Thiết kế phần cứng phần mềm hệ thu thập dữ liệu

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ TỰ ĐỘNG
----- ☼ -----

BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN 2B

ĐỀ TÀI
Thiết Kế Phần Cứng - Phần Mềm Hệ Thu Thập
Tín Hiệu Cảm Biến Đa Dụng.

SVTH1: Trần Tiểu Cường 13029921
SVTH2: Ngô Đức Hưng

13062151

Lớp: ĐHĐTTĐ9A
Khóa: 2013-2017
GVHD: TS. Mai Thăng Long

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 2, Năm 2017


LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với
những sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của
người khác.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn
chân thành nhất đến thầy Mai Thăng Long, người đã tận tâm hướng
dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.

Chúng em cũng xin chân thành cám ơn quý thầy cô trong Khoa
Công Nghệ Điện Tử, trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM đã tận tình
giảng dạy, hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho chúng em thực hiện
tốt đồ án của mình.
Xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ, động viên và chỉ bảo rất nhiệt
tình của các anh chị và tất cả các bạn, những người đã giúp đỡ chúng
em có đủ nghị lực và ý chí để hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã cố gắng hết sức, song chắc chắn đồ án không tránh
khỏi những thiếu sót.Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và
chỉ bảo tận tình của quý thầy cô và các bạn.
Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Công nghệ
điện tử dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao
đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.
Trân trọng.


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................
HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU ................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề:........................................................................................ 1
1.2. Mục đích: .......................................................................................... 1
1.3. Yêu cầu đề tài: .................................................................................. 1
1.4. Sơ đồ tổng quan và chức năng các khối: .......................................... 2
1.4.1. Sơ đồ khối tổng quan: ............................................................. 2
1.4.2. Chức năng các khối: ............................................................... 3
CHƯƠNG II: NỘI DUNG............................................................................ 4
2.1 Cơ sở lý thuyết – Thiết kế phần cứng: .............................................. 4
2.1.1 Khối mạch nguồn ..................................................................... 4
2.1.2 Khối vi xử lý ............................................................................ 5
2.1.3 Khối mạch đo nhiệt độ ............................................................. 6
2.1.4 Khối mạch đo khối lượng ........................................................ 9
2.1.4.1 Mạch khuếch đại Loadcell ............................................ 9
2.1.4.2 Hộp nối Loadcell (junction box) ................................. 10
2.1.5 Khối mạch đo điện áp ............................................................ 12
2.1.6 Khối mạch đo dòng điện ........................................................ 13
2.1.7 Khối mạch xuất tính hiệu ngỏ ra............................................ 14
2.1.8 Khối mạch hiển thị LCD và chọn kênh xuất tín hiệu ngỏ ra . 16
2.2 Thiết kế phần mềm: ......................................................................... 17
2.2.1 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển ....................................... 17
2.2.2 Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính (Visual Studio
C#) ......................................................................................................... 18
2.2.1 Ghi Dữ vào MySQL workbench: .......................................... 19
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ .......................................................................... 21

3.1. Mạch thi công thực tế: .................................................................... 21
3.2. Giao diện chương trình trên máy tính: ........................................... 22
3.3. Kết quả khi chạy chương trình ....................................................... 24
CHƯƠNG IV: ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 28
4.1. Đánh giá: ........................................................................................ 28
4.2. Kết luận: ......................................................................................... 28
4.3. Hướng phát triển: ........................................................................... 29
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 30


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: khối mạch nguồn .............................................................................................................. 4
Hình 2.2: Board Arduino Mega 2560 ............................................................................................... 5
Hình 2.3: cấu tạo bên trọng PT100 .................................................................................................. 6
Hình 2.4 : sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại cho PT100 ................................................................. 8
Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch khếch đại Loadcell ..................................................................... 10
Hình 2.6: sơ đồ nguyên lý hộp nối loadcell ................................................................................... 11
Hình 2.7: Mạch tương đương hộp nối loadcell ............................................................................. 11
Hình 2.8: Mạch đo điện áp ............................................................................................................ 12
Hình 2.9: Mạch khuếch đại đo điện áp .......................................................................................... 13
Hình 2.10: Mạch xuất tín hiêu ngõ ra 0-20mA .............................................................................. 14
Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD.............................................................................. 16
Hình 2.12: sơ đồ mạch chọn kênh xuất tín hiệu ngõ ra................................................................. 16
Hình 2.13: Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển .............................................................................. 17
Hình 2.14: Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính ......................................................... 18
Hình 2.15: Giao diện MySQL workbench ....................................................................................... 19

Hình 2.16: Tạo bảng ghi dữ liệu ..................................................................................................... 20
Hình 2.17: dữ liệu từ phần mềm Visual Studio được ghi vào MySQL ........................................... 20
Hình 3.1: Mô hình thực tế ............................................................................................................. 22
Hình 3.2: Form1 giới thiệu ............................................................................................................. 22
Hình 3.3: Form 2 Thu thập dữ liệu và xuất kênh ngỏ ra ................................................................ 23
Hình 3.4: Form3 Truy vấn dữ liệu theo thời gian .......................................................................... 23
Hình 3.5: Dữ liệu hiển thị màn hình LCD ....................................................................................... 24
Hình 3.6: Xuất tín hiệu ngỏ ra theo từng kênh .............................................................................. 24
Hình 3.7: Thu thập dữ liệu và xuất kênh tín hiệu trên giao diện giám sát .................................... 25
Hình 3.8: Truy vấn, lưu trữ, xuất dữ liệu theo thời gian................................................................ 26
Hình 3.9: Xuất dữ liệu ra file Excel ................................................................................................. 27


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Thông số điện trở ứng với nhiệt độ đo của PT100 ..................... 7
Bảng 2: thông số kỹ thuật ......................................................................... 9


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề:
Hiện nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ thì lĩnh vực
đo lường, điều khiển trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Nó là nơi thu thập, theo

dõi, phân tích và xử lý các tín hiệu thu thập được để thực hiện nhiệm vụ điều khiển,
tối ưu hóa, vận hành và phân tích các quá trình công nghệ. Một câu hỏi đặt ra là làm
thế nào để tạo ra một hệ thống thu thập các dữ liệu từ cảm biến, có khả năng tích
hợp dễ dàng với nhiều kiểu I/O khác nhau để hệ thống trở nên linh hoạt hơn, từ đó
tăng được năng suất, giảm được thời gian và chi phí cho các ứng dụng thiết kế đo
lường, điều khiển trong trong ngành công nghiệp hiện đại như ngay nay.
Được sự cho phép và hỗ trợ từ khoa , nhóm em quyết định tiến hành thực hiện
đề tài “Thiết kế phần cứng – phần mềm hệ thống thu thập dữ liệu từ tín hiệu cảm
biến đa dụng”.
1.2. Mục đích:
Mục đích trước hết khi thực hiện đề tài này là để hoàn tất chương trình
môn học để đủ điều kiện ra trường.
Nhằm đáp ứng được phần nào yêu cầu thu thập dữ liệu từ nhiều loại cảm
biến, hiển thị về máy tính hay màn hình LCD.
Cụ thể khi nghiên cứu thực hiện đề tài là chúng em muốn phát huy những
thành quả ứng dụng của nghành tự động nhằm tạo ra một sản phẩm, một thiết bị
hoạt động hiệu quả, tiết kiệm thời gian và đo lường chính xác.
Mặt khác đề tài này cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh
viên khóa sau. Giúp họ hiểu rõ hơn về cách thu thập , đo lường và hồi tiếp cơ
bản.
Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là một cơ hội để chúng em
tự kiểm tra lại những kiến thức đã được học ở trường, 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 chúng em tự khẳng định mình trước khi ra trường để tham gia vào các hoạt
động sản xuất của xã hội.
1.3. Yêu cầu đề tài:
•
Điều khiển được cả trên máy tính và nút nhấn từ mô hình.
•
Giao tiếp máy tính.

Trang 1


GVHD: TS. Mai Thăng Long

•
•
•
•
•

Đồ Án Học Phần 2B

Thông số, dữ liệu đo đạc được hiển thị trên máy tính và màn hình LCD.
Có độ tin cậy và chính xác cao khi làm việc.
Thời gian hoạt động và đáp ứng nhanh.
Dễ mở rộng, phát triển thêm.
Có khả năng ứng dụng ngoài thực tiển.

1.4. Sơ đồ tổng quan và chức năng các khối:
1.4.1. Sơ đồ khối tổng quan:

Trang 2


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

1.4.2. Chức năng các khối:

- Khối vi xử lý: làm nhiệm vụ xử lý trung tâm.
- Khối đo nhiệt đo: đọc dữ liệu từ cảm biến nhiệt PT100 qua mạch khuếch đại.
- Khối đo khối lượng: đọc dữ liệu từ cảm biến loadcell qua mạch khuếch đại.
- Khối đo điện áp: đọc giá trị điện áp DC
- Khối hiển thị LCD: Hiển thị tất cả các dữ liệu từ cảm biến nhận được
- Khối chọn kênh tín hiệu ngõ ra: cho phép chọn 1 trong 4 kênh xuất tín hiệu
ngõ ra.
- Khối xuất tín hiệu ngõ ra: xuất tín hiệu ngõ ra 0-20mA dựa vào giá trị ADC
nhận được từ cảm biến.
- Khối kiao diện máy tính: Phần mềm giao diện nhận dữ liệu và chọn kênh xuất
tín hiệu ngõ ra.
- Khối ghi dữ liệu vào MySQL: ghi dữ liệu nhận được từ cảm biến vào cơ sở
dữ liệu MySQL dưới dạng localhost.
- Khối xuất dữ liệu ra Excel: cho phép xuất dữ liệu ra Excel từ phần mềm giao
diện phục vụ cho việc thống kê dữ liệu.

Trang 3


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

CHƯƠNG II: NỘI DUNG
2.1 Cơ sở lý thuyết – Thiết kế phần cứng:
2.1.1 Khối mạch nguồn
Với yêu cầu của hệ thống sử dụng các mạch khuếch đại dùng OPAMP nên
cần nguồn ±12V, nguồn cấp cho các cảm biến là +5V.
- Sơ đồ nguyên lý của khối mạch nguồn đối xứng.

Hình 2.1: khối mạch nguồn
- Mạch nguồn đối xứng sử dụng biến áp ngõ vào 220V,ngõ ra 15V-0-15V/3A
+ IC 7812 ổn áp +12V DC
+ IC 7912 ổn áp -12V DC
+ IC 7805 ổn áp +5V DC
+ IC 7905 ổn áp -5V DC

Trang 4


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

2.1.2 Khối vi xử lý
- Trong đề tài này nhóm em chọn board Arduino Mega 2560 làm board xử
lý trong tâm

Hình 2.2: Board Arduino Mega 2560
- Thông số kỹ thuật:
+ Vi điều khiển: ATMega 2560
+ Điện áp hoạt động: 5V
+ Số chân Digital: 54 (15 chân PWM)
+ Số chân Analog : 16
+ Giao tiếp SPI : 1 bộ
+ Giao tiếp I2C: 1 bộ
+ Ngắt ngoài: 6 chân
+ Bộ nhớ Flash: 256 KB, 8KB sử dụng cho Bootloader
+ SRAM: 8KB
+ EEPROM: 4KB

+ Xung Clock 16 MHz

Trang 5


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

2.1.3 Khối mạch đo nhiệt độ
Chọn cảm biến nhiệt độ PT100 B2H2
+ Dải nhiệt độ đo được là từ -200ºC đến 420ºC
Sơ đồ cấu tạo bên trong:

Hình 2.3: cấu tạo bên trọng PT100
Điện trở của ống trụ RPT100 = RPT + R3 + R2 L2,L3 được nối với 2 dây đầu
ra.
Khi có sự thay đổi nhiệt độ trên đầu dò thì dẫn đến sự thay đổi điện trở của
ống trụ. Mỗi giá trị nhiệt độ khác nhau tương ứng với mỗi giá trị điện trở khác
nhau.
Ở 10 ºC thì đo được giá trị điện trở RPT100 =107,6 Ω . Khi tăng 1ºC thì
RPT tăng sấp xỉ 0,4Ω

Trang 6


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

Bảng 1: Thông số điện trở ứng với nhiệt độ đo của PT100
- Do tín hiệu ngõ ra của PT100 rất nhỏ do vậy cần có mạch khuếch đại tín
hiệu để đưa về VDK (Arduino)
- Dãi nhiệt độ cần đo trong đề tài 0-200ºC
- Các linh kiện được dùng trong mạch khuếch đại PT100:
+ 1 IC ổn áp LM317L dòng ngõ ra 100mA
+ 1 Opamp LM358N: đệm theo điện áp
+ 2 Opamp OP07: khuếch đại tín hiệu
- Sơ đồ nguyên lý:

Trang 7


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

Hình 2.4 : sơ đồ nguyên lý mạch khuếch đại cho PT100
Ta có:
- LM317L tạo điện áp chuẩn tương ứng với giá trị điện trở của PT100
𝑉𝑟𝑒𝑓

RV1 =

𝐼

=

1.25
1𝑚𝐴

= 1.25𝐾Ω

- Nhiệt độ PT100 thay đổi từ 0-200ºC tương ứng Ua= 100mV-176mV
- Tạo điện áp tham chiếu (V-) cho U2 = 100 mV
Chọn R3 = 1k
𝑅3

*5 =

𝑅3+𝑅𝑉2

1

*5 = 0.1V  RV2 = 49 𝐾Ω

1+𝑅𝑉2

- Tín hiệu ngõ ra Uc = 0-76 mV
Xét Opamp U2 : là mạch khuếch đại vi sai có R4=R5=R6=R7
Uc = Ua-Ub với Ub=100mV, Ua thay đổi từ 100-176mV
 Uc= 0-76mV
- Để đọc tín hiệu vào Arduino thì tín hiệu ngõ ra của mạch khuếch đại
Ud= 0-5V
Xét Opamp U3 : là mạch khuếch đại không đảo
Chọn R8 = 470Ω
Ud = Uc*(1 +

𝑅𝑉3

𝑅𝑉3

) = 0.076*(1 + 470 ) = 5V => RV3 ≈ 30.41 kΩ
𝑅8

Trang 8


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

2.1.4 Khối mạch đo khối lượng
2.1.4.1 Mạch khuếch đại Loadcell
- Trong đề tài này nhóm em chọn Loadcell (0-5Kg) – CZL635

Bảng 2: thông số kỹ thuật
Với Rated Ouput = 1mV/V điện áp nguồn 5V, nếu Loadcell 5Kg khi cấp
nguồn 5V thì đầu ra được 5mV

Trang 9


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

- Thiết kế module khuếch đại cho Loadcell:

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch khếch đại Loadcell

- Tín hiệu ngõ ra của Loadcell rất nhỏ 0-5mV, để vi điều khiển đọc được tín
hiệu của Loadcell thì tín hiệu ngõ ra của mạch khuếch đại phải từ 0-5V. Do đó
mạch khuếch đại phải có hệ số khuếch đại 1000 lần.
+ Xét khối KD1:
G1 =

𝑅1+𝑅2
𝑅𝑠

+

𝑅2+𝑅3
𝑅5

=

22𝑘+22𝑘
10𝑘

+

100𝑘+100𝑘
470

≈ 430

+ Xét khối KD2:
G2 =

𝐺

𝐺1

=

1000
430

≈ 2.32

Chọn R6 = 1k
G2 = (1 +

𝑅𝑉3
1𝑘

) => RV3 = 1.32k

2.1.4.2 Hộp nối Loadcell (junction box)
Trong hệ thống cân với khối lượng lớn, số lượng Loadcell sử dụng phụ thuộc
vào tải trọng chịu đựng, chiều dài vật thể cần cân… thường là 4, 6 hoặc 8 loadcell.

Trang 10


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

- Do sử dụng nhiều loadcell trong hệ thống cân nên cần phải cộng các tín hiệu
ra trước khi đưa vào khuếch đại tín hiệu.

- Vì mỗi loadcell có một độ nhạy khác nhau nên Junction box có bốn biến trở
điều chỉnh các loadcell cùng ra một sai lệch điện áp với cùng một trọng tải. Các biến
trở này được mắc vào nguồn cung cấp cho loadcell vì khi thay đổi điện áp nguồn
cấp sẽ làm thay đổi tín hiệu điện áp ra.
- Sơ đồ nguyên lý kết nối như hình:

Hình 2.6: sơ đồ nguyên lý hộp nối loadcell
- Với kết nối như trên thì mạch tương đương của bộ cộng tín hiệu Loadcell có
thể được vẽ như hình:

Hình 2.7: Mạch tương đương hộp nối loadcell
Trang 11


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

Esig = Sig(+) – Sig(-)
Zin: là tổng trở nhập của bộ khuếch đại.
Gọi U là điện áp ngõ vào bộ khuếch đại
Ta có:
𝑈

=

𝑍𝑖𝑛

4

𝑈−𝐸𝑆𝑖𝑔1
𝑅1+𝑟1

U( −
𝑅

+

1

𝑈−𝐸𝑆𝑖𝑔2
𝑅2+𝑟2

+

𝑈−𝐸𝑆𝑖𝑔3
𝑅3+𝑟3

+

𝑈−𝐸𝑆𝑖𝑔4
𝑅4+𝑟4

1

) = 𝑅(𝐸𝑆𝑖𝑔1 +𝐸𝑆𝑖𝑔2 + 𝐸𝑆𝑖𝑔3 + 𝐸𝑆𝑖𝑔4 )
𝑍𝑖𝑛

=> U =

𝑍𝑖𝑛
4𝑍𝑖𝑛−𝑅

(𝐸𝑆𝑖𝑔1 +𝐸𝑆𝑖𝑔2 + 𝐸𝑆𝑖𝑔3 + 𝐸𝑆𝑖𝑔4 )

- Thông thường R1=R2=R3=R4=R và rất lớn so với ri nên :
U(

1

𝑅1

+

1
𝑅2

+

1
𝑅3

+

1
𝑅4

+

1

)=
𝑍𝑖𝑛

𝐸𝑆𝑖𝑔1
𝑅1

+

𝐸𝑆𝑖𝑔2
𝑅2

+

𝐸𝑆𝑖𝑔3
𝑅3

+

𝐸𝑆𝑖𝑔4
𝑅4

Như vậy tín hiệu ra của 4 Loadcell được cộng trươc khi vào đầu cân.
2.1.5 Khối mạch đo điện áp
- Do vi điều khiển chỉ đo được điện áp trong khoảng 0-5V DC nên để đo được
điện áp 0-24V thì cần mắc cầu phân áp để điện áp ngõ ra ngõ là 0-5V sau đó nhân
với hệ số 24/5 = 4.8 ra được điện áp ngõ vào.
- Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2.8: Mạch đo điện áp

Trang 12


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Vout =

𝑅𝑉1

*Vcc =

𝑅𝑉1+𝑅1

𝑅𝑉1
𝑅𝑉1+22𝑘

Đồ Án Học Phần 2B

*24 = 5(V)

=> RV1≈ 5.8kΩ

2.1.6 Khối mạch đo dòng điện
- Sử dụng cảm biến ACS 712:
+ACS 712
5A (x05B):
+Ip: -5A - 5A.
 + Độ nhạy: 180 - 190 mV/A. - Do độ nhạy của cảm biến quá nhỏ không thể
đo được dòng điện nhỏ vài chục mA nên cần có module khuếch đại tín hiện.
 Sơ đồ phần cứng mạch khuếch đại:

Hình 2.9: Mạch khuếch đại đo điện áp
- Ngõ ra của ACS712 khi chưa có tải là 2.5V
- Khi nối tải 0-5A thì ngõ ra: Ua = 2.5V ~3.5V
- Thiết kế khuếch đại để Ub = 0V  1V
- Tạo điện áp tham chiếu (V-) cho U2 = 2.5V với nguồn +5V
Trang 13


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

Nên R1=R2=10k;
Xét Opamp U2: là mạch khuếch đại vi sai có R3=R4=R5=R6 = 1kΩ
Ub = Ua – 2.5 => Ub = 01V
- Để đọc tín hiệu về vi điều khiển thì Uc = 05V
Xét Opamp U3: là mạch khuếch đại không đảo
Chọn R7 =560Ω
Uc = Ub*(1 +

𝑅𝑉2

𝑅𝑉2

) = 1*(1 + 560 ) => RV2= 2.24 kΩ
𝑅7

2.1.7 Khối mạch xuất tính hiệu ngỏ ra
- Giá trị dòng điện ngõ ra phụ thuộc vào giá trị đo được từ cảm biến.

- Do vi điều khiển không thế xuất tín hiệu dòng điện từ 0-20mA nên cần phải
có mạch khuếch đại và chuển đổi tín hiệu từ điên áp 0-5V sang dòng 0-20mA.
- Sơ đồ mạch nguyên lý :

Hình 2.10: Mạch xuất tín hiêu ngõ ra 0-20mA

Trang 14


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

Ta có :
Ic ≈ Ie, để Ic = 020mA thì Ic = 020mA
Chọn R7 = 250Ω
Ie =

𝑈𝑐
𝑅7

=

𝑈𝑐
250

= 020mA

=> Uc = 0 5V mà Ub=Uc
Chọn điện áp tham chiếu (V-) cho Opamp U2 là 1.25V

Ua =

𝑅1

*5 = 1.25 với R1= 1k

𝑅1+𝑅𝑉1

=> RV1 = 3kΩ
+ Xét Opamp U2:
Chọn R2=R3=4.7k; R4 = 100k
(𝑅𝑉2+𝑅2)𝑅4

𝑅𝑉2

Ub = Uin ( (𝑅4+𝑅3)𝑅2 ) – Ua (
(𝑅𝑉2+4.7𝑘)∗100𝑘

= 5 ( (100𝑘+4.7𝑘)4.7𝑘 ) – 1.25 (

𝑅2

𝑅𝑉2

4.7𝑘

) = 5(V)

) = 5(V)

 RV2=300Ω

Trang 15


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

2.1.8 Khối mạch hiển thị LCD và chọn kênh xuất tín hiệu ngỏ ra
- Trong đề tài sử dụng LCD 16x2
Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD

Hình 2.12: sơ đồ mạch chọn kênh xuất tín hiệu ngõ ra
Trang 16


GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

2.2 Thiết kế phần mềm:
2.2.1 Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển

Hình 2.13: Lưu đồ giải thuật cho vi điều khiển

Trang 17

GVHD: TS. Mai Thăng Long

Đồ Án Học Phần 2B

2.2.2 Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính (Visual Studio C#)

Hình 2.14: Lưu đồ giải thuật phần mềm giao diện máy tính

Trang 18