Bài tập lớn vi mạch tương tự và vi mạch số sử dụng cảm biến cặp nhiệt ngẫu

Trường ĐHCN Hà Nội

Bộ

Môn ĐLĐK
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN

MÔN: VI MẠCH TƯƠNG TỰ
ĐỀ TÀI: DÙNG CÁC VI MẠCH TƯƠNG TỰ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ
MẠCH ĐO VÀ CẢNH BÁO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG CẶP NHIỆT NGẪU

Giáo viên hướng dẫn:
1


Sinh viên thực hiện: ĐINH TẤT NGUYỆN
Lớp: ĐH Điện4_K10

NỘI DUNG
Đề Tài: Dùng các vi mạch tương tự tính toán, thiết kế mạch đo và cảnh báo nhiệt
độ sử dụng cặp nhiệt ngẫu.
Yêu cầu: - Dải đo từ: t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100 + 10*n)°C
Đầu ra: Chuẩn hóa đầu ra với các mức điện áp:
1 U=0÷5V
2 U=0 ÷ 10V
3 U= 0 ÷ -5V
4 I=0÷20mA.

5 I=4÷20mA
1
Vẽ sơ đồ khối hệ thống
2 Dùng phần mềm mô phỏng (hoặc mạch thực tế) thiết kế mạch đảm bảo:
0
- Khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường : t C=0÷tmax-(10+5*n ) điều
khiển đèn sáng liên tục: Thông số đèn 220VAC, 100W
0
- Khi nhiệt độ vượt giá trị t C= tmax-(10+5*n). Đóng điện cho quạt 1
chiều 24 VDC, 60W chạy làm mát.
- Đưa ra tín hiệu cảnh báo bằng còi và đèn sáng nhấp nháy cho LED với
thời gian sáng và tối bằng nhau và bằng: T0=(1+0,1*a) giây khi nhiệt
độ vượt giá trị : t0C= tmax-(10+5*n)
- Dùng LED 7 thanh hiển thị nhiệt độ.
Trong đó:
-

a: chữ số hàng đơn vị của danh sách (ví dụ: STT=3→a=3;
STT=10→a=0)
n: Số thứ tự sinh viên trong danh sách.

Phần Thuyết Minh
Yêu cầu bố cục nội dung:
Chương 1: Tổng quan về mạch đo
Chương 2: Giới thiệu về các thiết bị chính
2


Chương 3: Tính toán, thiết kế mạch đo
-

Tính toán,lựa chọn cảm biến
Tính toán, thiết kế mạch đo
Tính toán, thiết kế mạch nguồn cung cấp
Tính toán, thiết kế mạch khuếch đại, chuẩn hóa
Tính toán mạch nhấp nháy cho LED
Tính toán, thiết kế mạch cảnh báo
Dùng phần mềm mô phỏng mạch

Kết luận và hướng phát triển.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐO
1.

Khái niệm về nhiệt độ.
Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động của các
nguyên tử, phân tử của một hệ vật chất. Tuỳ theo từng trạng thái của vật chất
( rắn, lỏng, khí) mà chuyển động này có khác nhau. Ở trạng thái lỏng, các phân
tử dao động quanh vị trí cân bằng nhưng vị trí cân bằng của nó luôn dịch
chuyển làm cho chất lỏng không có hình dạng nhất định. Còn ở trạng thái rắn,
các phần tử, nguyên tử chỉ dao động xung quanh vị trí cân bằng. Các dạng vận
động này của các phân tử, nguyên tử được gọi chung là chuyển động nhiệt. Khi
tương tác với bên ngoài có trao đổi năng lượng nhưng không sinh công, thì quá
trình trao đổi năng lượng nói trên gọi là sự truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt
trên tuân theo 2 nguyên lý: Bảo toàn năng lượng.
Nhiệt chỉ có thể tự truyền từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp. Ở
trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
3

Đối với các chất lỏng và khí ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt
bằng đối lưu. Đó là hiện tượng vận chuyển năng lượng nhiệt bằng cách vận
chuyển các phần của khối vật chất giữa các vùng khác nhau của hệ do chênh
lệch về tỉ trọng.
2.Các thang đo nhiệt độ
Từ xa xưa con người đã nhận thức được hiện tượng nhiệt và đánh giá
cường độ của nó bằng cách đo và đánh giá nhiệt độ theo mét đơn vị đo của mỗi
thời kỳ. Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng được định nghĩa theo từng vùng,
từng thời kỳ phát triển của khoa học kỹ thuật và xã hội. Hiện nay chúng ta có 3
thang đo nhiệt độ chính là:



Thang nhiệt độ tuyệt đối ( K ).



Thang Celsius ( 0C ): T( 0C ) = T( K ) – 273,15.



Thang Farhrenheit: T( 0F ) = T( K ) – 459,67.

Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế. Nhiệt độ được đo bằng các đơn vị khác
nhau và có thể biến đổi bằng các công thức. Trong hệ đo lường quốc tế, nhiệt độ
được đo bằng đơn vị Kelvin, kí hiệu là K. Trong đời sống ở Việt Nam và nhiều
nước, nó được đo bằng độ C. Dựa trên 3 thang đo này chúng ta có thể đánh giá
được nhiệt độ.
3.Sử dụng vi mạch tương tự để đo và cảnh báo nhiệt độ.
Vi tương tự và vi mạch số là lĩnh vực không những mang tới thời sự nóng

bỏng mà còn ẩn chứa vô số điều bí ẩn và có sức hấp dẫn lạ kỳ, đã và đang từng
4


ngày thâm nhập vào đời sống của chúng ta. Trong thực tế các dạng năng lượng
thường ở dạng tương tự. Do đó muốn xử lí chúng theo phương pháp kĩ thuật số ta
phải biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số .
Xuất phát từ ý tưởng đó, em đã thưc hiện việc xây dựng một mạch điện đo
nhiệt độ hiển thị ra đèn LED 7 đoạn. Mạch này chỉ mang tính chất thử nghiệm,
chưa có tính thực tế về vấn đề chuyển đổi ADC, vấn đề cảnh báo nhiệt độ ra đèn và
vấn đề đo lường các đại lượng không điện bằng điện.
4.Biến nhiệt thành điện
Có nhiều phương pháp đo nhiệt độ tuỳ theo yêu cầu về kỹ thuật và dải nhiệt độ.
Phân ra làm 2 phương pháp chính: Đo trực tiếp và đo gián tiếp:
Đo trực tiếp là phương pháp đo trong đó các thiết bị đo được đặt trực tiếp
trong môi trường cần đo.
Đo gián tiếp là phương pháp đo trong đó dụng cụ đo đặt ngoài môi trường
cần đo (áp dụng với trường hợp đo ở nhiệt độ cao ).




Ta chỉ khảo sát phương pháp đo trực tiếp với giải nhiệt độ cần đo không phải
ở quá cao. Dải đo từ: t 0C =00C ÷ tmax = 00C ÷ (100+10*n)0C (n: số thứ tự sinh viên
trong danh sách): n=51 => t0C = 00C ÷ 6100C. Do em được giao đề tài số 2 là dùng
cặp nhiệt ngẫu nên em sử dụng cặp nhiệt ngẫu loại J có dải đo từ: -400C ÷ 7500C.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
*

Các thiết bị chính gồm:
Cặp nhiệt ngẫu loại J.
Mạch tích hợp KĐTT µA741.
-

TC7107, IC Ne555
LM7805 , LM7812, LM7912.,LM7824
5


1.
a)

Còi, Led, Led 7 thanh, điện trở, tụ điện, đi-ốt.

Cặp nhiệt ngẫu (Thermocouple)
Cấu tạo điển hình của một cặp nhiệt ngẫu công nghiệp.

Hình 1.1: Cấu tạo cặp nhiệt ngẫu.

–

–

–

1) Vỏ bảo vệ

5) Bộ phận lắp đặt

2) Mối hàn

6) Vít nối dây

3) Dây điện cực

7) Dây nối

4) Sứ cách điện

8) Đầu nối dây

Đầu làm việc của các điện cực (3) được hàn nối với nhau bằng hàn vảy, hàn khí
hoặc hàn bằng tia điện tử. Đầu tự do nối với dây nối (7) tới dụng cụ đo nhờ các
vít nối (6) dây đặt trong đầu nối dây (8). Để cách ly các điện cực người ta dùng
các ống sứ cách điện (4), sứ cách điện phải trơ về hoá học và đủ độ bền cơ và
nhiệt ở nhiệt độ làm việc. Để bảo vệ các điện cực, các cặp nhiệt có vỏ bảo vệ
(1) làm bằng sứ chịu nhiệt hoặc thép chịu nhiệt. Hệ thống vỏ bảo vệ phải có
nhiệt dung đủ nhỏ để giảm bớt quán tính nhiệt và vật liệu chế tạo vỏ phải có độ
dẫn nhiệt không quá nhỏ nhưng cũng không được quá lớn. Trường hợp vỏ bằng
thép mối hàn ở đầu làm việc có thể tiếp xúc với vỏ để giảm thời gian hồi đáp.
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại Cặp nhiệt điện khác nhau (E, J, K, R, S,
T…) đó là vì mỗi loại Cặp nhiệt ngẫu đó được cấu tạo bởi 1 chất liệu khác
nhau, từ đó sức điện động tạo ra cũng khác nhau dẫn đến dải đo cũng khác
nhau. Người sử dụng cần chú ý điều này để có thể lựa chọn loại Cặp nhiệt điện
phù hợp với yêu cầu của mình.
Đồng thời khi lắp đặt sử dụng loại Cặp nhiệt điện thì cần chú ý tới những điểm
sau đây:
6

b)

•

Dây nối từ đầu đo đến bộ điều khiển càng ngắn càng tốt (vì tín hiệu truyền đi

•

dưới dạng điện áp mV nên nếu dây dài sẽ dẫn đến sai số nhiều).
Thực hiện việc cài đặt giá trị bù nhiệt (Offset) để bù lại tổn thất mất mát trên

•

đường dây. Giá trị Offset lớn hay nhỏ tùy thuộc vào độ dài, chất liệu dây và
môi trường lắp đặt.
Không để các đầu dây nối của Cặp nhiệt điện tiếp xúc với môi trường cần

đo.
• Đấu nối đúng chiều âm, dương cho Cặp nhiệt điện.
Cấu tạo của cặp nhiệt ngẫu loại J.

Hình 1.2: Hình ảnh thức tế của cặp nhiệt ngẫu
–

Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại Sắt và Constantan, hàn dính một đầu, đầu T1
gọi là đầu nóng, hai đầu còn lại không hàn T2 gọi là đầu lạnh hoặc đầu chuẩn.

Hình 1.3: Hình mô phỏng nguyên lý hoạt động của cặp nhiệt ngẫu
–

Nguyên lý: Khi có chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu nóng và lạnh (T1 và T2)
thì ở đầu ra của cặp nhiệt ngẫu xuất hiện một suất điện động e phụ thuộc vào
chênh lệch nhiệt độ và bản chất hai kim loại A và B.

7


Hình 1.4: Đường đặc tính của cặp nhiệt ngẫu
* Công thức tính suất điện động e:
e=K(T1-T2)

(cặp nhiệt ngẫu J có K=0,055mV)

–
–
–

Ưu điểm: Bền, đo nhiệt độ cao, dải đo rộng, rẻ.
Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số. Độ nhạy không cao,cần điểm
tham chiếu, ít ổn định.
Thường dùng: Lò nhiệt, môi trường khắc nghiệt, đo nhiệt nhớt máy nén,…
Dải đo: -40 ~ 750oC(-2.2mv ~41.22mv).
Ứng dụng: sản xuất công nghiệp, luyện kim, gia công vật liệu

2.

Mạch tích hợp KĐTT µA741

–

–

-

Hình ảnh thực tế của µA741:

8


-

Sơ đồ chân của µA741:

Chức năng các chân:
Chân 1 _ bù tần số
Chân 2 _ cửa vào đảo
Chân 3 _ cửa vào không đảo
Chân 4 _ nguồn cấp âm
-

Chân 5 _ bù tần số
Chân 6 _ cửa ra
Chân 7 _ nguồn cấp dương
Chân 8 _ không sử dụng

Op Amp là một công cụ có nhiều chức năng:
+ Khuếch đại hiệu hai điện thế:
•

Uo= K( UI+ − UI− )

+ Khuếch đại tín hiệu điện:
•
•

Uo= −K. UI− (UI+ = 0 )
Uo= K. UI+ (UI− = 0 )

+ So sánh điện áp vào UI với điện áp chuẩn UCH:
•

Nếu UI > UCH thì Uo = L ( có mức 0, tương đương điện áp thấp, cỡ 0V).

•

Nếu UI < UCH thì Uo = H ( có mức 1, tương đương điện áp cao, cỡ 3,5V).
9


3.

IC 555

Hình 3.1: Sơ đồ chân IC 555



Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 transistor và nhiều điện trở thực hiện các
chức năng như hình :

Hình 3.2: Cấu trúc bên trong của LM 555

–
–

Chức năng các chân:
Chân số 1: (GND) Cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC , dòng điện từ mas
chảy vào IC.
Chân sô 2: (Trigger Input ) Ngõ vào của một tầng, ở đây mức áp chuẩn bằng
1/3 Vcc, lấy cầu phân áp tạo bởi ba điện trở 5K.Khi mức áp chân 2 xuống đến
mức (1/3)Vcc thì chân 3 sẽ chuyển lên mức cao, lúc này khóa điện tử trên chân
số 7sẽ hở.
10


–
–

–
–
–

–
4.
–
–
–
–
–
–

Chân số 3: (Output) Ngõ ra tín hiệu ở dạng xung (mức áp không thấp thì cao).
Chân số 4: (Reset) Xác lập trạng thái ngõ ra .Khi chân số 4 cho nối mass thì
chân số 3 chốt ở mức áp thấp , chỉ khi chân số 4 đặt ở mức áp cao thì ngõ ra
chân 3 mới được tự do và mới có thể lúc cao lúc thấp.
Chân số 5: (Control Voltage) Chân điều khiển ,chân này làm thay đổi các mức
điện áp chuẩn trên trên cầu chia volt.
Chân số 6: (Threshold) Ngõ vào của một tầng so với áp 1.Có mức áp chuẩn
bằng 2/3 Vcc.
Chân số 7: (Dirchange) Chân xả điện, chân này là ngõ ra của một khóa điên
(tranistor) khóa điện này đóng mở theo mức áp chân số 3. Khi chân 3 ở mức áp
cao thì khóa điện đóng lại và cho dòng chay qua, ngược lại thì khóa điện hở và
cắt dòng.
Chân số 8: (+Vcc) Chân nguồn nối vào nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC
555.
IC ổn áp 78xx và 79xx
Họ 78xx là họ ổn định điện áp đầu ra là dương. Còn xx là giá trị điện áp đầu ra
như 5V, 9V,12V...
Họ 79xx là họ ổn định điện áp đầu ra là âm. Còn xx là giá trị điện áp đầu ra
như : -5V,-9V,-12V…
Sự kết hợp của hai con này sẽ tạo ra được bộ nguồn đối xứng.
Về mặt nguyên lý nó hoạt động tương đối giống nhau
78xx là loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện đầu
vào luôn luôn lớn hơn đầu ra 3V.
Tùy loại IC mà nó ổn áp đầu ra là bao nhiêu.
Ví dụ : 7805 có điện áp ra là +5V, 7812 có điện áp ra là +12V...
7905 có điện áp ra là -5V, 7912 có điện áp ra là -12V...

11

+ 79xx gồm có 3 chân :
+ 78xx gồm có 3 chân :
1 : GND - Chân nối đất
1 : Vin - Chân nguồn đầu vào
2 : Vin - Chân nguồn đầu vào
2 : GND - Chân nối đất
3 : Vo - chân nguồn đầu ra.
3 : Vo - chân nguồn đầu ra.
5.Led 7 thanh.
 Cấu tạo:
– Trong LED 7 thanh bao gồm ít nhất là 7 con LED mắc lại với nhau , vì vậy mà
có tên là LED 7 đoạn là vậy ,7 LED đơn được mắc sao cho nó có thể hiển thị
được các số từ 0 - 9 , và 1 vài chữ cái thông dụng, để phân cách thì người ta còn
dùng thêm 1 led đơn để hiển thị dấu chấm (dot) .
– Các led đơn lần lượt được gọi tên theo chữ cái A- B -C-D-E-F-G, và dấu chấm.
– Như vậy nếu như muốn hiển thị ký tự nào thì ta chỉ cần cấp nguồn vào chân đó
là led sẽ sáng như mong muốn .

Thông số :
LED 7 thanh dù có nhiều biến thể nhưng tựu chung thì cũng chỉ vẫn có 2 loại
đó là :
+ Chân Anode chung (chân + các led mắc chung lại với nhau .)
+ Chân Catode chung (Chân - các led được mắc chung với nhau .)
Điện áp giữa Vcc và mass phải lớn hơn 1,3 V mới cung cấp đủ led sáng, tuy
nhiên không được cao quá 3V .
6) ADC 10 bit TC7107:


12

Chức năng biến đổi A/D và mã hóa ra led 7 thanh

Chương 3 : Tính toán thiết kế mạch đo
Ý tưởng thiết kế
–

Sơ đồ khối hệ thống:

13


–

Nhiệm vụ của từng khối:
• Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn hệ thống hoạt động , tất cả thiết bị chỉ

•

ở một trong bốn nguồn +24v hoặc +12v hoặc - 12v hoặc +5v.
Khối cảm biến: Cảm biến nhiệt độ biến nhiệt thành điện áp ở mức vài mV.
Khối khuếch đại đo lường và chuẩn hóa U-I: Khuyếch đại điện áp từ cảm

•

biến ra điện áp chuẩn, rồi chuyển đổi từ điện áp sang dòng điện với mục đích
truyền tải đi xa.
Khối ADC và hiển thị : Chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và

•

đưa ra kết quả ra LED 7 thanh để hiển thị kết quả đo.
Khối so sánh: So sánh với một điện áp đặt trước và đưa ra tín hiệu dùng để

•

báo động khi quá nhiệt độ cho phép.
Khối nhấp nháy : thực hiện nhiệm vụ nhấp nháy với thời gian đặt trước khi

•

nhiệt độ trong mức cho phép.
Cảnh báo : thực hiện chức năng báo động khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho.

•

I.Tính toán cảm biến (TCK)
14


Theo tính chất của vật liệu làm nên cặp nhiệt ngẫu cứ khoảng 1oC tương ứng với
0,4mV như hình :
Ở đề tài này yêu cầu dải nhiệt độ từ t°C = 0°C ÷ tmax = 0-(100 + 10×n)°C
(với n=51) tức là khoảng 0oC÷610oC cho nên ta sẽ chọn cặp nhiệt ngẫu làm từ
chromel/coben để sử dụng trong đề tài.Với cực dương là chromel, cực âm là
coben là hợp kim gồm 56%Cu + 44% Ni.Nhiệt độ làm việc ngắn h ạn 800 oC,
Eđ = 66 mV.
Nhiệt độ làm việc dài hạn < 610oC.

Để chuẩn hóa đầu ra ta sử dụng mạch khuếch đại với OP 741 với các thông số như
sau:
II.Tính toán thiết kế nguồn :
vì hầu hết các nguồn sử dụng trong mạch đều là nguồn một chiều mà trên thực tế
thì nguồn lại là các nguồn xoay chiều với điện áp là 220V. vậy vấn đề đặt ra là phải
biến đổi dòng xoay chiều sang 1 chiều .
khối nguồn sẽ bao gồm:




máy biến áp
bộ chỉnh lưa cầu dùng 4 điot
tụ điện C để lọc
15




cuộn cảm L để dàn phẳng dòng điện.

Sơ đồ nguyên lý:

+ tính chọn máy biến áp: ở đây chúng ta có hai nguồn đó là nguồn cho điện áp đặt
quạt 1 chiều 24V ,điện áp so sánh 7.89Vvà nguồn cấp cho OA là 12V như vậy cần
sử dụng máy biến áp có nhiều cấp điện áp để lấy ra hai cấp điện áp mình dùng. ta
có thể hạ xuống 12V rồi dùng con biến trở để chỉnh xuống 7.89 V và ta có thể dùng
khối ổn áp 1 chiều để có đầu ra thay đổi.
Phương án thiết kế :







biến áp : do yêu cầu đặt ra nên ta sử dụng biến áp có điện áp vào 220V và
điện áp ra là 27V .
mạch chỉnh lưu : do những ưu điểm của mạch chỉnh lưu cầu như điện áp ra
ít nhấp nháy, điện áp ngược mà điôt phải chịu nhỏ hơn so với phương pháp
cân bằng nên ta sẽ chọn bộ chỉnh lưu cầu 2 nửa chu kỳ.
bộ lọc nguồn có nhiệm vụ san bằng điện áp để dòng điện phẳng hơn, lọc
bằng tụ điện khá đơn giản và chất lượng học khá cao. Nên ta dùng tụ điện.
khối ổn áp theo yêu cầu thiết kế có điện áp ra thay đổi từ 0 đến 24V nên ta
dùng IC ổn áp thông dụng là LM 7805 ,LM7812, LM7912, LM7824

16


Cơ cấu đo dùng ổn áp để ổn áp đầu ra với các cấp điện áp tương ứng :

III.Tính toán thiết kế mạch khuếch đại và chuẩn hóa.

CHUẨN HÓA ĐẦU RA 5V
17


Mà
Do đó ta chọn các giá trị của R và VR như sau : R4=100K, R5=50K
R1=1k, RV1=50K
Ta chọn RV để chỉnh sai số trong quá trình tính toán giúp đầu ra chuẩn nhất.

Chuẩn hóa đầu ra 10V
Ta có

18


Mà
Do đó ta chọn các giá trị của R như sau: R3=1kΩ
R2=10Kω, RV2=390K
Chọn rv2 để chỉnh sai số trong tính toán giúp đầu ra chuẩn nhất !

Chuẩn hóa đầu ra -5V

Ta chọn các giá trị của R như sau: RV3=17K
19


R9=1kΩ

Ta chọn các giá trị R như sau: R13=1Kω, RV4=12K

IV. Thiết kế mạch so sánh
Mạch so sánh có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện áp ở khối khuếch đại đem so sánh
với Uđặt ,khi Uv>Uđặt thì còi sẽ kêu báo động. Ở đây đầu ra chuẩn hóa 10V ứng với
610oC.Khi nhiệt độ vượt quá 345oC ứng với 5.79V thì còi sẽ kêu,và đèn sẽ sáng
Các thông số của mạch so sánh là : Uđặt=5.79V

20

V.Mạch chuyển đổi U-I

CHUẨN HÓA TỪ 0 ÷20mA

Ta có KUI==-

=

=4.10-3

Từ đó ta chọn R1=250Ω
R2=R3=250Ω

chuẩn hóa từ 4÷20mA
21


sử dụng mạch biến đổi U -I với phụ tải nối đất chung
Ta có điều kiện là : R8*(R5+R4)=R12*R11

Từ đó ta chọn giá trị của điện trở :R5=R11=R8=1k, R12=1350
R4=350Ω

VI.Hiển thị nhiệt độ bằng led 7 thanh :
Để hiển thị và quan sát rõ nhiệt độ của đối tượng cần đo ta cần hiển thị trên led 7
thanh .
Ta có khối cơ bản như sau
CB nhiệt độ

---------

--------->

Khối
chuyển đổi
A/D và xử
lý

------------->

Led 7
thanh

Vì tín hiệu ra của cảm biến nhiệt độ là tín hiệu analog nếu ta muốn hiển thị được trên
led 7 thanh ta cần một bộ chuyển đổi tín hiệu từ analog sang digital (tín hiệu số) cụ
thể trong bài ta sử dụng IC7107 sau đó cần bộ giải mã led 7 thanh để hiển thị
+ Phân tích các khối
1: CB nhiệt độ : nơi tín hiệu ngõ ra được cấp đến cho khối chuyển đổi A/D và xử lý
Do tín hiệu điện áp ngõ ra của cảm biến rất nhỏ nên ta phải sử dụng mạch khuếch đại
điện áp để đưa ra điện áp phù hợp đưa vào trong IC
2.khối chuyển đổi A/D và xử lý : IC 7017 này là một bộ chuyển đổi A/D công suất
thấp , hiển thị tốt. Bao gồm trong IC này là bộ phận giải mã led 7 đoạn , bộ điều khiển
hiển thị , bộ tạo chuẩn và bộ tạo xung đồng hồ .Các đặc tính bao gồm : tự chỉnh “0”
nhỏ hơn 10uV, điểm “0” trượt không có quá 1uV/*C.
IC này có chức năng phân tích xử lý tín hiệu analog sang digital đồng thời chuẩn
hóa xuất tín hiệu ra led 7 đoạn
22

3 .Khối led 7 đoạn :
LED 7 đoạn có 2 loại:
•

Chung cực dương: Mỗi đèn LED có 2 chân (1 dương 1 âm). Ở loại LED 7 đoạn này tất cả
cực dương sẽ được nối chung cực dương. Để làm các đèn LED trong LED 7 đoạn sáng thì
bạn chỉ cần cấp cực âm vào các chân của đèn. Với loại LED 7 đoạn này bạn chỉ cần 1 điện
trở là đủ.

•

Chung cực âm: Tương tự nhưng ngược lại và bạn cần đến 8 điện trở cho các chân dương
của LED.

Nguyên lý căn bản của LED 7 đoạn đó là cấp nguồn là nó sáng. ở đây ta dùng led 7 đoạn chung
dương.

VII.Mạch đèn LED nhấp nháy

23


Theo yêu càu đề tài ta có khi nhiệt độ trong giới hạn bình thường: t°C=0÷tmax(10+5*51)=345oC. Thiết kế mạch nhấp nháy cho LED với thời gian sáng và
tối bằng nhau và bằng:

0,1+1) = ‫×ﺡ‬a) giây với a=1 nên tsáng=ttối=1,1(s)
Đối với mạch này ta sử dụng IC555 để tạo xung vuông và đ ưa ra đèn LED .
Tính toán thông số linh kiện trong mạch
Ta có T=tn+tx=tsáng+ttối
=0,69.2R.C=2,2(s)

Cho RA=RB=50kΩ ta suy ra được
VI.Toàn mạch của đề tài

24


Nguyên lý hoạt động:đầu tiên nhiệt độ sẽ được chuy ển từ tín hiệu không
điện sang tín hiệu điện nhờ TCK(cặp nhiệt ngẫu).Tín hiệu điện áp ra r ất nhỏ
cho nên ta phải khuếch đại đến điện áp tiêu chuẩn 0÷10V ,0÷5Vvà 0÷ -5V
nhờ mạch khuếch đai dảo và không đảo.Tín hiệu ra của m ạch khuếch đ ại là
tín hiệu tiêu chuẩn ,nó sẽ được đưa vào mạch chuyển đổi U-I và cấp tín hiệu
để đóng mở relay điều khiển thiết bị bóng đèn 220V và quạt làm mát DC 24V
.Ngoài ra ,tín hiệu điện áp còn được đưa vào mạch so sánh đ ể so sánh v ới
điện áp đặt và đưa ra cảnh báo ở loa khi nhiệt độ tăng cao h ơn t0C= tmax(10+5*n)..Mặt khác tín hiệu điện áp còn được đưa vào IC555 để tạo xung
vuông và đưa ra tín hiệu đèn LED.

25