Do an tot nghiep lò nhiệt trong nhà máy bia

-1-

Lời cam đoan
-------Tôi xin cam đoan đồ án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, cha đợc công
bố trên bất kỳ phơng tiện nào. Những vấn đề đợc trình bày trong đồ án này không sao
chép lại từ bất kỳ tài liệu nào, các tài liệu tôi đa ra ở phần cuối chỉ mang tính chất
tham khảo.


-2-

Mục Lục
Lời cam đoan................................................................................................................ 1
Mục Lục........................................................................................................................ 2
Danh mục hình vẽ........................................................................................................5
Danh mục bảng............................................................................................................8
A- Phần mở đầu.........................................................................................................12
1. Đặt vấn đề................................................................................................................12
2. Giới thiệu đề tài........................................................................................................12
3. Mục đích nghiên cứu đề tài......................................................................................12
B- nội dung.................................................................................................................13
Chơng 1: Cảm biến đo nhiệt độ................................................................................13
1.1. Hệ thống đo lờng...................................................................................................13
1.1.1.Khái niệm................................................................................................................13
1.1.2. Dụng cụ đo lờng.....................................................................................................14
1.1.3. Phân loại dụng cụ đo.............................................................................................14

1.2. Đo lờng cảm biến..................................................................................................14

1.2.1. Khái niệm...............................................................................................................14
1.2.2. Phân loại cảm biến................................................................................................15

1.2.3. Các thông số cơ bản của cảm biến.........................................................................15

1.3. Các phơng pháp đo nhiệt độ..................................................................................15

1.3.1. Cơ sở chung và phân loại các phơng pháp đo nhiệt độ.......................................15
Bảng 1.1:Các thang đo nhiệt độ:....................................................................................16
1.3.2. Các phơng pháp đo tiếp xúc:.................................................................................16
...........................................................................................................................................17
Hình1.1: Cấu tạo nhiệt điện trở công nghiệp dùng điện trở Pt( Pt 100):....................17
Bảng 1.2: Sự thay đối giá trị điện trở của cảm biến Platin theo nhiệt độ:..................17
Hình 1.2: Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt....................................................................20
Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật của một số loại cặp nhiệt thông dụng:............................20
Hình 1.3: Sơ đồ mạch nguyên lý của IC bán dẫn đo nhiệt độ.......................................21
Hình1.4 : Mạch đo cơ bản dùng IC bán dẫn AD590 đo nhiệt độ.................................22
1.3.3. Đo nhiệt độ bằng phơng pháp không tiếp xúc:....................................................22
Hình 1.5: Đờng cong với các nhiệt độ khác nhau.............................................................23

Chơng 2: Khảo sát IC vi xử lý,..................................................................................23
Bộ chuyển đổi ADC và mạch khuếch đại dc............................................................23
2.1- Khảo sát IC vi xử lý 8051.....................................................................................25

2.1.1. Sơ đồ chân- Chức năng các chân..........................................................................25
Hình 2.1: Sơ đồ chân VĐK 8051....................................................................................25
Bảng 2.1: Chức năng của các chân trên port3...................................................................26
2.1.2. Sơ đồ khối:.............................................................................................................26
2.1.3. Tổ chức bộ nhớ........................................................................................................28
Hình 2.3: Tóm tắt các vùng bộ nhớ của / 8051.................................................................28
2.1.4. Các chế độ định địa chỉ...................................................................................28
2.1.5. Tập lệnh của 8051.................................................................................................29
2.1.6. Bộ định thời, bộ đếm (timer/ couter)...................................................................29

Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer......................................................29
Hình 2.4: Cấu tạo bộ định thời/ đếm............................................................................30
Hình 2.5 : Các bít của thanh ghi TCON.........................................................................30
Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON.......................................31


-3Hình 2.6: Các bit cuả thanh ghi TMOD...........................................................................31
Bảng 2.4: Các bit của thanh ghi TMOD............................................................................31
Bảng 2.5: Các chế độ của TMOD....................................................................................32
2.1.7. Ngắt........................................................................................................................32
Bảng 2.6: Các Vector ngắt...............................................................................................32
Hình 2.7: Tóm tắt thanh ghi IE.......................................................................................33
Hình 2.8: Tóm tắt thanh ghi IP.......................................................................................34

2.2. Khảo sát bộ chuyển đổi ADC( bộ chuyển đổi tơng tự số).................................34

2.2.1. Khái niệm chung...................................................................................................34
2.2.2. Các phơng pháp chuyển đổi.................................................................................34
2.2.3. Giới thiệu ADC 0809:............................................................................................35
Hình 2.9: Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp.................35
Hình 2.10: Sơ đồ chân của IC ADC 0809.....................................................................36
Bảng 2.7: Bảng trạng thái của ADC 0809:........................................................................37
...........................................................................................................................................38
Hình 2.11: Biểu đồ thời gian của ADC 0809.................................................................38
Hình 2.12: Thuật toán truy xuất ADC.............................................................................39

2.3. Mạch khuếch đại DC.............................................................................................39

Hình 2.13: Mạch KĐ không đảo......................................................................................40

Chơng 3:Vi điều khiển Giao tiếp với máy tính.........................................................41
3.1 Truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển.......................................................41
3.2 Các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền thông nối tiếp............................................42

Việc thiết lập các thông số truyền nối tiếp đợc thực hiện bằng cách thay đổi các giá
trị trong thanh ghi phục vụ truyền nối tiếp....................................................................43
3.2.1 Chuẩn RS232..........................................................................................................43
Hình 3.1: Đầu nối DB - 25 của RS232.............................................................................43
Hình 3.2: Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232..................................................................44
Bảng 3.1: Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC..............44
3.2.2. Chuẩn RS-449 và RS- 423A..................................................................................44
3.2.3. Chuẩn RS-422A.....................................................................................................45
3.2.4. Chuẩn RS-485........................................................................................................45

3.3. Bộ điều khiển đờng truyền MAX232....................................................................46

Hình 3.3: a) Sơ đồ bên trong của MAX232.....................................................................46
b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 8051 theo moden không.......................................46

3.4. Các cổng COM của IBM PC và tơng thích............................................................46
3.5. Các thanh ghi điều khiển thuyền thông nối tiếp....................................................47

3.5.1 Bộ đệm dữ liệu nối tiếp(SBUF)..........................................................................47
3.5.2. Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON.................................................................47
Hình 3.4: Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp SCON.................................................47
Bảng 3.2: Các chế độ đóng khung dữ liệu:....................................................................48

3.6. Ngôn ngữ lập trình Visual Basic............................................................................49

3.6.1. Giới thiệu...............................................................................................................49

3.6.2. Truyền thông nối tiếp dùng VB 6.0......................................................................49
Hình3..5: Cách chọn thêm thành phần microsoft comm control ở Visual Basic 6.0.......50
Hình3.6: Thành phần Mscomm trong hộp công cụ (toolbox)........................................50
Bảng 3.3: Bảng các đặc tính của điều khiển MSComm............................................51

Dim instring as string................................................................................................52
Mscomm1.comport =1...............................................................................................52
Mscomm1.setting = 9600 ,N,8,1...........................................................................52
Mscomm1.portopen = true........................................................................................52


-4Doevents...................................................................................................................... 52
Mscomm1.portopen = false.......................................................................................52
End sub....................................................................................................................... 52
Setting Prorety :.........................................................................................................52
Bảng 3.4 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ..................................................................53

Thông số tốc độ baud...................................................................................................53

Bảng 3.5 Bảng mô tả các giá chẵn lẻ hợp lệ:....................................................................53
End Sub.............................................................................................................................55

Chơng 4: Thiết kế và thi công...................................................................................56
4.1. Nhiệm vụ............................................................................................................... 56
4.2.Sơ đồ khối và chức năng từng khối.........................................................................57

4.2.1. Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ:..............................................................................57
Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ........................................................................57
4.2.2. Chức năng từng khối:..............................................................................................57

4.3.Thiết kế và tính chọn từng khối..............................................................................57

4.3.1. Khối cảm biến: Sử dụng 2 loại cảm biến thông dụng:...........................................57
4.3.2. Khối khuếch đại.....................................................................................................58
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch KĐ kênh 2.....................................................................60
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý mạch bù nhiệt độ cho cặp nhiệt khi nhiệt độ đầu tự do
thay đổi............................................................................................................................62
4.3.3. Bộ ADC...................................................................................................................62
4.3.4. Khối vi điều khiển................................................................................................63
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý khối dao động......................................................................63
4.3.5. Khối giao tiếp........................................................................................................63
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với máy tính.................................................64
4.3.6. Khối hiển thị (máy tính):....................................................................................64
Hình 4.8: Cửa sổ giao diện của mạch đo nhiệt độ.......................................................64
4.3.7. Khối nguồn..............................................................................................................64
Hình 4.9: Các khối nguồn đợc sử dụng trong hệ thống...................................................65

4.4 .Lu đồ thuật toán và chơng trình............................................................................66

4.4.1. Lu đồ thuật toán:....................................................................................................66
4.4.2. Chơng trình điều khiển đo nhiệt độ dùng VĐK 8051 hiển thị trên máy tính:70
4.4.3. Mạch đo nhiệt độ: Phụ lục3..................................................................................70

4.5. Thi công................................................................................................................70

4.5.1.Sơ đồ mạch in mặt trớc...........................................................................................70
4.5.2. Sơ đồ mạch in mặt sau:.........................................................................................71

C- KếT LUậN.............................................................................................................73
TàI LIệU THAM KHảO............................................................................................75

-5-

Danh mục hình vẽ
Lời cam đoan................................................................................................................ 1
Mục Lục........................................................................................................................ 2
Danh mục hình vẽ........................................................................................................5
Danh mục bảng............................................................................................................8
A- Phần mở đầu.........................................................................................................12
1. Đặt vấn đề................................................................................................................12
2. Giới thiệu đề tài........................................................................................................12
3. Mục đích nghiên cứu đề tài......................................................................................12
B- nội dung.................................................................................................................13
Chơng 1: Cảm biến đo nhiệt độ................................................................................13
1.1. Hệ thống đo lờng...................................................................................................13
1.1.1.Khái niệm................................................................................................................13
1.1.2. Dụng cụ đo lờng.....................................................................................................14
1.1.3. Phân loại dụng cụ đo.............................................................................................14

1.2. Đo lờng cảm biến..................................................................................................14

1.2.1. Khái niệm...............................................................................................................14
1.2.2. Phân loại cảm biến................................................................................................15
1.2.3. Các thông số cơ bản của cảm biến.........................................................................15

1.3. Các phơng pháp đo nhiệt độ..................................................................................15

1.3.1. Cơ sở chung và phân loại các phơng pháp đo nhiệt độ.......................................15
Bảng 1.1:Các thang đo nhiệt độ:....................................................................................16

1.3.2. Các phơng pháp đo tiếp xúc:.................................................................................16
...........................................................................................................................................17
Hình1.1: Cấu tạo nhiệt điện trở công nghiệp dùng điện trở Pt( Pt 100):....................17


-6Bảng 1.2: Sự thay đối giá trị điện trở của cảm biến Platin theo nhiệt độ:..................17
Hình 1.2: Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt....................................................................20
Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật của một số loại cặp nhiệt thông dụng:............................20
Hình 1.3: Sơ đồ mạch nguyên lý của IC bán dẫn đo nhiệt độ.......................................21
Hình1.4 : Mạch đo cơ bản dùng IC bán dẫn AD590 đo nhiệt độ.................................22
1.3.3. Đo nhiệt độ bằng phơng pháp không tiếp xúc:....................................................22
Hình 1.5: Đờng cong với các nhiệt độ khác nhau.............................................................23

Chơng 2: Khảo sát IC vi xử lý,..................................................................................23
Bộ chuyển đổi ADC và mạch khuếch đại dc............................................................23
2.1- Khảo sát IC vi xử lý 8051.....................................................................................25

2.1.1. Sơ đồ chân- Chức năng các chân..........................................................................25
Hình 2.1: Sơ đồ chân VĐK 8051....................................................................................25
Bảng 2.1: Chức năng của các chân trên port3...................................................................26
2.1.2. Sơ đồ khối:.............................................................................................................26
2.1.3. Tổ chức bộ nhớ........................................................................................................28
Hình 2.3: Tóm tắt các vùng bộ nhớ của / 8051.................................................................28
2.1.4. Các chế độ định địa chỉ...................................................................................28
2.1.5. Tập lệnh của 8051.................................................................................................29
2.1.6. Bộ định thời, bộ đếm (timer/ couter)...................................................................29
Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer......................................................29
Hình 2.4: Cấu tạo bộ định thời/ đếm............................................................................30
Hình 2.5 : Các bít của thanh ghi TCON.........................................................................30
Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON.......................................31

Hình 2.6: Các bit cuả thanh ghi TMOD...........................................................................31
Bảng 2.4: Các bit của thanh ghi TMOD............................................................................31
Bảng 2.5: Các chế độ của TMOD....................................................................................32
2.1.7. Ngắt........................................................................................................................32
Bảng 2.6: Các Vector ngắt...............................................................................................32
Hình 2.7: Tóm tắt thanh ghi IE.......................................................................................33
Hình 2.8: Tóm tắt thanh ghi IP.......................................................................................34

2.2. Khảo sát bộ chuyển đổi ADC( bộ chuyển đổi tơng tự số).................................34

2.2.1. Khái niệm chung...................................................................................................34
2.2.2. Các phơng pháp chuyển đổi.................................................................................34
2.2.3. Giới thiệu ADC 0809:............................................................................................35
Hình 2.9: Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp.................35
Hình 2.10: Sơ đồ chân của IC ADC 0809.....................................................................36
Bảng 2.7: Bảng trạng thái của ADC 0809:........................................................................37
...........................................................................................................................................38
Hình 2.11: Biểu đồ thời gian của ADC 0809.................................................................38
Hình 2.12: Thuật toán truy xuất ADC.............................................................................39

2.3. Mạch khuếch đại DC.............................................................................................39

Hình 2.13: Mạch KĐ không đảo......................................................................................40

Chơng 3:Vi điều khiển Giao tiếp với máy tính.........................................................41
3.1 Truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển.......................................................41
3.2 Các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền thông nối tiếp............................................42

Việc thiết lập các thông số truyền nối tiếp đợc thực hiện bằng cách thay đổi các giá
trị trong thanh ghi phục vụ truyền nối tiếp....................................................................43

3.2.1 Chuẩn RS232..........................................................................................................43
Hình 3.1: Đầu nối DB - 25 của RS232.............................................................................43
Hình 3.2: Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232..................................................................44


-7Bảng 3.1: Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC..............44
3.2.2. Chuẩn RS-449 và RS- 423A..................................................................................44
3.2.3. Chuẩn RS-422A.....................................................................................................45
3.2.4. Chuẩn RS-485........................................................................................................45

3.3. Bộ điều khiển đờng truyền MAX232....................................................................46

Hình 3.3: a) Sơ đồ bên trong của MAX232.....................................................................46
b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 8051 theo moden không.......................................46

3.4. Các cổng COM của IBM PC và tơng thích............................................................46
3.5. Các thanh ghi điều khiển thuyền thông nối tiếp....................................................47

3.5.1 Bộ đệm dữ liệu nối tiếp(SBUF)..........................................................................47
3.5.2. Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON.................................................................47
Hình 3.4: Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp SCON.................................................47
Bảng 3.2: Các chế độ đóng khung dữ liệu:....................................................................48

3.6. Ngôn ngữ lập trình Visual Basic............................................................................49

3.6.1. Giới thiệu...............................................................................................................49
3.6.2. Truyền thông nối tiếp dùng VB 6.0......................................................................49
Hình3..5: Cách chọn thêm thành phần microsoft comm control ở Visual Basic 6.0.......50
Hình3.6: Thành phần Mscomm trong hộp công cụ (toolbox)........................................50
Bảng 3.3: Bảng các đặc tính của điều khiển MSComm............................................51

Dim instring as string................................................................................................52
Mscomm1.comport =1...............................................................................................52
Mscomm1.setting = 9600 ,N,8,1...........................................................................52
Mscomm1.portopen = true........................................................................................52
Doevents...................................................................................................................... 52
Mscomm1.portopen = false.......................................................................................52
End sub....................................................................................................................... 52
Setting Prorety :.........................................................................................................52

Bảng 3.4 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ..................................................................53

Thông số tốc độ baud...................................................................................................53

Bảng 3.5 Bảng mô tả các giá chẵn lẻ hợp lệ:....................................................................53
End Sub.............................................................................................................................55

Chơng 4: Thiết kế và thi công...................................................................................56
4.1. Nhiệm vụ............................................................................................................... 56
4.2.Sơ đồ khối và chức năng từng khối.........................................................................57

4.2.1. Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ:..............................................................................57
Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ........................................................................57
4.2.2. Chức năng từng khối:..............................................................................................57

4.3.Thiết kế và tính chọn từng khối..............................................................................57

4.3.1. Khối cảm biến: Sử dụng 2 loại cảm biến thông dụng:...........................................57
4.3.2. Khối khuếch đại.....................................................................................................58
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch KĐ kênh 2.....................................................................60

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý mạch bù nhiệt độ cho cặp nhiệt khi nhiệt độ đầu tự do
thay đổi............................................................................................................................62
4.3.3. Bộ ADC...................................................................................................................62
4.3.4. Khối vi điều khiển................................................................................................63
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý khối dao động......................................................................63
4.3.5. Khối giao tiếp........................................................................................................63
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với máy tính.................................................64
4.3.6. Khối hiển thị (máy tính):....................................................................................64


-8Hình 4.8: Cửa sổ giao diện của mạch đo nhiệt độ.......................................................64
4.3.7. Khối nguồn..............................................................................................................64
Hình 4.9: Các khối nguồn đợc sử dụng trong hệ thống...................................................65

4.4 .Lu đồ thuật toán và chơng trình............................................................................66

4.4.1. Lu đồ thuật toán:....................................................................................................66
4.4.2. Chơng trình điều khiển đo nhiệt độ dùng VĐK 8051 hiển thị trên máy tính:70
4.4.3. Mạch đo nhiệt độ: Phụ lục3..................................................................................70

4.5. Thi công................................................................................................................70

4.5.1.Sơ đồ mạch in mặt trớc...........................................................................................70
4.5.2. Sơ đồ mạch in mặt sau:.........................................................................................71

C- KếT LUậN.............................................................................................................73
TàI LIệU THAM KHảO............................................................................................75

Danh mục bảng
Lời cam đoan................................................................................................................ 1

Mục Lục........................................................................................................................ 2
Danh mục hình vẽ........................................................................................................5
Danh mục bảng............................................................................................................8
A- Phần mở đầu.........................................................................................................12


-91. Đặt vấn đề................................................................................................................12
2. Giới thiệu đề tài........................................................................................................12
3. Mục đích nghiên cứu đề tài......................................................................................12
B- nội dung.................................................................................................................13
Chơng 1: Cảm biến đo nhiệt độ................................................................................13
1.1. Hệ thống đo lờng...................................................................................................13
1.1.1.Khái niệm................................................................................................................13
1.1.2. Dụng cụ đo lờng.....................................................................................................14
1.1.3. Phân loại dụng cụ đo.............................................................................................14

1.2. Đo lờng cảm biến..................................................................................................14

1.2.1. Khái niệm...............................................................................................................14
1.2.2. Phân loại cảm biến................................................................................................15
1.2.3. Các thông số cơ bản của cảm biến.........................................................................15

1.3. Các phơng pháp đo nhiệt độ..................................................................................15

1.3.1. Cơ sở chung và phân loại các phơng pháp đo nhiệt độ.......................................15
Bảng 1.1:Các thang đo nhiệt độ:....................................................................................16
1.3.2. Các phơng pháp đo tiếp xúc:.................................................................................16
...........................................................................................................................................17
Hình1.1: Cấu tạo nhiệt điện trở công nghiệp dùng điện trở Pt( Pt 100):....................17
Bảng 1.2: Sự thay đối giá trị điện trở của cảm biến Platin theo nhiệt độ:..................17

Hình 1.2: Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt....................................................................20
Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật của một số loại cặp nhiệt thông dụng:............................20
Hình 1.3: Sơ đồ mạch nguyên lý của IC bán dẫn đo nhiệt độ.......................................21
Hình1.4 : Mạch đo cơ bản dùng IC bán dẫn AD590 đo nhiệt độ.................................22
1.3.3. Đo nhiệt độ bằng phơng pháp không tiếp xúc:....................................................22
Hình 1.5: Đờng cong với các nhiệt độ khác nhau.............................................................23

