như một số sách giáo trình về đo lường cảm biến.Chính vì
vậy những thông tin chúng em thu thập có thể bị sai lệch do nhiều nguồn trên
mạng không rõ nguồn gốc nên có gì sai lệch mong thầy cô thông cảm.
2. 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,vì 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.
III Mở rộng đề tài
Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hưởng rất quan trọng đến đời sống hằng ngày của
chúng ta. 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 chúng ta 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 thìchúng ta có thể dùng
nó như là một mạch đo để kiểm tra nhiệt độ ở mọi khu vực mà giải đo hỗ trợ.
Các tài liệu nghiên cứu và tham khảo cho đề tài:
1.Giáo trình đo lường điện và cảm biến đo lường - tác giả Nguyễn Văn Hòa(chủ
biên), Bùi Đăng Thảnh, Hoàng Sỹ Hồng. Nhà xuất bản giáo dục.
2. Giáo trình đo lường điện và cảm biến đo lường- tác giả Hà Văn Phương
3.Điện công tử suất – Nguyễn Bính.
4.
5.