Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát điều kiện làm việc của trạm kiểm soát vô tuyến điện điều khiển từ xa

LÊ NGỌC DU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG GIÁM
SÁT ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA TRẠM KIỂM SOÁT
TẦN SỐ VÔ TUYẾN ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

LÊ NGỌC DU

2006 - 2008
HÀ NỘI
2008

HÀ NỘI 2008


Mục lục
Lời nói đầu .........................Error! Bookmark not defined.
Tóm tắt luận văn ................Error! Bookmark not defined.
Mục lục...............................Error! Bookmark not defined.
Danh sách hình vẽ..............Error! Bookmark not defined.
Danh sách bảng biểu .........Error! Bookmark not defined.
Danh sách các từ viết tắt ...Error! Bookmark not defined.

Chương 0: Mở đầu ..........Error! Bookmark not defined.

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .....Error! Bookmark
not defined.
Chương 1: Các khái niệm cơ bản.. Error! Bookmark not
defined.
1.1 Các khái niệm cơ bản liên quan tới nhiệt độ. Error! Bookmark
not defined.
1.1.1 Nhiệt độ là gì?........................... Error! Bookmark not defined.
1.1.1.1 Định nghĩa nhiệt độ dựa vào định luật 0 nhiệt động lực học
.................................................................Error! Bookmark not defined.
1.1.1.2 Định nghĩa nhiệt độ dựa vào định luật 2 nhiệt động lực học
.................................................................Error! Bookmark not defined.

1.1.2 Thang nhiệt độ .......................... Error! Bookmark not defined.
1.1.2.1 Thang nhiệt độ nhiệt động tuyệt đối ......... Error! Bookmark not
defined.
1.1.2.2 Thang Celsius..............................Error! Bookmark not defined.
1.1.2.3 Thang Fahrenheit ........................Error! Bookmark not defined.

1.1.3 Vai trò và ý nghĩa của nhiệt độ trong đời sống ................. Error!
Bookmark not defined.

1.2 Các khái niệm cơ bản liên quan tới độ ẩm.... Error! Bookmark
not defined.
1.2.1 Độ ẩm là gì?.............................. Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Độ ẩm tuyệt đối ........................ Error! Bookmark not defined.
1.2.3 Độ ẩm tương đối ....................... Error! Bookmark not defined.
1.2.4 Độ chứa hơi .............................. Error! Bookmark not defined.
1.2.5 Độ ẩm riêng .............................. Error! Bookmark not defined.

1.2.6 Nhiệt độ điểm sương ................ Error! Bookmark not defined.
1.2.7 Vai trò của độ ẩm trong đời sống ............ Error! Bookmark not
defined.


1.3 Các khái niệm liên quan tới cháy và cảnh báo cháy ........ Error!
Bookmark not defined.
1.3.1 Định nghĩa cháy........................ Error! Bookmark not defined.
1.3.2 Phân loại đám cháy................... Error! Bookmark not defined.
1.3.3 Diễn biến và các thành phần của một đám cháy ............... Error!
Bookmark not defined.
1.3.4 Sự cháy – tác hại bên cạnh những yếu tố tích cực của nó. Error!
Bookmark not defined.
1.3.5 Định nghĩa và phân loại hệ thống cảnh báo cháy.............. Error!
Bookmark not defined.
1.3.6 Các yêu cầu đối với hệ thống cảnh báo cháy .Error! Bookmark
not defined.

1.4 Giao tiếp với máy tính qua cổng nối tiếp theo chuẩn RS232
....................................................... Error! Bookmark not defined.
1.4.1 Cấu trúc cổng nối tiếp............... Error! Bookmark not defined.
1.4.2 Truyền thông giữa hai nút ........ Error! Bookmark not defined.
1.4.3 Truy xuất trực tiếp thông qua cổng COM Error! Bookmark not
defined.
1.4.3.1 IIR (Interrupt Identification) ......Error! Bookmark not defined.
1.4.3.2 IER (Interrupt Enable Register).Error! Bookmark not defined.
1.4.3.3 MCR (Modem control register) ..Error! Bookmark not defined.
1.4.3.4 MSR (Modem Status Register)..Error! Bookmark not defined.
1.4.3.5 LSR (Line Status Register) ........Error! Bookmark not defined.
1.4.3.6 LCR (Line Control Register): ....Error! Bookmark not defined.

1.4.4 Truyền thông nối tiếp dùng ActiveX MSComm ............... Error!
Bookmark not defined.
1.4.4.1 Mô tả ...........................................Error! Bookmark not defined.
1.4.4.2 Các thuộc tính .............................Error! Bookmark not defined.
1.4.4.3 Settings: ......................................Error! Bookmark not defined.
1.4.4.4 Sự kiện OnComm .......................Error! Bookmark not defined.

1.5 Giao tiếp với máy tính qua cổng nối tiếp đa năng (USB)
....................................................... Error! Bookmark not defined.
1.5.1 Khái niệm USB......................... Error! Bookmark not defined.
1.5.2 Các mục tiêu hướng tới khi sử dụng USB......Error! Bookmark
not defined.
1.5.3 Mô tả hệ thống USB ................. Error! Bookmark not defined.
1.5.3.1 Kết nối USB ................................Error! Bookmark not defined.
1.5.3.2 Các thiết bị USB .........................Error! Bookmark not defined.
1.5.3.3 Máy chủ USB (USB Host)..........Error! Bookmark not defined.

1.5.4 Cáp USB ................................... Error! Bookmark not defined.


1.6 Truyền tin qua mạng thoại....... Error! Bookmark not defined.
1.6.1 Đặc tính chung của máy điện thoại cố định ...Error! Bookmark
not defined.
1.6.2 Hệ thống âm hiệu giữa tổng đài và thuê bao ..Error! Bookmark
not defined.
1.6.3 Các phương thức quay số ......... Error! Bookmark not defined.
1.6.4 Phương thức làm việc giữa tổng đài và các thuê bao ........ Error!
Bookmark not defined.

1.7 Các khái niệm cơ bản về đo lường điện tử ... Error! Bookmark
not defined.
1.7.1 Khái niệm đo lường .................. Error! Bookmark not defined.
1.7.2 Các phương pháp đo lường cơ bản.......... Error! Bookmark not
defined.
1.7.2.1 Các phương pháp đo ...................Error! Bookmark not defined.

1.7.3 Nguyên nhân và phân loại sai số trong đo lường .............. Error!
Bookmark not defined.
1.7.3.1 Nguyên nhân gây sai số ..............Error! Bookmark not defined.
1.7.3.2 Phân loại sai số............................Error! Bookmark not defined.
1.7.3.3 Các biểu thức diễn đạt sai số.......Error! Bookmark not defined.

1.8 Kết luận ................................... Error! Bookmark not defined.

Chương 2: Các phương pháp đo nhiệt độ, độ ẩm và cảnh
báo cháy ..........................Error! Bookmark not defined.
2.1 Các phương pháp đo nhiệt độ .. Error! Bookmark not defined.
2.1.1 Cảm biến nhiệt điện trở ............ Error! Bookmark not defined.
2.1.1.1 Nhiệt điện trở kim loại ................Error! Bookmark not defined.
2.1.1.2 Nhiệt điện trở bán dẫn (silic) ......Error! Bookmark not defined.
2.1.1.3 Nhiệt điện trở ô xít ......................Error! Bookmark not defined.

2.1.2 Cảm biến cặp nhiệt ngẫu .......... Error! Bookmark not defined.
2.1.3 Đo nhiệt độ bằng diode và transistor....... Error! Bookmark not
defined.
2.1.4 Cảm biến quang đo nhiệt độ (hỏa quang kế)..Error! Bookmark
not defined.
2.1.5 Nhiệt kế áp suất ........................ Error! Bookmark not defined.
2.1.6 Đo nhiệt độ bằng hình ảnh nhiệt quét...... Error! Bookmark not

defined.
2.1.7 Cảm biến siêu âm nhiệt độ ....... Error! Bookmark not defined.

2.2 Các phương pháp đo độ ẩm ..... Error! Bookmark not defined.
2.2.1 Ẩm kế biến thiên trở kháng ...... Error! Bookmark not defined.
2.2.1.1 Ẩm kế điện trở ............................Error! Bookmark not defined.


2.2.1.2 Ẩm kế tụ điện polyme.................Error! Bookmark not defined.
2.2.1.3 Ẩm kế tụ điện Al2O3 ...................Error! Bookmark not defined.

2.2.2 Ẩm kế điện ly............................ Error! Bookmark not defined.
2.2.3 Ẩm kế hấp thụ........................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4 Ẩm kế ngưng tụ ........................ Error! Bookmark not defined.
2.2.5 Ẩm kế áp điện........................... Error! Bookmark not defined.

2.3 Các phương pháp phát hiện cháy............Error! Bookmark not
defined.
2.3.1 Phát hiện cháy bằng phương pháp dò nhiệt....Error! Bookmark
not defined.
2.3.1.1 Đầu báo cháy nhiệt cố định.........Error! Bookmark not defined.
2.3.1.2 Đầu báo cháy nhiệt gia tăng........Error! Bookmark not defined.

2.3.2 Phát hiện cháy bằng đầu dò khói............. Error! Bookmark not
defined.
2.3.2.1 Đầu báo cháy khói ion hóa..........Error! Bookmark not defined.
2.3.2.2 Đầu báo cháy khói quang điện....Error! Bookmark not defined.

2.3.3 Phát hiện cháy bằng đầu dò quang (dò lửa) ...Error! Bookmark
not defined.

2.3.3.1 Đầu báo cháy lửa hồng ngoại......Error! Bookmark not defined.
2.3.3.2 Đầu báo cháy lửa cực tím ...........Error! Bookmark not defined.

2.4 Kết luận ................................... Error! Bookmark not defined.

Chương 3: Phân tích và đánh giá .. Error! Bookmark not
defined.
3.1 Phân tích và đánh giá các phương pháp đo nhiệt độ........ Error!
Bookmark not defined.
3.1.1 Các yêu cầu đối với phép đo nhiệt độ của sản phẩm......... Error!
Bookmark not defined.
3.1.2 Lựa chọn phương pháp đo nhiệt độ và loại cảm biến tương ứng
........................................................... Error! Bookmark not defined.

3.2 Phân tích và đánh giá các phương pháp đo độ ẩm........... Error!
Bookmark not defined.
3.2.1 Các yêu cầu đối với phép đo độ ẩm của sản phẩm............ Error!
Bookmark not defined.
3.2.2 Lựa chọn phương pháp đo độ ẩm và loại cảm biến tương ứng
........................................................... Error! Bookmark not defined.

3.3 Phân tích và đánh giá các phương pháp cảnh báo cháy... Error!
Bookmark not defined.
3.3.1 Các yêu cầu đối với hệ thống cảnh báo cháy .Error! Bookmark
not defined.


3.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống cảnh báo cháy ...... Error!
Bookmark not defined.

3.4 Kết luận ................................... Error! Bookmark not defined.

PHẦN II: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO .Error! Bookmark
not defined.
Chương 4: Thiết kế phần cứng...... Error! Bookmark not
defined.
4.1 Sơ đồ khối hệ thống................. Error! Bookmark not defined.
4.2 Khối xử lý trung tâm ............... Error! Bookmark not defined.
4.3 Khối mở rộng xuất nhập .......... Error! Bookmark not defined.
4.4 Khối ghi nhớ cấu hình hệ thống..............Error! Bookmark not
defined.
4.5 Ghép nối cảm biến nhiệt độ và độ ẩm ....Error! Bookmark not
defined.
4.6 Khối ghi âm và phát lại............ Error! Bookmark not defined.
4.7 Khối hiển thị ............................ Error! Bookmark not defined.
4.8 Khối giao tiếp đường dây điện thoại và thu phát DTMF . Error!
Bookmark not defined.
4.9 Khối giao tiếp cổng COM và cổng USB Error! Bookmark not
defined.
4.10 Khối chuyển đổi tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành . Error!
Bookmark not defined.
4.11 Khối nguồn ............................ Error! Bookmark not defined.
4.12 Kết luận ................................. Error! Bookmark not defined.
5.1 Firmware ................................. Error! Bookmark not defined.
5.1.1 Firmware cho AT89C55WD (Master) .... Error! Bookmark not
defined.
5.1.1.1 Chương trình chính .....................Error! Bookmark not defined.
5.1.1.2 Các chương trình ngắt.................Error! Bookmark not defined.

5.1.2 Firmware cho AT89S52 (Slave)Error! Bookmark not defined.

5.2 Software................................... Error! Bookmark not defined.

KẾT LUẬN........................Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .Error! Bookmark not defined.

PHẦN III: PHỤ LỤC ............. Error! Bookmark not
defined.


Luận văn cao học

Lời nói đầu

1 Lời nói đầu
Ngày nay, hệ thống thông tin vô tuyến đang phát triển mạnh mẽ. Hàng loạt
công nghệ thông tin vô tuyến mới đã ra đời và được đưa vào ứng dụng. Đi đôi với
sự phát triển không ngừng của các hệ thống thông tin vô tuyến thì sự phức tạp trong
việc thực hiện chức năng quản lý nhà nước về tần số vô tuyến điện cũng ngày càng
tăng. Nó đòi hỏi phải xây dựng một hệ thống gồm nhiều trạm kiểm soát tần số vô
tuyến điện hiện đại và trải đều trên phạm vi cả nước.
Hầu hết các trạm kiểm soát tần số vô tuyến điện đều được điều khiển từ xa
và thường không có người túc trực giám sát tại trạm. Các hệ thống thiết bị của trạm
cần được đảm bảo điều kiện làm việc một cách nghiêm ngặt, chính xác. Việc giám
sát điều kiện làm việc của trạm và cảnh báo kịp thời khi có sự cố là rất cần thiết và
đem lại nhiều lợi ích thiết thực như: Đảm bảo hệ thống thiết bị làm việc an toàn,
hiệu quả, chính xác; giảm nhân lực giám sát trạm; giảm thiểu thiệt hại khi có sự cố
xảy ra …
Xuất phát từ nhu cầu thực tế trên, tôi đã quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát điều kiện làm việc của trạm kiểm soát tần

số vô tuyến điện điều khiển từ xa”.
Trong quá trình thực hiện đề tài trên, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của nhiều
cá nhân và tổ chức. Tôi xin chân thành cảm ơn!
- Thầy Phạm Ngọc Nam giảng viên bộ môn điện tử tin học – khoa Điện tử
Viễn thông – ĐHBKHN đã hướng dẫn tận tình và đóng góp nhiều ý kiến
quý báu trong việc hoàn thành luận văn.
- Các đồng nghiệp tại Trung tâm Kỹ thuật và Tin học – Cục Tần số Vô
tuyến điện đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về thời gian, cũng như có những
động viên về tinh thần và vật chất.
- Cục Tần số Vô tuyến Điện đã hỗ trợ kinh phí và trang thiết bị thí nghiệm.
Để thực hiện đề tài trên, tôi đã hết sức cố gắng, song do thời gian và khả
năng có hạn, chắc rằng luận văn khó tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận
được sự nhận xét, góp ý cũng như phê bình của các quý thầy cô và các bạn đọc. Mọi
ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ thư điện tử .
Hà Nội, tháng 10 năm 2008
Học viên cao học
Lê Ngọc Du

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

I


Luận văn cao học

Danh sách hình vẽ

4Danh sách hình vẽ
Hình 1.1: Đặc tuyến V-A của chuyển tiếp PN phân cực ngược ..............................13
Hình 1.2: Đặc tuyến V-A của chuyển tiếp PN phân cực thuận ...............................14

Hình 1.3: Lượng hơi nước chứa trong không khí tại RH=100% ứng với các giá trị
nhiệt độ khác nhau[11]..............................................................................................17
Hình 1.4: Tứ diện hỏa ..............................................................................................20
Hình 1.5: Định dạng khung truyền dữ liệu chuẩn RS232........................................25
Hình 1.6: Tín hiệu truyền của ký tự ‘A’..................................................................26
Hình 1.7: Sơ đồ chân cổng nối tiếp .........................................................................27
Hình 1.8: Kết nối đơn giản trong truyền thông nối tiếp .........................................28
Hình 1.9: Kết nối trong truyền thông nối tiếp dùng tín hiệu bắt tay ......................29
Hình 1.10: Định dạng thanh ghi nhận dạng ngắt .....................................................30
Hình 1.11: Định dạng thanh ghi cho phép ngắt .......................................................31
Hình 1.12: Định dạng thanh ghi điều khiển modem ................................................31
Hình 1.13: Định dạng thanh ghi trạng thái modem..................................................31
Hình 1.14: Định dạng thanh ghi trạng thái đường truyền ........................................31
Hình 1.15: Định dạng thanh ghi điều khiển đường truyền ......................................32
Hình 1.16: Kiến trúc Bus [8]....................................................................................40
Hình 1.17: USB Cable..............................................................................................41
Hình 1.18: Dạng xung quay số.................................................................................43
Hình 2.1: Sơ đồ cặp nhiệt ngẫu ................................................................................57
Hình 2.2: Suất điện động nhiệt.................................................................................57
Hình 2.3: Transistor mắc kiểu diode........................................................................58
Hình 2.4: Đo nhiệt độ dùng 2 transistor...................................................................59
Hình 2.5: Đường cong E oλ =f(λ) với các nhiệt độ khác nhau ....................................60

Hình 2.6: Cấu tạo hỏa quang kế phát xạ ..................................................................61
Hình 2.7: Cấu tạo của hỏa quang kế cường độ sáng ................................................63
Hình 2.8: So sánh bằng mắt cường độ sáng của nguồn nhiệt ..................................64
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý của hỏa quang kế màu sắc ............................................65

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

VII


Luận văn cao học

Danh sách hình vẽ

Hình 2.10: Nhiệt kế áp suất [1] ................................................................................66
Hình 2.11: Bộ cảm biến siêu âm nhiệt độ ................................................................69
Hình 2.12: Mạch đo độ ẩm điện trở .........................................................................71
Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý của ẩm kế ngưng tụ.....................................................76
Hình 2.14: Mẫu phát xạ và sự phân bố các ion trong buồng ion của đầu báo cháy
khói ion [10] ..............................................................................................................81
Hình 2.15: Sự phân bố các hạt sản phẩm cháy và các ion .......................................82
Hình 2.16: Đầu báo cháy khói ion buồng kép..........................................................82
Hình 2.17: Đầu báo cháy khói tán xạ ánh sáng quang điện .....................................83
Hình 2.18: Đầu báo cháy khói tán xạ ánh sáng quang điện khi có khói..................83
Hình 2.19: Đầu báo cháy khói che khuất ánh sáng quang điện khi có khói ............84
Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống ...............................................................................100
Hình 4.2: Khối xử lý trung tâm..............................................................................102
Hình 4.3: Khối mở rộng xuất nhập ........................................................................104
Hình 4.4: Sơ đồ ghép nối EEPROM ......................................................................105
Hình 4.5: Sơ đồ ghép nối SHT11...........................................................................106
Hình 4.6: Khối ghi âm và phát lại ..........................................................................107
Hình 4.7: Khối hiển thị...........................................................................................108
Hình 4.8: Khối giao tiếp đường dây điện thoại và thu phát DTMF.......................109
Hình 4.9: Khối giao tiếp PC...................................................................................111
Hình 4.10: Khối chuyển đổi tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành .......................112
Hình 5.1: Lưu đồ giải thuật chương trình chính ....................................................117
Hình 5.2:Lưu đồ giải thuật MEASTEMP ..............................................................118

Hình 5.3: Lưu đồ giải thuật MEASHUMI .............................................................119
Hình 5.4: Lưu đồ giải thuật ALARM.....................................................................120
Hình 5.5: Lưu đồ giải thuật PRCCOMECALL .....................................................122
Hình 5.6: Lưu đồ giải thuật INTERFACEWPC ....................................................123
Hình 5.7: Lưu đồ giải thuật ngắt do bộ đếm 1 .......................................................125
Hình 5.8: Lưu đồ giải thuật chương trình chính của AT89S52 .............................126
Hình 5.9: Giao diện chính của phần mềm..............................................................127

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

VIII


Luận văn cao học

Danh sách bảng biểu

5Danh sách bảng biểu
Bảng 1.1: Đặc tính kỹ thuật của chuẩn RS232 .........................................................26
Bảng 1.2: Ý nghĩa của các chân cổng COM: ...........................................................27
Bảng 1.3: Địa chỉ cổng COM....................................................................................29
Bảng 1.4: Các thanh ghi trong vi mạch UART của máy tính ...................................30
Bảng 1.5: Một số giá trị mẫu của BRD.....................................................................32
Bảng 1.6: Mã thiết lập kiểm tra chẵn lẽ ....................................................................33
Bảng 1.7: Mã thiết lập độ dãi dữ liệu........................................................................33
Bảng 1.8: Các giao thức bắt tay ................................................................................37
Bảng 1.9: Các sự kiện xảy ra tại cổng COM ............................................................37
Bảng 1.10: các lỗi truyền thông xảy ra tại cổng COM .............................................38
Bảng 1.11: Các tổ hợp tần số của tín hiệu đa tần......................................................44

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

IX


Luận văn cao học

Danh sách các từ viết tắt

6Danh sách các từ viết tắt
ACK
Acknowledge -- Gói bắt tay tích cực.
CPU
Central Processing Unit -- Khối xử lý trung tâm.
EEPROM Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory -Bộ nhớ chỉ đọc khả trình, xoá và lập trình bằng tín hiệu điện.
ERR
Error -- Lỗi.
IC
Intergrated Circuit -- Mạch tích hợp.
ISDN
Intergrated Services Digital Network -- Mạng số tích hợp
nhiều dịch vụ.
PC
Personnal Computer -- Máy tính cá nhân.
UART
Universal Asynchronous Receiver Transmitter -- Thu phát
nối tiếp không đồng bộ đa năng.
USB
Universal Serial Bus -- Đường truyền nối tiếp đa năng.
COM

COMmunications – Thông tin
BTS
Base Transceiver Station – Trạm thu phát cơ sở
Public Switched Telephone Network – Mạng thoại chuyển
PSTN
mạch công cộng
MODEM MOdulation and DEModulation – Điều biến và giải điều biến
TCVN
Tiêu Chuẩn Việt Nam
Electronic Industry Associations – Hiệp hội công nghiệp điện
EIA
tử
Global System for Mobile communications – Hệ thống thông
GSM
tin di động toàn cầu
Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển logic khả
PLC
trình
DTE
Data Terminal Equipment – Thiết bị đầu cuối dữ liệu
Data Communication Equipment – Thiết bị đầu cuối truyền
DCE
thông
FTDI
Future Technology Devices International (tên riêng)
DTMF
Dual Tone Multi-Frequency – Tín hiệu tổ hợp đa tần
LED
Light Emitting Diode – Đi-ốt phát quang
UPS

Uninteruptible Power Supply – Nguồn cấp không ngắt quãng
NO
Nomally Open – Mở ở điều kiện thông thường
NC
Nomally Close – Đóng ở điều kiện thông thường
RAM
Random Access Memory – Bộ nhớ ghi đọc tùy ý
LCD
Liquid Crystal Display – Hiển thị bằng tinh thể lỏng
SPI
Serial Peripheral Interface – Giao diện đầu cuối nối tiếp
APC
American Power Conversion (tên riêng)
Advanced Technology Extended – Công nghệ cao cấp mở
ATX
rộng

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

X


Luận văn cao học

Mở đầu

Chương 0: Mở đầu
Trong thời đại bùng nổ thông tin như hiện nay, nhu cầu về nắm bắt thông tin
của con người ngày càng tăng và cần được đáp ứng một cách nhanh chóng, kịp thời.
Để làm được điều đó, các hệ thống thông tin cả hữu tuyến và vô tuyến đều không

ngừng phát triển. Nhờ những ưu điểm về sự tiện lợi và tầm phủ sóng, các hệ thống
thông tin vô tuyến được đặc biệt quan tâm đầu tư phát triển trong những năm gần
đây. Một loạt các công nghệ thông tin vô tuyến mới ra đời và được triển khai đã
minh chứng cho điều này. Ở Việt Nam, chúng ta chứng kiến sự phát triển mạnh mẽ
của hệ thống thông tin di động với nhiều nhà cung cấp dịch vụ như: Mobifone,
Viettel, Vinaphone …. Mỗi nhà cung cấp dịch vụ hiện đã xây dựng cho mình gần
chục nghìn trạm thu phát cơ sở (Base Transceiver Station - BTS). Đi đôi với sự phát
triển không ngừng của các hệ thống thông tin vô tuyến thì sự phức tạp trong việc
thực hiện chức năng quản lý nhà nước về tần số vô tuyến điện cũng ngày càng tăng.
Nó đòi hỏi phải xây dựng một hệ thống gồm nhiều trạm kiểm soát tần số vô tuyến
điện hiện đại và trải đều trên phạm vi cả nước.
Hầu hết các trạm kiểm soát tần số vô tuyến điện đều được điều khiển từ xa
và thường không có người túc trực giám sát tại trạm. Hệ thống thiết bị tại trạm điều
khiển xa bao gồm các thiết bị điện tử hiện đại và đắt tiền. Hệ thống thiết bị này cần
được đảm bảo điều kiện làm việc một cách nghiêm ngặt, chính xác. Việc giám sát
điều kiện làm việc của trạm (nhiệt độ, độ ẩm) và cảnh báo kịp thời khi có sự cố (các
thông sô môi trường vượt ra ngoài giới hạn cho phép, hỏa hoạn, đột nhập trái phép)
là rất cần thiết và đem lại nhiều lợi ích thiết thực như: Đảm bảo hệ thống thiết bị
làm việc an toàn, hiệu quả, chính xác; giảm nhân công giám sát trạm; giảm thiểu
thiệt hại khi có sự cố xảy ra …

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

1


Luận văn cao học

Mở đầu

Xuất phát từ nhu cầu thực tế như trên, tôi đã quyết định thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống giám sát điều kiện làm việc của trạm
kiểm soát tần số vô tuyến điện điều khiển từ xa”. Đề tài này sẽ tập trung nghiên

cứu, tìm hiểu các khái niệm cơ bản cũng như phương pháp đo liên quan đến nhiệt
độ, độ ẩm và cảnh báo cháy. Đồng thời, đề tài đưa ra những phân tích, đánh giá, so
sánh qua đó lựa chọn ra phương án tối ưu sẽ sử dụng để chế tạo thử nghiệm sản
phẩm của đề tài. Sản phẩm của đề tài bao gồm:
− 01 quyển tài liệu kỹ thuật thuyết minh cho quá trình nghiên cứu, thiết kế, chế

tạo sản phẩm của đề tài (chính là quyển luận văn này này).
− 01 hệ thống phần cứng thực hiện các chức năng: đo nhiệt độ, độ ẩm, cảnh

báo cháy, cảnh báo đột nhập và bật tắt các tải của trạm; phần cứng có thể kết
nối với máy tính qua cổng nối tiếp (COM – COMunications) hoặc qua cổng
nối tiếp đa năng (USB – Universal Serial Bus), truyền thông tin cảnh báo cho
người giám sát thông qua mạng điện thoại công cộng (PSTN – Public
Switched Telephone Network) bằng cách quay số tới các số điện thoại đã
được lưu sẵn. Người giám sát trạm cũng có thể điều khiển các tải và thu nhận
thông tin về điều kiện làm việc của trạm thông qua mạng điện thoại công
cộng.
− 01 phần mềm để giao tiếp với phần cứng nhằm thu thập các số liệu mà phần

cứng đo đạc được cũng như thực hiện các thao tác điều khiển cần thiết.
Hiện nay, để thiết kế thành công sản phẩm trên có khá nhiều phương án: Đo
nhiệt độ và độ ẩm có thể dùng các loại cảm biến tương tự hoặc cảm biến số làm việc
dưới nhiều nguyên lý khác nhau. Cảnh báo cháy cũng có nhiều phương thức như:
Thăm dò nhiệt gồm mức nhiệt cố định hoặc mức độ gia tăng nhiệt; thăm dò các
thành phần hóa học thường xuất hiện trong đám cháy như khí CO và CO2; thăm dò
các tia sáng như tia cực tím, tia hồng ngoại. Việc truyền tin cảnh báo và nhận lệnh

điều khiển có thể qua đường internet, qua thoại hoặc qua tin nhắn …
Phương án thì có nhiều như vậy nên vấn đề ở đây là ta lựa chọn và kết hợp
phương án như thế nào cho hợp lý và khả thi nhất. Sau một thời gian tìm hiểu,
phương án đã được lựa chọn cho đề tài cụ thể như sau: Hệ thống đo nhiệt độ và độ

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

2


Luận văn cao học

Mở đầu

ẩm sử dụng cảm biến đầu ra số SHT11; Cảnh báo cháy sử dụng kết hợp việc thăm
dò khói (CO2) bằng đầu dò khói và so sánh nhiệt độ tại trạm với mức nhiệt nghi có
cháy được xác lập trước; Việc truyền tin cảnh báo và nhận lệnh điều khiển qua
mạng internet (thông qua việc sử dụng các phần mềm điều khiển desktop máy tính
từ xa như PCAnyWhere) và qua mạng thoại.
Với những gì đã được giới thiệu ở trên, ta có thể thấy rằng để thực hiện đề tài
cần có kiến thức cơ bản về một số mảng chính sau: Các khái niệm cơ bản và các
phương pháp đo đạc có liên quan tới nhiệt độ, độ ẩm và cảnh báo cháy, cách thức
truyền tin qua mạng điện thoại, cách thức giao tiếp với máy tính thông qua cổng
COM và cổng USB và hiểu biết cơ bản về đo lường điện tử. Chính vì vậy, trong
khuôn khổ của luận văn này, các kiến thức được tập trung trình bày theo bố cục và
nội dung như sau:
¾ Phần I: Cơ sở lý thuyết (gồm 3 chương):
• Chương 1: Các khái niệm cơ bản

Chương này trình bày các khái niệm cơ bản liên quan tới nhiệt

độ, độ ẩm, cảnh báo cháy, giao tiếp với máy tính qua cổng COM ,
cổng USB, truyền tin qua mạng thoại và các kiến thức cơ bản trong
đo lường điện tử.
• Chương 2: Các phương pháp đo nhiệt độ, độ ẩm và cảnh báo cháy

Chương này trình bày các phương pháp đo nhiệt độ và độ ẩm
thông qua việc trình bày nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến
thường dùng trong đo lường nhiệt độ và độ ẩm. Chương này cũng
trình bày các phương pháp phát hiện đám cháy.
• Chương 3: Phân tích và đánh giá

Chương này đưa ra các phân tích, đánh giá và so sánh giữa các
phương pháp đo nhiệt độ, độ ẩm và cảnh báo cháy. Qua đó ta lựa
chọn ra phương án tối ưu để thực hiện đề tài.
¾Phần II: Thiết kế phần cứng và viết mã nguồn (gồm 2 chương):
• Chương 4: Thiết kế phần cứng

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

3


Luận văn cao học

Mở đầu

Chương này đưa ra sơ đồ khối hệ thống cho sản phẩm của đề
tài, trình bày chức năng cũng như phương thức thực hiện cho từng
khối.
• Chương 5: Firmware và software

Chương này trình bày lưu đồ giải thuật cho chương trình chính,
một số chương trình con quan trọng cũng như các chương trình ngắt
của firmware và software.
Do lượng kiến thức cần diễn giải khá nhiều, bên cạnh đó ta cũng cần đảm
bảo sự súc tích về nội dung của luận văn nên các phần của luận văn được trình bày
ngắn gọn, mang tích chất giới thiệu và mô tả là chính. Để có thêm thông tin chi tiết,
người đọc có thể xem thêm phần phụ lục của luận văn và tham chiếu tới các tài liệu
tham khảo liệt kê ở cuối luận văn.

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

4


Luận văn cao học

Cơ sở lý thuyết

1 PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

6


Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

Chương 1: Các khái niệm cơ bản
Chương này trình bày các khái niệm cơ bản liên quan tới nhiệt độ, độ ẩm,
cảnh báo cháy, giao tiếp với máy tính qua cổng COM , cổng USB, truyền tin qua
mạng thoại và các kiến thức cơ bản trong đo lường điện tử.

1.1 Các khái niệm cơ bản liên quan tới nhiệt độ
Trong tất cả các đại lượng vật lý, nhiệt độ được quan tâm nhiều nhất vì nhiệt
độ đóng vai trò quyết định đến nhiều tính chất của vật chất. Từ xa xưa, con người
đã nhận thức được các hiện tượng nhiệt, cố gắng định nghĩa nó và đánh giá cường
độ của nó bằng cách đo nhiệt độ. Ta sẽ tìm hiểu xem nhiệt độ là gi? Các thang đo
nhiệt độ và quy đổi giữa chúng. Vai trò và ý nghĩa của đại lượng nhiệt độ trong
cuộc sống.

1.1.1 Nhiệt độ là gì?
Nhiệt độ được định nghĩa một cách chung nhất là tính chất vật lý của vật chất
cho biết mức độ nóng hay lạnh của vật chất. Vật chất có nhiệt độ cao hơn thì nóng
hơn. Trong vật lý, nhiệt độ được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau nhưng phổ
biến nhất là các định nghĩa dựa vào các định luật 0 và định luật 2 của nhiệt động lực
học.
1.1.1.1 Định nghĩa nhiệt độ dựa vào định luật 0 nhiệt động lực học

Một trong các cách định nghĩa nhiệt độ là dựa vào cân bằng nhiệt động. Nếu
hai hệ vật chất được cho tiếp xúc với nhau, các tính chất của chúng có thể thay đổi
do trao đổi nhiệt năng hay tổng quát là năng lượng. Theo thời gian trôi qua, trao đổi

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

8

Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

này chậm dần rồi ngừng lại và tính chất của hai hệ không biến đổi nữa, hai hệ đạt
đến cân bằng nhiệt động với nhau.
Định luật 0 nhiệt động lực học phát biểu: "nếu hai hệ nhiệt động lực là A và
B ở trạng thái cân bằng nhiệt động với hệ nhiệt động lực thứ ba là C, thì A và B
cũng ở trạng thái cân bằng nhiệt động với nhau". Định luật này rút ra từ quan sát

thực nghiệm chứ không có cơ sở lý thuyết. Cả ba hệ A, B và C đều ở cùng trạng
thái cân bằng nhiệt động, nên ta có thể đặt một tính chất chung cho trạng thái đó.
Nó gọi là nhiệt độ. Như vậy nhiệt độ là đặc tính xác định trạng thái cân bằng của hệ
nhiệt động lực.
Để hiểu hơn về định luật 0 nhiệt động lực học, ta nghiên cứu ví dụ sau[12]:
Ta làm nhiệt kế bằng ống thuỷ tinh đựng rượu chẳng hạn. Nhúng ống thuỷ tinh này
vào nuớc sôi, ta thấy rượu trong ống dâng lên, đến một mức nào đó thì dừng lại. Ta
đánh dấu mức này. Mức ta đánh dấu có ý nghĩa là rượu trong ống ở trạng thái cân
bằng nhiệt với trạng thái nước sôi. Nếu đem cái ống rượu của ta nhúng vào một chất
nào khác mà thấy mực rượu dâng lên đúng cái mức đã đánh dấu và dừng lại, thì
theo định luật 0 nhiệt động lực học, ta đảm bảo là cái chất này cũng ở trạng thái cân
bằng nhiệt như là nó đang ở trạng thái cân bằng nhiệt với nước sôi. Do đó cả 3 hệ:
nước sôi, ống rượu ở mức đánh dấu, chất ta đo đều ở trạng thái cân bằng nhiệt với
nhau, và đặc điểm này chính là thể hiện cả 3 hệ đó đều có cùng một nhiệt độ. Có thể
chọn nhiệt độ này bằng một số nào đó là tuỳ thích (100 độ, như thang nhiệt độ
Celsius), và lấy thêm một nhiệt độ chuẩn khác (nước đá và coi nó bằng 0 độ, thang
nhiệt độ Celsius) là ta đã hoàn thành thang đo nhiệt nhiệt độ. Trị số của nhiệt độ
theo các thang đo nhiệt độ khác nhau có thể khác nhau, nhưng nhiệt độ thì chỉ có
một, đó là nhờ định luật 0 nhiệt động lực học.
1.1.1.2 Định nghĩa nhiệt độ dựa vào định luật 2 nhiệt động lực học

Định luật hai nhiệt động lực học hay, chính xác hơn, cơ học thống kê cho ta
định nghĩa về nhiệt độ của một hệ nhiệt động, dựa trên khái niệm "cơ bản hơn"
entropy:

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

9


Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

1 dS
=
T dE

(0.1)

Ở đây, T là nhiệt độ của hệ, S là entropy của hệ và là hàm của năng lượng E
của hệ. Như vậy, nghịch đảo nhiệt độ là độ thay đổi của entropy theo năng lượng.
Định luật 2 nhiệt động lực học hay nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học
là một trong 4 định luật cơ bản của nhiệt động lực học. Nó liên quan đến tính không
thể đảo ngược của một quá trình nhiệt động lực học và đề ra khái niệm entropy.
Nguyên lý này phát biểu rằng entropy của một hệ kín chỉ có hai khả năng,
hoặc là tăng lên, hoặc giữ nguyên. Từ đó dẫn đến định luật là không thể chuyển từ
trạng thái mất trật tự sang trạng thái trật tự nếu không có sự can thiệp từ bên ngoài.
Một cách phát biểu khác là: Một hệ lớn và không trao đổi năng lượng với
môi trường sẽ có entropy luôn tăng hoặc không đổi theo thời gian.

Vì entropy là mức độ hỗn loạn của hệ, định luật này nói rằng vũ trụ sẽ ngày
càng "hỗn loạn" hơn. Cơ học thống kê đã chứng minh rằng định luật này là một
định lý, đúng cho hệ lớn và trong thời gian dài. Đối với hệ nhỏ và thời gian ngắn, có
thể có thay đổi ngẫu nhiên không tuân thủ định luật này.

1.1.2 Thang nhiệt độ
Việc xác định thang nhiệt độ xuất phát từ các định luật nhiệt động lực học.
Thang nhiệt độ tuyệt đối được xác định dựa trên tính chất của khí lý tưởng. Theo
định luật Carnot, hiệu suất của một động cơ nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa hai
nguồn có nhiệt độ θ1 và θ2 trong một thang đo bất kỳ chỉ phụ thuộc vào θ1 và θ2:

η=

F(θ1 )
F(θ 2 )

(0.2)

Dạng của hàm F phụ thuộc vào thang đo nhiệt độ. Ngược lại việc chọn hàm
F sẽ quyết định thang đo nhiệt độ. Đặt F(θ)=T, ta sẽ xác định T như là nhiệt độ
nhiệt động tuyệt đối và hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghich bằng:

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

10


Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

η = 1−

T1
T2

(0.3)

Trong đó T1 và T2 là nhiệt độ nhiệt động học tuyệt tối của hai nguồn.
1.1.2.1 Thang nhiệt độ nhiệt động tuyệt đối
Năm 1664, Robert Hook thiết lập điểm không là điểm đông của nước cất.

Thomson (Kelvin) nhà vật lý Anh, năm 1852 xác định thang nhiệt độ nhiệt động
tuyệt đối – thang Kelvin: đơn vị là K. Người ta gắn cho nhiệt độ của điểm cân bằng
của ba trạng thái nước – nước đá – hơi một giá trị số bằng 273,15 K. Từ thang nhiệt
độ nhiệt động tuyệt đối (thang Kelvin) ta có thể xác định các thang nhiệt độ khác là
thang Celsius và thang Fahrenheit.
1.1.2.2 Thang Celsius
Năm 1742, Andreas Celsius - nhà vật lý Thụy Điển đưa ra thang nhiệt độ

bách phân. Trong thang này đơn vị đo nhiệt độ là °C, 1 °C = 1 K. Quan hệ giữa
nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được cho theo biểu thức (1.4).
T(°C)=T(K)-273,15

(0.4)

1.1.2.3 Thang Fahrenheit
Năm 1706, D.G. Fahrenheit - nhà vật lý Hà Lan đưa ra thang nhiệt độ

Fahrenheit có điểm nước đá tan là 32°F và sôi ở 212°F. Quan hệ giữa nhiệt độ

Celsius và Fahrenheit được cho theo các biểu thức (1.5) và (1.6).
5
9

(0.5)

9
T(°F)= T(°C) + 32
5

(0.6)

T(°C) = {T(°F)-32}

1.1.3 Vai trò và ý nghĩa của nhiệt độ trong đời sống
Nhiệt độ đóng một vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các lĩnh vực của
khoa học gồm: vật lý học, địa chất học, hóa học và sinh vật học. Rất nhiều các tính
chất vật lý của các chất như pha (rắn, lỏng, khí, plasma), khối lượng riêng, tính tan,
áp suất hơi và tính dẫn điện phụ thuộc vào nhiệt độ. Nhiệt độ cũng đóng vai trò
quan trọng trong việc xác định tốc độ cũng như giới hạn mà tại đó các phản ứng hóa

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

11


Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

học xảy ra. Điều này lý giải vì sao cơ thể con người có một vài cơ chế tinh vi để duy
trì thân nhiệt ở 37°C. Sở dĩ, nhiệt độ chỉ cần tăng lên một chút sẽ đẫn một loạt các
phản ứng hóa học có hại với cơ thể con người xảy ra. Nhiệt độ cũng quyết định loại
và lượng của phát xạ nhiệt trên bề mặt vật chất. Một trong những ứng dụng của hiệu
ứng này có thể kể đến bóng đèn sợi đốt. Trong bóng đèn sợi đốt, sợi dây tóc được
gia nhiệt bằng dòng điện tới một mức nhiệt độ nhất định mà tại đó lượng các bức xạ
thuộc vùng ánh sáng thấy được là đáng kể.
Trong vật lý điện tử, các chất bán dẫn dùng để tạo ra các linh kiện điện tử rất
nhạy cảm với nhiệt độ. Độ dẫn điện của chất bán dẫn thay đổi theo nhiệt độ. Một
chất bán dẫn tại nhiệt độ thấp có thể nó trở thành điện môi nhưng tại nhiệt độ cao
hơn nó có thể trở thành chất dẫn điện. Chuyển tiếp PN một thành phần quan trọng
trong cấu tạo của các linh kiện điện tử có đặc tuyến Volt-Ampere phụ thuộc rất
nhiều vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng sẽ làm giảm điện áp phân cực thuận khi giữ
dòng thuận không đổi hay nói cách khác là tăng dòng thuận khi giữ điện áp phân
cực thuận không đổi. Đồng thời sự tăng nhiệt độ làm giảm điện áp đánh thủng
chuyển tiếp PN đối với cơ chế đánh thủng xuyên hầm [3]. Những điều vừa nêu
được thể hiện và minh họa thông qua các biểu thức (1.7) – Dòng thuận qua chuyển
tiếp PN phân cực thuận, (1.8) – Dòng ngược qua chuyển tiếp PN phân cực ngược,
(1.9) – Điện áp đánh thủng chuyển tiếp PN, (1.10) – Sự phụ thuộc của điện áp vào
nhiệt độ của chuyển tiếp PN phân cực thuận và các hình 1.1 và hình 1.2. Chính vì
vậy, khi linh kiện điện tử làm việc ở nhiệt độ cao sẽ dễ dẫn đến quá dòng với
chuyển tiếp PN phân cực thuận và bị đánh thủng đối với các chuyển tiếp PN phân
cực ngược gây hỏng linh kiện điện tử. Việc đảm bảo cho linh kiện điện tử làm việc
trong giải nhiệt độ cho phép là rất cần thiết.
⎡ ⎛⎜ qU t ⎞⎟ ⎤
I t =Iso ⎢e⎝ kT ⎠ -1⎥
⎢⎣
⎥⎦

(0.7)

⎡ ⎛⎜ qUn ⎞⎟ ⎤
In =Iso ⎢e⎝ kT ⎠ -1⎥
⎢⎣
⎥⎦

(0.8)

U dt =U dt 0 ⎡⎣1+θ T ( T-T0 ) ⎤⎦

(0.9)

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

12


Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

dU t
=
dT

⎛ ∆E g ⎞
⎟
⎝ q ⎠

Ut - ⎜

T

(0.10)

Trong các biểu thức trên:
It: dòng qua chuyển tiếp PN phân cực thuận
In: dòng qua chuyển tiếp PN phân cực ngược
Iso: dòng bão hòa
Ut: điện áp phân cực thuận (có giá trị dương)
Un: điện áp phân cực ngược (có giá trị âm)
q: điện tích electron
k: hằng số Boltzerman
T: nhiệt độ khảo sát
Udt: điện áp đánh thủng chuyển tiếp PN phân cực ngược tại nhiệt độ T
Udt0: điện áp đánh thủng chuyển tiếp PN phân cực ngược tại nhiệt độ T0
θT hệ số nhiệt độ của điện áp đánh thủng (có giá trị âm đối với cơ chế đánh
thủng xuyên hầm)
∆Eg: độ rộng miền điện tích không gian

Hình 1.1: Đặc tuyến V-A của chuyển tiếp PN phân cực ngược

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

13


Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

Hình 1.2: Đặc tuyến V-A của chuyển tiếp PN phân cực thuận

1.2 Các khái niệm cơ bản liên quan tới độ ẩm
Độ ẩm có ở khắp mọi nơi trong khí quyển. Ngay cả những nơi rất khô hoặc
trong chất khí hóa lỏng cũng có những vệt hơi nước. Vậy độ ẩm là gì? Để định
lượng độ ẩm người ta dùng những thông số nào? Độ ẩm có vai trò như thế nào trong
đời sống? Phần này sẽ đi tìm câu trả lời cho những câu hỏi trên.

1.2.1 Độ ẩm là gì?
Không giống với nhiệt độ, một đại lượng khó định nghĩa và khó để hiểu sâu
sắc các định nghĩa của nó. Độ ẩm được định nghĩa rất ngắn gọn và dễ hiểu như sau:
Độ ẩm là lượng hơi nước có trong không khí. Trong đời sống thường nhật, độ ẩm
mà mọi người thường nói tới thực chất là độ ẩm tương đối.

1.2.2 Độ ẩm tuyệt đối
Độ ẩm tuyệt đối là tỉ số giữa lượng hơi nước có trong không khí và thể tích
mẫu không khí đang khảo sát.

AH (Kg/m3 )=

mw
Va

(0.11)

AH là độ ẩm tuyệt đối

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

14


Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

mw là khối lượng hơi nước
Va là thể tích mẫu không khí

1.2.3 Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa áp suất riêng của hơi nước và áp suất hơi bão
hòa ở nhiệt độ khảo sát T.
RH(%)=

PV
100
Ps T

(0.12)

RH là độ ẩm tương đối
Pv là áp riêng của hơi nước
Ps là áp suất hơi bão hòa – Áp suất hơi nước ở trạng thái cân bằng với nước ở
nhiệt độ T. Đây là giá trị lớn nhất mà áp suất riêng phần Pv có thể đạt tới ở
nhiệt độ T, trên áp suất này (ví dụ ta bơm thêm hơi nước vào mẫu không khí
đang xét) sẽ xảy ra ngưng tụ.

1.2.4 Độ chứa hơi
Độ chứa hơi là tỉ số giữa khối lượng hơi nước có trong không khí và khối

lượng không khí khô có trong mẫu đó xét tại một áp suất cho trước.
MR=

mw
md

(0.13)

MR là độ chứa hơi
mw là khối lượng hơi nước
md là khối lượng không khí khô

1.2.5 Độ ẩm riêng
Độ ẩm riêng là tỉ số giữa khối lượng hơi nước trên tổng khối lượng của mẫu
không khí đang khảo sát.
SH=

mw
mw
=
m t m w +m d

(0.14)

SH là độ ẩm riêng
mw là khối lượng hơi nước

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

15

Luận văn cao học

Các khái niệm cơ bản

mt là khối lượng tổng cộng của mẫu không khí (nó bằng tổng khối lượng của
hơi nước và không khí khô.
Độ ẩm riêng và độ chứa hơi có mối quan hệ qua lại. Biết thông số này sẽ tính
được thông số kia.
SH=

MR
1+MR

(0.15)

SH
1-SH

(0.16)

MR=

1.2.6 Nhiệt độ điểm sương
Nhiệt độ điểm sương là ngưỡng nhiệt độ cần phải làm lạnh mẫu không khí
ẩm xuống tới đó để đạt được trạng thái bão hòa. Đây chính là nhiệt độ mà tại đó
Pv=Ps ứng với một mẫu không khí đã cho. Khi không khí đạt tới trạng thái bão hòa
thường xảy ra các hiện tượng như sương mù, mưa, tuyết rơi. Tại một giá trị nhiệt độ
nhất định, khi biết độ ẩm tương đối, ta có thể ước tính được số gam hơi nước có

trong một Kg không khí. Tham khảo hình 1.3

1.2.7 Vai trò của độ ẩm trong đời sống
Độ ẩm đóng vai trò quan trọng đối với cơ thể sống. Một trong các cách thoát
nhiệt của cơ thể con người là đổ mồ hôi. Khi ta ở trong môi trường có độ ẩm cao và
thân nhiệt đang cao hơn mức bình thường thì việc đổ mồ hôi để thoát nhiệt gặp khó
khăn do lượng hơi nước trong không khí đã khá cao. Trong các trường hợp như vậy,
cơ thể ta sẽ có cảm giác oi bức, khó chịu, nặng có thể bị sốt. Mức độ ẩm tương đối
phù hợp với cơ thể con người nằm trong khoảng từ 30% tới 60%.
Trong lĩnh vực xây dựng, độ ẩm ảnh hưởng nhiều tới độ bền của vật liệu xây
dựng. Độ ẩm cao gây han rỉ, mục nát vật liệu xây dựng, độ ẩm thấp làm cho vật liệu
dòn, dễ vỡ. Trong ngành công nghệ thực phẩm, việc chế biến và bảo quản thực
phẩm cũng phụ thuộc nhiều vào độ ẩm. Độ ẩm cao thì thực phẩm nhanh hỏng do vi
khuẩn, nấm mốc phát triển mạnh. Trong công nghiệp, độ ẩm cao ảnh hưởng xấu đến
đặc tính cách điện của vật liệu và là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự xuống cấp và
hỏng hóc của thiết bị điện – điện tử. Ví dụ: khi ta di chuyển một thiết bị máy móc

Lê Ngọc Du – Cao học Điện tử Viễn thông – 2006-2008

16