Chơng 2: Khảo sát IC vi xử lý,..................................................................................23
Bộ chuyển đổi ADC và mạch khuếch đại dc............................................................23
2.1- Khảo sát IC vi xử lý 8051.....................................................................................25

2.1.1. Sơ đồ chân- Chức năng các chân..........................................................................25
Hình 2.1: Sơ đồ chân VĐK 8051....................................................................................25
Bảng 2.1: Chức năng của các chân trên port3...................................................................26
2.1.2. Sơ đồ khối:.............................................................................................................26
2.1.3. Tổ chức bộ nhớ........................................................................................................28
Hình 2.3: Tóm tắt các vùng bộ nhớ của / 8051.................................................................28
2.1.4. Các chế độ định địa chỉ...................................................................................28
2.1.5. Tập lệnh của 8051.................................................................................................29
2.1.6. Bộ định thời, bộ đếm (timer/ couter)...................................................................29
Bảng 2.2: Thanh ghi chức năng đặc biệt dùng timer......................................................29
Hình 2.4: Cấu tạo bộ định thời/ đếm............................................................................30
Hình 2.5 : Các bít của thanh ghi TCON.........................................................................30
Bảng 2.3: Các bít của thanh ghi điều khiển trạng thái TCON.......................................31
Hình 2.6: Các bit cuả thanh ghi TMOD...........................................................................31
Bảng 2.4: Các bit của thanh ghi TMOD............................................................................31
Bảng 2.5: Các chế độ của TMOD....................................................................................32
2.1.7. Ngắt........................................................................................................................32
Bảng 2.6: Các Vector ngắt...............................................................................................32
Hình 2.7: Tóm tắt thanh ghi IE.......................................................................................33

Hình 2.8: Tóm tắt thanh ghi IP.......................................................................................34

2.2. Khảo sát bộ chuyển đổi ADC( bộ chuyển đổi tơng tự số).................................34


-102.2.1. Khái niệm chung...................................................................................................34
2.2.2. Các phơng pháp chuyển đổi.................................................................................34
2.2.3. Giới thiệu ADC 0809:............................................................................................35
Hình 2.9: Sơ đồ khối chuyển đổi ADC dùng phơng pháp xấp xỉ liên tiếp.................35
Hình 2.10: Sơ đồ chân của IC ADC 0809.....................................................................36
Bảng 2.7: Bảng trạng thái của ADC 0809:........................................................................37
...........................................................................................................................................38
Hình 2.11: Biểu đồ thời gian của ADC 0809.................................................................38
Hình 2.12: Thuật toán truy xuất ADC.............................................................................39

2.3. Mạch khuếch đại DC.............................................................................................39

Hình 2.13: Mạch KĐ không đảo......................................................................................40

Chơng 3:Vi điều khiển Giao tiếp với máy tính.........................................................41
3.1 Truyền dữ liệu giữa máy tính và vi điều khiển.......................................................41
3.2 Các chuẩn giao tiếp dùng trong truyền thông nối tiếp............................................42

Việc thiết lập các thông số truyền nối tiếp đợc thực hiện bằng cách thay đổi các giá
trị trong thanh ghi phục vụ truyền nối tiếp....................................................................43
3.2.1 Chuẩn RS232..........................................................................................................43
Hình 3.1: Đầu nối DB - 25 của RS232.............................................................................43
Hình 3.2: Sơ đồ đầu nối DB - 9 của RS232..................................................................44
Bảng 3.1: Các tín hiệu của các chân đầu nối DB - 9 trên máy tính IBM PC..............44
3.2.2. Chuẩn RS-449 và RS- 423A..................................................................................44

3.2.3. Chuẩn RS-422A.....................................................................................................45
3.2.4. Chuẩn RS-485........................................................................................................45

3.3. Bộ điều khiển đờng truyền MAX232....................................................................46

Hình 3.3: a) Sơ đồ bên trong của MAX232.....................................................................46
b) Sơ đồ nối ghép của MAX232 với 8051 theo moden không.......................................46

3.4. Các cổng COM của IBM PC và tơng thích............................................................46
3.5. Các thanh ghi điều khiển thuyền thông nối tiếp....................................................47

3.5.1 Bộ đệm dữ liệu nối tiếp(SBUF)..........................................................................47
3.5.2. Thanh ghi điều khiển nối tiếp SCON.................................................................47
Hình 3.4: Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp SCON.................................................47
Bảng 3.2: Các chế độ đóng khung dữ liệu:....................................................................48

3.6. Ngôn ngữ lập trình Visual Basic............................................................................49

3.6.1. Giới thiệu...............................................................................................................49
3.6.2. Truyền thông nối tiếp dùng VB 6.0......................................................................49
Hình3..5: Cách chọn thêm thành phần microsoft comm control ở Visual Basic 6.0.......50
Hình3.6: Thành phần Mscomm trong hộp công cụ (toolbox)........................................50
Bảng 3.3: Bảng các đặc tính của điều khiển MSComm............................................51

Dim instring as string................................................................................................52
Mscomm1.comport =1...............................................................................................52
Mscomm1.setting = 9600 ,N,8,1...........................................................................52
Mscomm1.portopen = true........................................................................................52
Doevents...................................................................................................................... 52
Mscomm1.portopen = false.......................................................................................52

End sub....................................................................................................................... 52
Setting Prorety :.........................................................................................................52

Bảng 3.4 Bảng liệt kê các giá trị baud hợp lệ..................................................................53

Thông số tốc độ baud...................................................................................................53

Bảng 3.5 Bảng mô tả các giá chẵn lẻ hợp lệ:....................................................................53


-11End Sub.............................................................................................................................55

Chơng 4: Thiết kế và thi công...................................................................................56
4.1. Nhiệm vụ............................................................................................................... 56
4.2.Sơ đồ khối và chức năng từng khối.........................................................................57

4.2.1. Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ:..............................................................................57
Hình 4.1: Sơ đồ khối mạch đo nhiệt độ........................................................................57
4.2.2. Chức năng từng khối:..............................................................................................57

4.3.Thiết kế và tính chọn từng khối..............................................................................57

4.3.1. Khối cảm biến: Sử dụng 2 loại cảm biến thông dụng:...........................................57
4.3.2. Khối khuếch đại.....................................................................................................58
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch KĐ kênh 2.....................................................................60
Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý mạch bù nhiệt độ cho cặp nhiệt khi nhiệt độ đầu tự do
thay đổi............................................................................................................................62
4.3.3. Bộ ADC...................................................................................................................62
4.3.4. Khối vi điều khiển................................................................................................63
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý khối dao động......................................................................63

4.3.5. Khối giao tiếp........................................................................................................63
Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp với máy tính.................................................64
4.3.6. Khối hiển thị (máy tính):....................................................................................64
Hình 4.8: Cửa sổ giao diện của mạch đo nhiệt độ.......................................................64
4.3.7. Khối nguồn..............................................................................................................64
Hình 4.9: Các khối nguồn đợc sử dụng trong hệ thống...................................................65

4.4 .Lu đồ thuật toán và chơng trình............................................................................66

4.4.1. Lu đồ thuật toán:....................................................................................................66
4.4.2. Chơng trình điều khiển đo nhiệt độ dùng VĐK 8051 hiển thị trên máy tính:70
4.4.3. Mạch đo nhiệt độ: Phụ lục3..................................................................................70

4.5. Thi công................................................................................................................70

4.5.1.Sơ đồ mạch in mặt trớc...........................................................................................70
4.5.2. Sơ đồ mạch in mặt sau:.........................................................................................71

C- KếT LUậN.............................................................................................................73
TàI LIệU THAM KHảO............................................................................................75


-12-

A- Phần mở đầu
1. Đặt vấn đề
Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp vi điện tử, k thuật số các hệ thống
điều khiển dần dần đợc tự động hóa. Với những k thuật tiên tiến nh vi xử lí, vi mạch
số đợc ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với
tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác đợc thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động

với các lệnh chơng trình đã đợc thiết lập trớc.
Trong quá trình sản xuất ở các nhà máy, xí nghiệp hiện nay, việc đo và khống chế
nhiệt độ tự động là một yêu cầu hết sức cần thiết và quan trọng. Vì nếu nắm bắt đợc
nhiệt độ làm việc của các hệ thống, dây chuyền sản xuất giúp ta biết đợc tình trạng làm
việc của các yêu cầu. Từ đó có những xử lý kịp thời tránh đợc những h hỏng và sự cố
có thể xảy ra.
Để đáp ứng đợc yêu cầu đo nhiệt độ thì có nhiều phơng pháp để thực hiện, nghiên
cứu khảo sát vi điều khiển 8051 và cảm biến nhiệt em nhận thấy rằng: ứng dụng vi
điều khiển 8051 và truyền thông nối tiếp với máy tính để hiển thị giá trị nhiệt độ vào
việc đo và khống chế nhiệt độ tự động là phơng pháp tối u nhất. Đồng thời đợc sự đồng
ý của khoa Điện - Điện tử Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Nam Định, em tiến hành
thực hiện đề tài Nghiên cứu thiết kế mạch đo nhiệt độ giao tiếp máy tính.
2. Giới thiệu đề tài
- Nhiệm vụ của đề tài:
+ Nghiên cứu các phơng pháp đo nhiệt độ.
+ Nghiên cứu một số chuẩn giao tiếp máy tính.
+ Nghiên cứu truyền thông nối tiếp giữa vi điều khiển 8051 và PC.
+ Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình Visual Basic(VB).
- Kết quả dự kiến:
+ Xây dựng mạch đo nhiệt tơng thích với một số cảm biến nhiệt thông
dụng.
+ Thiết kế giao diện đo nhiệt độ bằng máy tính trên cơ sở Visual Basic.
3. Mục đích nghiên cứu đề tài
- Mục đích trớc hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chơng trình môn học để
đủ điều kiện ra trờng .
- Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là em muốn phát huy những thành quả
ứng dụng của vi điều khiển nhằm tạo ra những sản phẩm, những thiết bị tiên tiến hơn,
và đạt hiệu quả sản xuất cao hơn.

-13- Mặt khác đồ án này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên
khóa sau, giúp họ hiểu rõ hơn về những ứng dụng của vi điều khiển và giao tiếp với
máy tính.
- Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để em tự kiểm tra
lại những kiến thức đã đợc học ở trờng, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng giải
quyết một vấn đề theo yêu cầu đặt ra. Và đây cũng là dịp để em tự khẳng định mình trớc khi ra trờng để tham gia vào các hoạt động sản xuất của xã hội.

B- nội dung
Chơng 1: Cảm biến đo nhiệt độ
1.1. Hệ thống đo lờng.
1.1.1.Khái niệm.
Để thực hiện phép đo của một đại lợng nào đó tuỳ thuộc vào đặc tính của đại lợng
cần đo, điều kiện đo, cũng nh độ chính xác theo yêu cầu của một phép đo mà ta có thể
thực hiện đo bằng nhiều cách khác nhau trên cơ sở của các hệ thống đo lờng khác
nhau.
Đo lờng là một quá trình đánh giá định lợng về đại lợng cần đo để có đợc kết quả
bằng số so với đơn vị đo.


-14Kết quả đo đợc biểu diễn dới dạng:
A=
Trong đó:

X
và ta có: X=A.X0
X0

(1-1)

X: là đại lợng đo

X0: là đơn vị đo
A: con số kết quả đo

1.1.2. Dụng cụ đo lờng
Dụng cụ đo là thiết bị để gia công các thông tin đo lờng và thể hiện kết quả đo dới
dạng con số hoặc đồng hồ, chỉ thị.
Sơ đồ cấu trúc chung của dụng cụ đo tổng quát:
Chuyển đổi

Mạch đo

Chỉ thị

- Khối chuyển đổi: Làm nhiệm vụ nhận trực tiếp các đại lợng vật lí đặc trng cho
đối tợng cần đo thành các đại lợng vật lí thống nhất( dòng điện hay điện áp) để thuận
lợi cho việc tính toán.
- Mạch đo: có nhiệm vụ tính toán biến đổi tín hiệu nhận đợc từ bộ chuyển đổi sao
cho phù hợp với yêu cầu thể hiện kết quả đo của bộ chỉ thị. Mạch đo thờng là các
mạch điện, điện tử, các bộ vi xử lí để nâng cao đặc tính của dụng cụ đo
- Khối chỉ thị: làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện nhân đợc từ mạch đo để thể
hiện kết quả đo
1.1.3. Phân loại dụng cụ đo.
a) Theo cách biến đổi:
- Dụng cụ đo biến đổi thẳng
- Dụng cụ đo kiểu biến đổi bù
b) Theo phơng pháp so sánh.
- Dụng cụ đo đánh giá trực tiếp
- Dụng cụ đo kiểu so sánh
c) Theo phơng pháp đa ra thông tin đo.
- Dụng cụ đo tơng tự

- Dụng cụ đo chỉ thị số
d) Theo đại lợng đo: Các dụng cụ đo đợc mang tên đại lợng đo nh : Vônmét,
Ampemét, oátmét.
1.2. Đo lờng cảm biến
1.2.1. Khái niệm
- Cảm biến là các phần tử nhạy cảm dùng để biến đổi các đại lợng đo lờng, kiểm
tra hay điều khiển từ dạng này sang dạng khác thuận tiện hơn cho việc tác động của


-15các phần tử khác. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lợng cần đo m không
có tính chất điện và cho một đặc trng mang bản chất điện( điện tích, điện áp, dòng
điện, trở kháng), ký hiệu là s.
Phơng trình đợc mô tả dới dạng hàm số:
S = f(m)
(1-2)
Quan hệ trên thờng rất phức tạp do nhiều yếu tố ảnh hởng tới quan hệ giữa đầu ra
và đầu vào của cảm biến.
- Cảm biến thờng dùng ở khâu đo lờng và kiểm tra. Các loại cảm biến đợc sử
dụng rộng rãi trong tự động hoá các quá trình sản xuất và điều khiển tự động các hệ
thống khác nhau. Chúng có chức năng biến đổi sự thay đổi liên tục các đại lợng đầu
vào (đại lợng đo lờng- kiểm tra, là các đại lợng không điện nào đó) thành sự thay đổi
của các đại lợng đầu ra là đại lợng điện nh điện trở, điện dung, điện kháng, dòng điện,
tần số, góc pha.
1.2.2. Phân loại cảm biến.
Với mục đích nghiên cứu và ứng dụng có thể phân loại cảm biến theo các phơng
pháp sau:
- Phân loại theo đại lợng vào ra.
- Phân loại theo tính chất vật lí.
- Phân loại theo tính chất nguồn điện.
- Phân loại theo phơng pháp đo.

1.2.3. Các thông số cơ bản của cảm biến.
- Độ nhạy của cảm biến
-

Độ tuyến tính
Sai số và độ chính xác
Độ nhanh và thời gian hồi đáp
Giới hạn sử dụng của cảm biến

1.3. Các phơng pháp đo nhiệt độ
1.3.1. Cơ sở chung và phân loại các phơng pháp đo nhiệt độ.
Nhiệt độ là một trong những thông số quan trọng nhất ảnh hởng đến đặc tính của
vật chất nên trong các quá trình kỹ thuật cũng nh trong đời sống hằng ngày rất hay gặp
yêu cầu đo nhiệt độ. Ngày nay, hầu hết các quá trình sản xuất công nghiệp, các nhà
máy đều có yêu cầu đo nhiệt độ. Tuỳ theo dải nhiệt độ đo có thể dùng các phơng pháp
khác nhau, thờng phân loại các phơng pháp dựa vào dải nhiệt độ cần đo.Thông thờng
nhiệt độ cần đo đợc chia thành 3 dải: dải nhiệt độ thấp, nhiệt độ trung bình và nhiệt độ
cao.
- ở nhiệt độ trung bình và thấp, phơng pháp đo thờng là phơng pháp tiếp xúc,
nghĩa là các chuyển đổi đợc đặt trực tiếp ở ngay môi trờng cần đo.


-16- Đối với nhiệt độ cao: đo bằng phơng pháp không tiếp xúc, dụng cụ đặt ở ngoài
môi trờng đo.

Bảng 1.1:Các thang đo nhiệt độ:
Tên thang đo
Ký hiệu
Nhiệt độ bách phân( celsius) t
Nhiệt độ nhiệt động tuyệt T

đối ( Kelvin)

Đơn vị
0
C
0
K

Nhiệt độ Fahrenheit

0

f

F

Quan hệ
1
T = t + 273,15

f =

9
t + 32 = 1,8t + 32
5

= 1,8T 459,67

1.3.2. Các phơng pháp đo tiếp xúc:
Phơng pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thờng đợc sử dụng là các nhiệt kế tiếp

xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc, gồm:
- Nhiệt kế nhiệt điện trở
- Nhiệt kế nhiệt ngẫu (cặp nhiệt)
Ngoài ra dối với các ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ từ -55 0C ữ 2000C hiện nay
ngời ta thơng ứng dụng các IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt của các điốt,
tranzito để đo nhiệt độ.
1.3.2.1. Nhiệt kế nhiệt điện trở.
Nhiệt kế nhiệt điện trở RTD (Resistanr Temperature Detector) có thể tạo thành
từ dây platin, đồng, niken, bán dẫn... quấn trên một lõi cách điện đặt trong vỏ kim loại
có đầu nối ra ngoài. Để giảm tổn hao do nhiệt dẫn, chiều dài của dây cần lớn hơn đờng
kính dây gấp nhiều lần (lớn hơn 200 lần). Điện trở của dây từ vài chục ôm đến vài
nghìn ôm, vật liệu chế tạo cần có hệ số nhiệt độ () lớn, bền hoá học với tác dụng của
môi trờng, có điện trở suất lớn và chịu đợc nhiệt độ cao. Cảm biến nhiệt điện trở hoạt
động dựa trên nguyên tắc điện trở R của đa số kim loại thay đổi theo nhiệt độ T. Khi
nhiệt độ tăng, giá trị điện trở tăng.
Cảm biến PT 100 là loại RTD, trong đó sử dụng điện trở thuần của đoạn dây
platin cuốn theo dạng cuộn lò xo đặt ở vị trí đầu của cảm biến.


-17-

Hình1.1: Cấu tạo nhiệt điện trở
công nghiệp dùng điện trở Pt( Pt
100):
1-Dây nhiệt điện trở

3-ổ đỡ
2-ống thép bảo
vệ
4-Hộp

đầu ra

Trong bảng sau giới thiệu sự thay đổi giá trị điện trở của cảm biến Platin theo
nhiệt độ
Bảng 1.2: Sự thay đối giá trị điện trở của cảm biến Platin theo nhiệt độ:
NHIET ẹO (oC)
0
25
50
75
100

ẹIEN TRễ ()
100.0
109.9
119.8
129.6
139.3

Sự phụ thuộc của giá trị điện trở R vào nhiệt độ T đợc mô tả bởi biểu thức:
R = R0 (1 + a1T + a2T2)

(1-3)

Trong đó :
R0: giá trị điện trở R ở 00C
a1 : hằng số = 0.00399
a2 : hằng số = -6 x 10-7
T : nhiệt độ.
Với giá trị a2 nhỏ, có thể bỏ qua thành phần phụ thuộc bậc 2 của T và có thể xem

điện trở R phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ T:
R = R0. (1+a1T)
(1-4)
Ưu điểm của cảm biến RTD là khoảng nhiệt độ đo rộng (- 240 0C đến 6490C), có
độ chính xác cao, độ phi tuyến nhỏ và tính đồng nhất của các cảm biến cùng loại cao.


-18Khi cấp dòng I cho cảm biến, nhận đợc thể ra cảm biến U=I.R. Với giá trị điện
trở R thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ, điện thế lối ra cảm biến cũng là đại lợng phụ
thuộc tuyến tính theo nhiệt độ. Sơ đồ với RTD đòi hỏi dòng I cung cấp phải rất ổn định.
1.3.2.2. Nhiệt kế cặp nhiệt.
a) Nguyên tắc cấu tạo chung: dựa trên các hiệu ứng nhiệt điện.
*) Hiệu ứng Peltier.
Tại mối nối của 2 dây dẫn A và B khác nhau nhng có cùng nhiệt độ T( hình vẽ) sẽ
hình thành một hiệu điện thế chỉ phụ thuộc vào loại dây dẫn và nhiệt độ dây dẫn:
Vm = Vn = PAT/ B

(1-5)

A
(T)

M

B
(T)

N

PAT/ B

Đó chính là suất điện động cảm ứng Peltier:
Định luật Volta: trong một mạch kín đẳng nhiệt đợc cấu tạo bởi những dây dẫn
khác nhau, sức điện động Peltier tổng cộng bằng 0. Trong mạch đợc cấu tạo bởi những
vật liệu A, B, C, D ( hình bên):
C
PAT/ B + PBT/ C + PCT/ D + PDT / A = 0

Ta có:
.
(1-6)
A
*) Hiệu ứng Thomson.
Giữa 2 điểm M, N có nhiệt độ khác nhau, ở bên trong một thanh dẫn đồng nhất
A( hình) sẽ hình thành một sức điện động chỉ tuỳ thuộc vào dây dẫn và những nhiệt độ

E

TM, TN:

TM TN
A

TM

= hA dT1

A
1

(1-7)

T

M
(TM)

A

N
(TN)

E ATM TN
Đó là sức điện động Thomson, h A là hệ số Thomson của dây dẫn A, là một hàm
của nhiệt độ.


