NGHIÊN cứu về cảm BIẾN, ỨNG DỤNG THIẾT kế mô HÌNH NHÀ THÔNG MINH sử DỤNG cảm BIẾN CHUYỂN ĐỘNG, cảm BIẾN NHIỆT độ, cảm BIẾN QUANG

Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

Chương trình chất lượng cao

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ CẢM BIẾN, ỨNG DỤNG THIẾT
KẾ MÔ
HÌNH NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG : CẢM
BIẾN CHUYỂN ĐỘNG, CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ, CẢM BIẾN
QUANG

Lớp: KSCLC-THCN K60
Mã lớp học:
Giáo viên hướng dẫn:
Page 1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN

5

1.1 Khái niệm và phân loại cảm biến

5

1.2 Đường cong chuẩn của cảm biến

5

1.3 Các đặc trưng cơ bản

6

1.4 Độ tuyến tính

7

1.5 Mạch đo

9

1.5.1 Sơ đồ mạch đo
1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch đo

CHƯƠNG 2 : CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH
2.1 Vi điều khiển

13
13

2.1.1 Tổng quan về 8051
2.1.2 Cấu trúc vi điều khiển AT89S52

2.2 Hiển thị nhiệt độ bằng LCD

16

2.2.1 Phân loại LCD
2.2.2 Sơ đồ chân của LCD
2.2.3 Nguyên tắc hiển thị kí tự trên LCD

2.3 GIAO TIẾP VỚI BỘ HIỂN THỊ TƯƠNG TỰ-SỐ(ADC)
Page 2

17


2.4 Cảm biến nhiệt độ

18

2.5 Cảm biến quang

21

2.6 Cảm biến chuyển động

23

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ MÔ HÌNH

26

3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG

26

3.2 Ứng dụng

31

KẾT LUẬN

32

Page 3


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ
nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp
phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật
điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm như sự chính xác cao, tốc
độ nhanh, gọn nhẹ và hoạt động ổn định. Là những yếu tố cần thiết làm cho hoạt động của
con người đạt hiệu quả cao. Từ lâu cảm biến được sử dụng như những thiết bị để cảm
nhận và phát hiện, nhưng chỉ từ vài ba chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện vai trò
quan trọng trong kỹ thuật và công nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực đo lường, kiểm tra và
điều khiển tự động. Chính vì vậy em đã chọn đề tài : “NGHIÊN CỨU VỀ CẢM BIẾN, ỨNG
DỤNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG : CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG, CẢM
BIẾN NHIỆT ĐỘ, CẢM BIẾN QUANG” cho đồ án thực tập của mình. Nội dung báo cáo này

gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2 : CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ MÔ HÌNH
Mặc dù rất cố gắng hoàn thành bài báo cáo này nhưng vẫn không tránh khỏi thiếu sót
mong thầy và các bạn đóng góp ý kiến để em có thể hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Page 4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN
1.1 Khái niệm và phân loại cảm biến
- Khái niệm: Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các
đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý
được.
Đặc trưng điện S là hàm của đại lượng cần đo m: s = f(m).
Quan hệ giữa s và m có thể là tuyến tính hoặc phi tuyến. Song thực tế để dễ sử dụng thông
thường người ta chế tạo cảm biến sao cho nó có sự liên hệ tuyến tính giữa biến thiên đầu ra
và biến thiên đầu vào.
∆s = S. ∆m
(1.1)
Trong đó: S gọi là độ nhạy của cảm biến.
- Phân loại cảm biến: Các bộ cảm biến được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây:
Theo nguyên lý người ta chia cảm biến làm hai loại:
+ Cảm biến tích cực : là các cảm biến hoạt động như một máy phát, đáp ứng (s) là điện tích,
điện áp hay dòng.
+ Cảm biến thụ động : là các cảm biến hoạt động như một trở kháng trong đó đáp ứng (s) là
điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung
1.2 Đường cong chuẩn của cảm biến
Khái niệm: Đường cong chuẩn cảm biến là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của đại
lượng điện (s) ở đầu ra của cảm biến vào giá trị của đại lượng đo (m) ở đầu vào. Đường
cong chuẩn có thể biểu diễn bằng biểu thức đại số dưới dạng s = F(m ) , hoặc bằng đồ thị
như hình sau:

Page 5

a. Dạng đường cong chuẩn
b. Đường cong chuẩn của cảm biến tuyến tính
1.3 Các đặc trưng cơ bản
- Độ nhạy của cảm biến: Đối với cảm biến tuyến tính, giữa biến thiên đầu ra Δs và biến

thiên đầu vào Δm có sự liên hệ tuyến tính
Δs = S.Δm (1.2)
Đại lượng S xác định bởi biểu thức S=s/m được gọi là độ nhậy của cảm biến,
Trong trường hợp tổng quát, biểu thức xác định độ nhậy S của cảm biến xung quanh
giá trị mi của đại lườn đo xác định bởi tỷ số giữa biến thiên S của đại lượng đầu ra
và biến thiên m tương ứng của đại lượng đo ở đầu vào quanh giá trị đó
(1.3)
- Độ nhạy trong chế độ tĩnh và tỷ số chuyển đổi tĩnh:
Đường chuẩn cảm biến, xây dựng trên cơ sở đo các giá trị si ở đầu ra tương ứng với
các giá trị không đổi mi của đại lượng đo khi đại lượng này đạt đến chế độ làm việc
danh định được gọi là đặc trưng tĩnh của cảm biến. Một điểm Qi(mi,si) trên đặc
trưng tĩnh xác định một điểm làm việc của cảm biến ở chế độ tĩnh.
Trong chế độ tĩnh, độ nhạy S xác định theo công thức (1.3) chính là độ đốc của
đặc trưng tĩnh ở điểm làm việc đang xét. Như vậy, nếu đặc trưng tĩnh không phải là
tuyến tính thì độ nhạy trong chế độ tĩnh phụ thuộc điểm làm việc.
Đại lượng ri xác định bởi tỷ số giữa giá trị si ở đầu ra và giá trị mi ở đầu vào
được gọi là tỷ số chuyển đổi tĩnh:
(1.4)
Từ (1.4), ta nhận thấy tỷ số chuyển đổi tĩnh ri không phụ thuộc vào điểm làm
việc Qi và chỉ bằng S khi đặc trưng tĩnh là đường thẳng đi qua gốc toạ độ.

Page 6

- Độ nhạy trong chế độ động:
Độ nhạy trong chế độ động được xác định khi đại lượng đo biến thiên tuần hoàn
theo thời gian.
Giả sử biến thiên của đại lượng đo m theo thời gian có dạng:
m(t) = m 0 + m1 cos ωt (1.5)
Trong đó m0 là giá trị không đổi,m1 là biên độ, là tần số góc của biến thiên đại lượng
đo.Ở đầu ra của cảm biến, S có dạng:
s(t) = s0 + s1 cos(ωt +φ) (1.6)
Trong đó :
+ S là giá trị không đổi tương ứng với m0 xác định điểm làm việc q0 trên đường
cong chuẩn ở chế độ tĩnh
+ S1 là biên độ biến thiên ở đầu ra do thành phần biến thiên của đại lượng đo
gây ra
+ φ là độ lệch pha giữa đại lượng đầu vào và đại lượng đầu ra
Trong chế độ động độ nhậy S của cảm biến được xác định bởi tỷ số giữa biên độ
của đầu ra s1 và biến thiên của biến thiên đầu vào m1 ứng với điểm làm việc được
xét q0, theo công thức:
(1.7)
Độ nhậy trong chế độ động phụ thuộc vào tần số đại lượng đo S=S(f)
1.4 ĐỘ TUYẾN TÍNH
- Khái niệm:
Một cảm biến được gọi là tuyến tính trong một dải đo xác định nếu trong dải chế độ đó,
độ nhạy không phụ thuộc vào đại lượng đo.
Trong chế độ tĩnh, độ tuyến tính chính là sự không phụ thuộc của độ nhạy của cảm biến vào
giá trị của đại lượng đo, thể hiện bởi các đoạn thẳng trên đặc trưng tĩnh của cảm biến và
hoạt động của cảm biến là tuyến tính chừng nào đại lượng đo còn nằm trong vùng này.
Trong chế độ động, độ tuyến tính bao gồm sự không phụ thuộc của độ nhạy ở chế độ
Page 7

tĩnh S(0) vào đại lượng đo, đồng thời các thông số quyết định sự hồi đáp (như tần số riêng
f0 của dao động không tắt, hệ số tắt dần ξ cũng không phụ thuộc vào đại lượng đó).
Đường thẳng tốt nhất:
Khi chuẩn cảm biến, từ kết quả thực nghiệm ta nhận được một loạt điểm tương ứng
(si,mi) của đại lượng đầu ra và đại lượng đầu vào. Về mặt lý thuyết, đối với các cảm biến
tuyến tính, đường cong chuẩn là một đường thẳng. Tuy nhiên, do sai số khi đo, các điểm
chuẩn (mi, si) nhận được bằng thực nghiệm thường không nằm trên cùng một đường thẳng.
phương trình có dạng:
s = am + b (1.8)
Độ lệch tuyến tính:
Đối với các cảm biến không hoàn toàn tuyến tính, người ta đưa ra khái niệm độ lệch
tuyến tính, xác định bởi độ lệch cực đại giữa đường cong chuẩn và đường thẳng tốt nhất,
tính bằng % trong dải đo.
Sai số và độ chính xác
Các bộ cảm biến cũng như các dụng cụ đo lường khác, ngoài đại lượng cần đo (cảm
nhận) còn chịu tác động của nhiều đại lượng vật lý khác gây nên sai số giữa giá trị đo được
và giá trị thực của đại lượng cần đo.Gọi x là giá trị tuyệt đối giữa giá trị đo và giá trị thực
x(sai số tuyệt đối), sai số tương đối của bộ cảm biến được tính bằng:
(1.9)
Sai số hệ thống: là sai số không phụ thuộc vào số lần đo, có giá trị không đổi
hoặc thay đổi chậm theo thời gian đo và thêm vào một độ lệch không đổi giữa giá
trị thực và giá trị đo được. Các nguyên nhân gây ra sai số hệ thống có thể là:
1. Do nguyên lý của cảm biến
2. Do giá trị của đại lượng chuẩn không đúng
3. Do đặc tính của bộ cảm biến
4. Do điều kiện và chế độ sử dụng
5. Do xử lý kết quả đo
Page 8

Sai số ngẫu nhiên : là sai số xuất hiện có độ lớn và chiều không xác định.
- Những nguyên nhân gây ra sai số ngẫu nhiên có thể là:
+ Do sự thay đổi đặc tính của thiết bị.
+ Do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên.
+ Do các đại lượng ảnh hưởng không được tính đến khi chuẩn
cảm biến.
Độ nhanh và thời gian hồi áp:
Độ nhanh Tr là đặc trưng của cảm biến cho phép đánh giá khả năng theo kịp về thời
gian của đại lượng đầu ra khi đại lượng đầu vào biến thiên. Thời gian hồi đáp là đại lượng
được sử dụng để xác định giá trị số của độ nhanh.

1.5 Mạch đo
1.5.1 Sơ đồ mạch đo
Mạch đo bao gồm toàn bộ thiết bị đo (trong đó có cảm biến) cho phép xác định
chính xác giá trị của đại lượng cần đo trong những điều kiện tốt nhất có thể.
Mạch đo nhiệt độ gồm một cặp nhiệt ghép nối trực tiếp với một milivôn kế.

Page 9


Mạch đo điện thế bề mặt
1. Máy phát chức năng
2. Cảm biến điện tích
3. Tiền khuếch đại
4. So pha lọc nhiễu
5. Khuếch đại
6. Chuyển đổi tương tự số
7. Máy tính
1.5.2 Một số phần tử cơ bản của mạch đo

Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT)
Bộ khuếch đại thuật toán mạch tích hợp là bộ khuếch đại dòng một chiều có hai đầu
vào và một đầu ra chung, thường gồm hàng trăm tranzito và các điện trở, tụ điện ghép nối
với nhau. Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán biểu diễn trên hình

Page 10


Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán
Bộ khuếch đại đo lường IA
Bộ khuếch đại đo lường IA có hai đầu vào và một đầu ra. Tín hiệu đầu ra tỷ lệ với hiệu
của hai điện áp đầu vào:
U ra = A(U + −U − ) = AΔU

(1.8)

Sơ đồ bộ khuếch đai đo lường gồm ba KDTT ghép nối điện trở
Đầu vào vi sai đóng vai trò rất quan trọng trong việc khử nhiễu ở chế độ chung và
tăngđiện trở vào của KĐTT. Điện áp trên Ra phải bằng điện áp vi sai đầu vào ΔU và tạo
nên dòng điện i=U/Ra.Các điện áp ra từ KDTT U1và U2 phải băng nhau về biên độ
nhưng ngược pha nhau . Điện áp U3 của tầng thứ hai biến đổi đầu ra vi sai thành đầu ra đơn
cực. Hệ số khuếch đại tổng của IA bằng:

(1.10)
Page 11


Khử điện áp lệch
Đối với một bộ khuếch KĐTT lý tưởng khi hở mạch phải có điện áp ra bằng không khi
hai đầu vào nối mát. Thực tế vì các điện áp bên trong nên tạo ra một điện áp nhỏ (điện áp

phân cực) ở đầu vào KĐTT cỡ vài mV, nhưng khi sử dụng mạch kín điện áp này được
khuếch đại và tạo nên điện áp khá lớn ở đầu ra. Để khử điện áp lệch có thể sử dụng sơ đồ
hình 1.14, bằng cách điều chỉnh biến trở R3.

Sơ đồ bộ khuếch đai đo lường gồm ba KDTT ghép nối điện trở
Mạch lặp lại điện áp
Để lặp lại điện áp chính xác, người ta sử dụng bộ KĐTT làm việc ở chế độ không đảo với
hệ số khuếch đại bằng 1 sơ đồ như hình

Mạch lặp lại điện áp
Trong bộ lặp điện áp, cực dương của KĐTT được nối trực tiếp với tín hiệu vào, còn cực
Page 12


âm được nối trực tiếp với đầu ra, tạo nên điện áp phản hồi 100% do đó hệ số khuếch đại
bằng 1. Mạch lặp điện áp có chức năng tăng điện trở đầu vào, do vậy thường dùng để nối
giữa hai khâu trong mạch đo.
Mạch cầu
Cầu Wheatstone thường được sử dụng trong các mạch đo nhiệt độ, lực, áp suất, từ
trường... Cầu gồm bốn điện trở R1, R2, R3 cố định và R4 thay đổi (mắc như hình) hoạt
động như cầu không cân bằng dựa trên việc phát hiện điện áp qua đường chéo của cầu.

Sơ đồ mạch cầu
Trong mạch cầu, điện áp ra là hàm phi tuyến nhưng đối với biến đổi nhỏ(< 0,05)
có thể coi là tuyến tính. Khi R1=R2, và R3=R4 độ nhậy của cầu là cực đại. Trường
hợp R1>>R2 hay R1<< R2 điện áp ra của cầu giảm. Đặt K =R1/R2 độ nhậy của cầu
là:

CHƯƠNG 2:CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH
2.1 VI ĐIỀU KHIỂN

2.1.1Tổng quan về 8051
Vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chip có thể lập
Page 13


trình được, dùng để điều khiển hoạt động của một hệ thống. Theo các tập lệnh của người
lập trình, bộ vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, đo thời gian và tiến hành đóng
mở một cơ cấu nào đó.
8051 là một bộ sử lý 8 bit có nghĩa là CPU chỉ có thể làm việc với 8 bit dữ liệu tại một
thời điểm. Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia ra thành các dữ liệu 8 bit để xử lý.
8051 có tất cả 4 cổng vào - ra I/O mỗi cổng rộng 8 bits(xem hình bên trong của sơ đồ
khối 8051).
8051 trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất và bán
các dạng biến thể của nó. Điều đó dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc
độ khác nhau, dung lượng ROM trên chip khác nhau nhưng tất cả các lệnh đều tương thích
với 8051 gốc.
Sơ đồ khối chung của họ vi điều khiển 8051:
+ Interrupt control : Điều khiển ngắt.
+ Other registers : Các thanh ghi khác.
+ 128 Byte RAM : RAM 128 Byte.
+ Timer 2, 1 , 0 : Bộ định thời 2 , 1 , 0
+ CPU : Đơn vị điều khiển trung tâm.
+ Oscillator : Mạch dao động.
+ Bus control: Điều khiển Bus
+ I/O ports: Các ports vào/ ra
+ Serial port: port nối tiếp
+ Address/data : địa chỉ/ dữ liệu

Page 14

2.1.2 Cấu trúc bên trong vi điều khiển AT89S52

Page 15


Cấu trúc bên trong VĐK AT89s52
Hoạt động định thời của AT89S52
Vi điều khiển AT89S52 có 3 bộ định thời 16 bit trong đó 2 bộ timer 0 và 1 có 4 chế độ
hoạt động, timer 2 có 3 chế độ hoạt động. Các bộ định thời dùng để định khoảng thời
gian(hẹn giờ), đếm sự kiện xảy ra bên ngoài bộ vi điều khiển hoặc tạo tốc độ baud cho
công nối tiếp của vi điều khiển
2.2 HIỂN THỊ NHIỆT ĐỘ BẰNG LCD
2.2.1 Phân loại LCD
Có thể chia các module LCD làm hai loại chính là:
- Loại hiển thị kí tự gồm có các kích cỡ 16x1 (16 ký tự trên 1 dòng), 16x2, 16x4, 20x1,
20x2, 20x4, 40x1, 40x2, 40x4. Mỗi ký tự được tạo bởi một ma trận các điển sáng kích
thước 5x7 hoặc 5x10 điểm ảnh.
- Loại hiển thị đồ họa đen trắng hoặc màu, gồm có các kích cỡ 1,47inch (128x128 điểm
ảnh); 1,8 inch(128x160 điểm ảnh)... được dùng trong điện thoại di động, máy ảnh số,
camera...
2.2.2 Sơ đồ chân của LCD
Chân

Ký hiệu

I/O
Page 16

Mô tả

1

Vss

-

Đất

2

Vcc

-

Dương nguồn 5v

3

Vee

-

Cấp nguồn điều khiển phản

4

RS

I

RS = 0 chọn thanh ghi lệnh. RS= 1
chọn thanh ghi dữ liệu

5

R/W

I

R/W= 1 đọc dữ liệu. R/W =0 ghi

6

E

I/O

Cho phép

7

DB0

I/O

Các bít dữ liệu

8

DB1

I/O

Các bít dữ liệu

9

DB2

I/O

Các bít dữ liệu

10

DB3

I/O

Các bít dữ liệu

11

DB4

I/O

Các bít dữ liệu

12

DB5

I/O

Các bít dữ liệu

13

DB6

I/O

Các bít dữ liệu

14

DB7

I/O

Các bít dữ liệu

Giới thiệu sơ đồ chân LCD
2.2.3 Nguyên tắc hiển thị kí tự trên LCD
Một chương trình hiển thị ký tự trên LCD sẽ đi theo bốn bước sau:
+ Xóa toàn bộ màn hình.
+ Đặt chế độ hiển thị

+ Đặt vị trí con trỏ (noi bắt đầu của ký tự hiển thị).
+ Hiển thị ký tự.
2.3 GIAO TIẾP VỚI BỘ HIỂN THỊ TƯƠNG TỰ-SỐ(ADC)
Giới thiệu về ADC
Bộ chuyển đổi ADC là bộ chuyển đổi tín hiệu ở dạng tương tự sang dạng số để
có thể làm việc được với CPU.
dây và anten Ứng dụng này chủ yếu mô tả cách thức tối ưu hóa ADC (Analog to Digital
Convertor) trong các phần cứng để không làm thay đổi bản chất của nó và làm cho nó hoạt
Page 17


động tốt nhất. Phương pháp này phụ thuộc vào các nhiễu bên trong của ADC và các nhiễu
bên ngoài như : trở kháng , nguồn , các vòng...
Tìm hiểu về ADC 0804
Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng National
Semiconductor. Chip này cũng được nhiều hãng khác sản xuất. Chip có điện áp nuôi +5V
và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số
quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ
ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì
thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và
không bé hơn 110µs

Sơ đồ chân ADC
2.4 CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ từ môi trường sẽ được cảm biến hấp thu, tại đây tùy theo cơ cấu của cảm
biến sẽ biến đại lượng nhiệt này thành một đại lượng điện nào đó. Như thế một yếu tố hết
sức quan trọng đó là “ nhiệt độ môi trường cần đo” và “nhiệt độ cảm nhận của cảm biến”.
Cụ thể điều này là: Các loại cảm biến mà các bạn trông thấy nó đều là cái vỏ bảo vệ, phần
tử cảm biến nằm bên trong cái vỏ này ( bán dẫn, lưỡng kim….) do đó việc đo có chính xác
hay không tùy thuộc vào việc truyền nhiệt từ môi trường vào đến phần tử cảm biến tổn

thất bao nhiêu ( 1 trong những yếu tố quyết định giá cảm biến nhiệt ).
Một nguyên tắc đặt ra là: Tăng cường trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường cần
đo.
Page 18


Cảm biến nhiệt độ LM35
LM35 là một họ IC cảm biến nhiệt độ sản xuất theo công nghệ bán dẫn dựa trên các
chất bán dẫn dễ bị tác động bởi sự thay đổi của nhiệt độ , đầu ra của cảm biến là điện áp(V)
tỉ lệ với nhiệt độ mà nó được đặt trong môi trường đo.
Họ LM35 có rất nhiều loại và nhiều kiểu đóng vỏ khác nhau.

Họ cảm biến nhiệt độ LM35
- Đặc điểm nổi bật:
Độ phân giải : 10mV/10C
Khả năng đo nhiệt độ trong khoảng: - 55 đến +150 (0 C) Nguồn áp hoạt động : 4V đến
30V
Điện áp đầu ra : +6V đến -1V
Ưu điểm: Rẽ tiền, dễ chế tạo,chống nhiễu tốt, mạch xử lý đơn giản. Khuyết điểm: Không
chịu nhiệt độ cao, kém bền.
Thường dùng: Đo nhiệt độ không khí, dùng trong các thiết bị đo, bảo vệ các mạch
điện tử

Page 19


* LM35 có độ biến thiên theo nhiệt độ : 10mV/1(0C)
* Độ chính xác cao, tính năng cảm biến nhiệt độ rất nhạy, ở nhiệt độ 25(0C) nó có sai số
không quá 1%. Với tầm đo từ 0(0C) đến 128(0C) , tín hiệu ngõ ra tuyến tính liên tục với
những thay đổi của tín hiệu ngõ vào.

* Thông số kỹ thuật:
- Tiêu tán công suất thấp .
- Dòng làm việc từ 400µA đến 5mA.
- Dòng ngược 15mA.
- Dòng thuận 10mA.
- Độ chính xác: khi làm việc ở nhiệt độ 25(0C) với dòng làm việc 1mA thì điện áp ngõ ra
từ 2,94V đến 3,04V.
* Đặc tính điện:
- Theo thông số của nhà sản xuất LM35, quan hệ giữa điện áp và ngõ ra như sau:
Vout =0.01*T(0K)=2,73+0,01*T(0C).
Vậy ứng với tầm hoạt động từ 0(0C) đến 100(0C) ta có sự biến thiên điện áp ngõ ra là
:Ở 0(0C) thì điện áp ngõ ra Vout = 2,73V
Mã sản phẩm

Dải nhiệt độ

Độ chính xác

LM35A

-55 C to + 150 C + 1.0 C

10 mV/F

LM35

-55 C to + 150 C + 1.5 C

10 mV/F

LM35CA

-40 C to + 110 C + 1.0 C

10 mV/F

LM35C

-40 C to + 110 C + 1.5 C

10 mV/F

LM35D

0 C to + 100 C

10 mV/F

+ 2.0 C

Đầu ra

Hướng dẫn chọn loạt các cảm biến nhiệt họ LM35
Page 20


2.5

CẢM BIẾN QUANG

Nguồn sáng :
Việc sử dụng 1 cảm biến chỉ có hiệu quả khi nó phù hợp với bức xạ ánh sáng (phổ ,
thông lượng , tần số ) . Nguồn sáng sẽ quyết định mọi đặc tính của bức xạ vì vậy việc tìm
hiểu nguồn sáng rất quan trọng trong việc chọn lựa và sử dụng cảm biến.
- Đèn sợi đốt wonfram :
Được cấu tạo gồm 1 dây wonfram có vỏ bọc bằng thủy tinh hoặc thanh anh có
chứa chất khí hiếm hoặc halogen ( I2 ) . Đèn wonfram co đặc điểm : Thông lượng lớn , dãy
phổ rộng, có thể giảm bằng các tấm lọc.
Do có quán tính nhiệt lớn nên không thể thay đổi bức xạ 1 cách nhanh chóng, tuổi thọ
thấp , dễ vở .
- Diode phát quang :
Thời gian hồi đáp nhