Thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng LM35 và ICL 7107

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
.......................***........................

BÁO CÁO ĐỒ ÁN I
Đề tài :Thiết kế mạch đo nhiệt độ sử dụng
LM35 và ICL7107
Giáo viên hướng dẫn: Thầy Trần Văn Tuấn
Lớp: KT Điện K59

Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2017

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
1


LỜI MỞ ĐẦU

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử, các thiết
bị điện tử tinh vi ngày càng được áp dụng nhiều vào trong đời sống và sản xuất. Trong
lĩnh vực điều khiển – tự động công nghệ chế tạo cũng ngày càng hiện đại cho ra đời hàng
loạt các thiết bị mới mà điển hình là các thiết bị cảm biến, vi điều khiển... ngày càng nhỏ
gọn, linh hoạt trong quá trình sử dụng mà giá cả lại ngày một hạ.
Đề tài nghiên cứu và tìm hiểu về các thiết bị điện tử này và ứng dụng của chúng trong
đời sống hằng ngày cũng trở thành đề tài hấp dẫn và ngày càng được nhiều sinh viên tìm
hiểu. Với những gì được học trên ghế nhà trường, kết hợp với các tài liệu tham khảo trên
các trang sách, báo, mạng internet em xin tìm hiểu về để tài thiết kế mạch đo nhiệt độ sử
dụng dây cảm biến nhiệt LM35 và IC7107
Đề tài được thiết kế dựa trên kiến thức đã học, sách tham khảo và một số nguồn tài
liệu khác. Tuy nhiên do thời gian và trình độ có hạn nên chúng em không tránh khỏi
những sai sót. Vì vậy mong thầy và các bạn góp ý xây dựng, giúp đỡ để hoàn thiện hơn

đề tài.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
2


Mục lục

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Nhiệt độ là tín hiệu vật lý mà ta thường xuyên gặp trong đời sống hàng ngày
cũng như trong kỉ thuật và công nghiệp.Chính vì thế việc đo nhiệt độ là một yêu
cầu thiết thực,hiện nay cảm biến đo nhiệt độ rất nhiều. Trong đề tài này em dùng
cảm biến LM35 là loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để đo
nhiệt độ môi trường
1.2 Mục tiêu đề tài
Thiết kế và chế tạo mạch đo nhiệt độ môi trường sử dụng LM35 và ICL7107.
1.3 Nội dung nghiên cứu
• Phương pháp đo nhiệt độ với LM35
• Phương pháp đo điện áp với ICL7107
MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
3


• Tìm hiểu thêm các ứng dụng cần đo nhiệt độ môi trường.
1.4 Ý nghĩa đề tài
• Giúp sinh viên tiếp cận với việc xây dựng một mạch đo thực tế.
• Sản phẩm có thể được ứng dụng trong thực tế đo nhiệt độ trong công nghiệp và

dân dụng
• Giúp nắm vững hơn kiến thức về mạch điện và điện tử.

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
4


CHƯƠNG 2: CÁC KHỐI TRONG MẠCH

KHỐI CẢM BIẾN
KHỐI KHUẾCH ĐẠI

KHỐI HIỂN THỊ

KHỐI XỬ LÝ

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
5


2.1. Khối cảm biến

• LM35 là một cảm biến
nhiệt độ analog
• LM35 có 3 chân : 2 chân
cấp nguồn và 1 chân xuất
điện áp ra tùy theo nhiệt
độ

LM35DZ là loại cảm biến nhiệt độ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp,bởi giá

thành thấp và cách vận hành đơn giản.LM35 có mức điện áp thay đổi trực tiếp theo độ C
(10mV/°C)
Sơ đồ chân của LM35 :

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
6


•

Chân +Vs là chân cung cấp điện áp cho LM35 hoạt động (4 - 20V).

•

Chân Vout là chân điện áp ngõ ra của LM35, được đưa vào chân Analog của các bộ ADC.

•

Chân GND là chân nối mass, lưu ý cần nối mass chân này để trành làm hỏng cảm biến
cũng như làm giảm sai số trong quá trình đo.

Một số thông số chính của LM35:
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu ra của
nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng không yêu cầu cân
chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh
Đặc điểm chính của cảm biến LM35
+ Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V
MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
7

+ Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/°C
+ Độ chính xác cao ở 25°C là 0.5°C
+ Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải
Dải nhiệt độ đo được của LM35 là từ -55°C - 150°C với các mức điện áp ra khác nhau.
Xét một số mức điện áp sau :
- Nhiệt độ -55°C điện áp đầu ra -550mV
- Nhiệt độ 25°C điện áp đầu ra 250mV
- Nhiệt độ 150°C điện áp đầu ra 1500mV
Tùy theo cách mắc của LM35 để ta đo các giải nhiệt độ phù hợp. Đối với hệ thống này
thì đo từ 0°C đến 150°C. Chi tiết các bạn có thể xem trong datasheet của nó
Sai số của LM35
+ Tại 0 độ C thì điện áp của LM35 là 10mV
+ Tại 150 độ C thì điện áp của LM35 là 1.5V
==> Giải điện áp ADC biến đổi là 1.5 - 0.01 = 1.49 (V)
+ ADC 11 bit nên bước thay đổi của ADC là : n = 2.44mV
Vậy sai số của hệ thống đo là : Y = 0.00244/1.49 = 0.164%

Mô phỏng bằng Proteus:

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
8


Nhiệt độ là 27C, điện áp xuất ra là V=0.27176 chứng tỏ sự tăng 10mV/ °C là khá
chính xác.
Khi mô phỏng Proteus, nếu khối LM35 không hoạt động, thì click chuột phải/ edit
properties/ bỏ check exclude from Simulation đi.

2.2 Khối khuếch đại.

Sử dụng ICL7660

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
9


Sơ đồ chân ICL7660:

Kích thước chân ICL7660:

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
10


Thông số kĩ thuật ICL7660:

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
11


2.3 Khối xử lý tín hiệu và hiển thị.
2.3.1 Giới thiệu vi mạch ICL7107

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
12


ICL7107 của hãng Intersil là một bộ AD 3 digit công suất thấp, hiển thị tốt. Bao gồm
trong IC này là bộ giải mã LED 7 đoạn, bộ điều khiển hiện thị, bộ tạo chuẩn,và bộ tạo
xung đồng hồ. Các đặc tính của nó bao gồm: tự chỉnh “0” nhỏ hơn uV, điểm “0” trượt

không quá 1uV/oC, độ dốc dòng ngõ vào tối đa là 10pA.
Các giá trị định mức:
Điện áp nguồn:
V+→GND: 6V (Cụ thể đối với đồ án này là +5V)
V-→GND: -9V(Cụ thể đối với đồ án này là -5V)
Điện áp ngõ vào analog: V+→VĐiện áp ngõ vào tham chiếu: V+→VNgõ vào clock: GND→V+
Các điều kiện bên ngoài:
Phạm vi nhiệt độ: 0oC→70oC
Về nhiệt:
Nhiệt trở: 50ƟJA(oC/W)
Nhiệt độ định mức cho phép của các mối nối: 150oC
Phạm vi nhiệt độ lưu trữ định mức: -65oC→150oC
Tóm tắt thông tin thiết kế:
Tần số bộ dao động :
fOSC = 0.45/RC
COSC > 50pF; ROSC > 50k

Ω

fOSC (typical) = 48kHz
Chu kỳ dao động:
tOSC = RC/0.45
MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
13


Tần số đồng hồ tích hợp:
fCLOCK = fOSC/4
Chu kỳ tích hợp:
tINT = 1000x(4/ fOSC)

Chuẩn loại bỏ 50/60Hz:
tINT/t60Hz hay tINT/t60Hz = số nguyên
Dòng tích hợp tối ưu:
IINT = 4uA
Điện áp toàn giai ngõ vào analog:
VINFS (typical) =200mV hoặc 2V(Cụ thể trong đồ án này chọn thanh đo 2V)
Trở tích hợp:
RINT = VINFS/ IINT
Tụ tích hợp:
CINT = (tINT .IINT)/VINT
Độ lắc điện áp ngõ ra bộ tích hợp:
VINT = (tINT .IINT)/CINT
Độ lắc tối đa VINT:
(V- +0.5V) < VINT < (V+ -0.5V), VINT (typical) = 2V
Bộ đếm hiện thị:
COUNT = 1000.VIN/VREF
Chu kỳ chuyển đổi:
tCYC = tCLOCK x 4000
tCYC = tOSC x 16000
khi fOSC = 48kHz thì tCYC =333ms
MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
14


Điện áp ngõ vào trạng thái mode chung:
(V- +1V) < VIN < (V+ -0.5V)
Tụ tự chỉnh “0”
0.1uF < CREF < 1uF
VCOM

≅

V+ -2.8V

Tổn thất điều chỉnh khi V+ → V- <

≅

6.8V

Nếu VCOM bị kéo tụt xuống (V+ → V-)/2 thì mạch VCOM sẽ ngắt
Dạng sóng ngõ ra khuếch đại tích hợp điển hình (chân 27 – INT)

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
15


MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
16


2.5.4 Sơ đồ mạch hiển thị vẽ trên Proteus:

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
17


2.6 Thực hiện vẽ mạch in trên Altium.
Mạch nguyên lý:

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
18


Mạch in trên ALTIUM:

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
19


CHƯƠNG 3: CÁC BƯỚC HIỆU CHỈNH MẠCH
3.1 Lựa chọn thang đo cho ICL7107.
Phạm vi hoạt động của ICL7107 là -199.9→199.9. Trong giải đo này điện áp đầu ra
Vout của cảm biến biến đổi trong khoảng từ -100 oC→169 oC . ICL7107 có hai thang đo
là 200mV và 2V như vậy ta sẽ lựa chọn thang đo 200mV để phù hợp với giải đo yêu cầu
của mạch đề ra
Ta có dislaycount cua ICL7107 la :
COUNT

Mạch mới lắp vao chưa chạy vì VREF và V trừ của mạch khuếch đại chưa chính
xác.Nên ta cần phải hiệu chỉnh bằng cách xoay biến trở theo thiều thích hợp để nhận được
VREF=0,1V.
3.2 Điều chỉnh điện áp trừ của mạch khuếch đại.
Điện áp trừ của mạch khuếch đại ta cần điều chỉnh về 0,1V nên ta xoay biến trở về
0.1V.

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
20

KẾT LUẬN
Mạch hoạt động bình thường tuy nhiên vẫn còn các yếu tố sai số. Đồng thời hiển thị
LED số vẫn đang còn bị mờ ở dải nhiệt từ 20 đến nhỏ hơn 30 độ C.
Mạch vẫn còn sai số do các yếu tố sau:
 Nhiễu trong thiết kế mạch điện tử là các loại tín hiệu tạp chất được sinh ra một
cách ngẫu nhiên gây ảnh hưởng xấu tới tín hiệu thông tin.
 Nhiệt độ môi trường ko ổn định (đóng vai trò nhỏ).
 Xấp xỉ hàm điện trở của LM35 Vậy nên nhiệt càng cao thì sai số càng lớn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
21


1. Datasheet ICL7107
/>2. Datasheet LM35
/>3. Datasheet ICL7660
www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/icl7/icl7660.pdf

/> />
TEMPERATURE MEASUREMENT CIRCUIT

MẠCH ĐO NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG LM35 VÀ ICL7107
22