-19Định luật Magnus: nếu hai đầu dây của một mạch điện đợc cấu tạo bởi một dây
dẫn duy nhất và đồng nhất, đồng thời có cùng nhiệt độ thì sức điện động Thomson
bằng 0.
*) Hiệu ứng Seebeck
Nếu trong một mạch điện kín, đợc cấu tạo bởi
hai dây dẫn A và B mà hai mối nối của chúng có nhiệt
độ T1, T2. Nó hình thành một cặp nhiệt điện( hình vẽ):
Cặp nhiệt điện sẽ tạo ra một sức điện động gọi là Seebeck E TA /TB đó là kết quả của
2 1

c

hiệu ứng Thomson và hiệu ứng Peltier.

A

T2

Thật vậy: - sức điện động giữa a và b: eab = h A dT

B

T1

- sức điện động giữa b và c: ebc = PAT/ B
2

T1

- sức điện động giữa c và d: ecd = hB dT

a

d

T
h
a
n
h
g
h
i

T2

đ
i
ề
Sức điện động tổng cộng là tổng là tổng các suất điện động kể trên vàuchính là sức
điện động Seebeck:
k
h
T2
i
(1-8)
E AT2/TB1 = PAT2/ B PAT1/ B + (h A hB )dT
ể
n
T1
- sức điện động giữa d và a: eda = PBT/ A
2

Để thuận tiện ta chọn T1 chẳng hạn có giá trị chuẩn biết trớc (00C), sức điện động
của cặp nhiệt chỉ phụ thuộc vào T2.
b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Phơng pháp đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt là một trong những phơng pháp phổ biến
và thuận lợi nhất.
- Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt nh sau:


-20-

Hình 1.2: Cấu tạo của nhiệt kế cặp nhiệt

Nhiệt kế cặp nhiệt gồm hai dây kim loại hàn với nhau ở điểm 1 và luồn vào ống 2
để có thể đo đợc nhiệt độ cao. Với nhiệt độ thấp hơn, vỏ nhiệt kế có thể làm bằng thép
không gỉ. Để cách điện giữa hai dây, một trong hai dây đợc lồng vào ống sứ nhỏ 3. Nếu
vỏ làm bằng kim loại thì cả hai dây đều đặt vào ống sứ.
- Nguyên lý hoạt động: Nguyên tắc hoạt động của cặp nhiệt điện dựa trên hiệu
ứng khuếch tán các điện tử khi có tiếp xúc hai kim loại khác nhau. Sự khuếch tán này
hình thành hiệu điện thế tiếp xúc E, phụ thuộc bản chất của hai kim loại và nhiệt độ
chỗ tiếp xúc.
Tất cả các kim loại khác nhau đều thoả hiệu ứng này. Khi có sự thay đổi nhiệt độ
nhỏ điện áp Seebeck tuyến tính tơng ứng với nhiệt độ:
e AB = T

(1-9)

: hệ số Seebeck, là hằng số tơng ứng.

Nh vậy bằng cách đo sức điện động ta có thể tìm đợc nhiệt độ của đối tợng.
c) Lựa chọn cặp nhiệt.
Suất điện động của cặp nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ cần đo (t 1) và nhiệt độ so
sánh ( t0)
E = s( t1 t0)
(mV)
(1-10)
Với s là độ nhạy đặc trng cho mỗi loại cặp nhiệt, đơn vị: mV/0C
Khi chọn cặp nhiệt nên quan tâm cả về loại cặp nhiệt, cách điện và cấu trúc đầu
dò của chúng. Tất cả những điều đó sẽ ảnh hởng đến khoảng nhiệt độ đo đợc, độ tin
cậy và chính xác của giá trị đọc.
Do vậy cần phải nắm rõ đặc tính của các loại cặp nhiệt định hớng cho việc lựa
chọn:
Bảng 1.3: Đặc tính kỹ thuật của một số loại cặp nhiệt thông dụng:

Dải nhiệt
độ( 0C)
Chromel/Constantan -270 ữ 870

Loại Cặp nhiệt
E

Sức điện động
( mV)
-9,835 ữ 66,473

Độ chính xác
(00C ữ 4000C) 30C


-21-

J

= 3,25 mm

Sắt/Constantan
= 3,25 mm

K

Chromel/Alumel
= 3,25 mm

T

Đồng/Constantan

-210 ữ 800
-270 ữ
1250
-270 ữ 370

-8,096 ữ 45,498

(4000C ữ 12500C) 0,75%
(00C ữ 4000C) 30C

-5,354 ữ 50,633

(4000C ữ 8000C) 0,75%
(00C ữ 4000C) 30C

-6,258 ữ 19,027

(4000C ữ 12500C) 0,75%
(-1000C ữ 400C) 2%

= 1,63 mm

(-400C ữ 1000C) 0,8%
(1000C ữ 3500C) 0,75%

Việc sử dụng cặp nhiệt có nhiều lợi thế. Kích thớc cặp nhiệt nhỏ nên có thể đo
nhiệt độ ở từng điểm của đối tợng nghiên cứu và tăng tốc độ đáp ứng ( do điện dung

nhỏ ). Một u điểm quan trọng nữa là cặp nhiệt cung cấp suất điện động nên khi đo
không cần có dòng điện chạy qua và do vậy không có hiệu ứng đốt nóng.
1.3.2.3. Đo nhiệt độ dùng cảm biến vi mạch bán dẫn.
a) Nguyên lý hoạt động: Các linh kiện điện tử bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ, do đó
có thể sử dụng một số linh kiện bán dẫn nh điốt hoặc tranzito nối theo kiểu điôt (nối
bazơ với colectơ), khi đó điện áp giữa 2 cực U là hàm của nhiệt độ. Để tăng độ tuyến
tính, độ ổn định và khả năng thay thế ngời ta mắc theo sơ đồ sau:

T2

T1

Ud

Ura

I2

I1

_U

cc

Hình 1.3: Sơ đồ mạch nguyên lý của IC bán dẫn đo nhiệt độ.
Khi nhiệt độ thay đổi ta có:
U d = E BE1 = E BE 2 =

K .T I c1
ln

q
I c2





(1-11)
Với Ic1/Ic2 = const thì Ud tỷ lệ với nhiệt độ T mà không cần đến nguồn ổn định.
Hiện nay các cảm biến đo nhiệt độ sử dung điốt hoặc tranzito đã đợc tích hợp
thành các IC bán dẫn đo nhiệt độ. Các cảm biến này cho đầu ra là điện áp hoặc dòng
điện tỷ lệ với nhiệt độ cần đo với độ tuyến tính cao, sử dụng đơn giản.
b) đặc điểm:


-22- Độ nhạy của các loại IC bán dẫn đo nhiệt độ thờng có giá trị từ-2,5mV/0C và
không cố định mà thờng thay đổi theo nhiệt độ.
- Ưu điểm: độ tuyến tính cao, sử dụng đơn giản và có độ nhạy cao.
- Nhợc điểm: giới hạn phạm vi sử dụng chỉ trong khoảng -50 0C đến 1500C, do giới
hạn chịu nhiệt của các phần tử bán dẫn.
c) Mạch đo: Dới đây là ví dụ mạch đo cơ bản sử dụng IC bán dẫn AD590 đo nhiệt độ:
- Mạch đo cơ bản:

Hình1.4 : Mạch đo cơ bản dùng IC bán dẫn AD590 đo nhiệt độ
d). Giới thiệu IC cảm biến LM335
Moọt soỏ tớnh chaỏt cụ baỷn cuỷa LM335:
-

Độ biến thiên điện áp theo nhiệt độ( độ nhạy):
s = 10mV/10K

-

Dải nhiệt độ làm việc: - 400C đến 1500C

-

Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy,
ở nhiệt
độ 250C nó có sai số không quá 1%( ở nhiệt độ > 100 0C,
sai số
0
0
cực đại là 1,5% ), trong dải đo từ 0 C 100 C, tín hiệu
ngõ ra
có độ tuyến tính cao.
Thông số kỹ thuật:
+ Tiêu tán công suất thấp
+ Độ chính xác : khi làm việc ở 25 0C với dòng làm việc 1mA thì điện áp ngõ ra
Umin = 2,92V, Umax = 3,04V
+ Dòng làm việc từ 450à A- 5mA
LM335 là linh kiện tạo dòng chuẩn điều chỉnh đợc
1.3.3. Đo nhiệt độ bằng phơng pháp không tiếp xúc:

Phơng pháp hoả quang kế.
Đây là phơng pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp
thụ năng lợng theo mọi hớng với khả năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt của mọi vật thể có


-23thể đặc trng bằng một mật độ phổ E nghĩa là số năng lợng bức xạ trong một đơn vị

thời gian với một đơn vị điện tích của vật và xảy ra trên một đơn vị độ dài sóng.
Quan hệ giữa mật độ phổ bức xạ của vật đen tuyệt đối với nhiệt độ và độ dài sóng
đợc biểu diễn bằng công thức:
E0 = C15 .(e

Với:

C1, C2 là hằng số
T là nhiệt độ tuyệt đối



c2
T

1) 1

(1-12)

C2 = 1.432.10-2m.độ
C1 = 37,03.10-17 Jm2/s

là độ dài sóng

Đờng cong E0 = f ( ) với các nhiệt độ khác nhau biểu diễn trên hình:

E 0 = f ( ) với các nhiệt

Hình 1.5: Đờng cong
độ khác nhau

Tuỳ theo đại lợng vào ta gọi dụng cụ đo theo phơng pháp trên bằng tên gọi khác
nhau: hỏa kế quang học, hoả kế phát xạ.

Chơng 2: Khảo sát IC vi xử lý,
Bộ chuyển đổi ADC và mạch khuếch đại dc
Khi các cơ cấu đo hiển thị bằng máy tính thì đều phải thực hiện qua các bớc:
1. Lấy tín hiệu từ bộ cảm biến (là tín hiệu analog).


-242. Khuếch đại tín hiệu.
3. Chuyển đổi thành tín hiệu số (digital).
4. Đa vào bộ vi xử lý để gửi dữ liệu lên máy tính thông qua truyền thông nối
tiếp.
5. Hiển thị thông số ra màn hình máy tính.
Với công nghệ điện tử hiện nay, để thực hiện các bớc xử lý trớc khi gửi dữ liệu lên
máy tính để hiển thị ta đều sử dụng các IC hoặc tổ hợp các IC. Muốn rõ chức năng và
nhiệm vụ của các IC đó ta đi khảo sát từng loại có sử dụng trong đồ án này.


-252.1- Khảo sát IC vi xử lý 8051
2.1.1. Sơ đồ chân- Chức năng các chân.
a) Nhóm chân nguồn, dao dộng và điều khiển.
- VCC: chân 40, cung cấp điện áp nguồn +5V
cho chip.
- GND: chân 20, là chân nối đất.
- XTAL1 Và XTAL2: Bộ dao động thạch anh
ngoài
- RST: Ngõ vào RST trên chân 9 là ngõ reset của
8051.

- EA : Tín hiệu vào EA trên chân 31 thờng đợc
mắc lên mức cao (+5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở
mức cao, 8051 thi hành chơng trình từ ROM nội
trong khoảng địa chỉ thấp (4K). Nếu ở mức thấp, chơng trình chỉ đợc thi hành từ bộ nhớ mở rộng.
Hình 2.1: Sơ đồ chân VĐK 8051

U1
19
18

9

29
30
31

1
2
3
4
5
6
7
8

XTAL1
XTAL2

RST

PSEN
ALE
EA

P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7

P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD

P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD

39
38
37
36
35
34
33
32
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15

16
17

80C51

- PSEN : PSEN là tín hiệu ra trên chân 29. Nó là tín hiệu điều khiển để cho phép
bộ nhớ chơng trình mở rộng và thờng đợc nối đến chân OE (Output Enable) của một
EPROM để cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian lấy
lệnh. Các mã nhị phân của chơng trình đợc đọc từ EPROM qua bus và đợc chốt vào
thanh ghi lệnh của 8051 để giải mã lệnh. Khi thi hành chơng trình trong ROM nội
(8051) PSEN sẽ ở mức thụ động (mức cao).
- ALE: cho phép chốt địa chỉ. Tín hiệu ra ALE trên chân 30 để chốt địa chỉ vào
một thanh ghi bên ngoài trong nửa đầu của chu kỳ bộ nhớ. Sau đó, các đờng port 0
dùng để xuất hoặc nhập dữ liệu trong nửa sau chu kỳ của bộ nhớ.
Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể
đợc dùng là nguồn xung nhịp cho các hệ thống.
b) Nhóm chân cổng vào/ ra:
- Cổng P0( port 0): cổng P0 có 8 chân (từ chân 32 đến 39). Bình thờng đây là
cổng ra, để làm đầu vào thì đợc nối tới một điện trở kéo 10 k bên ngoài. Khi có các
điện trở nối tới cổng P0, để tạo thành cổng vào thì cần phải lập trình bằng cách ghi 1
tới tất cả các bit của cổng. Đối với các thiết kế từ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ), nó đợc
kết hợp kênh giữa các bus ).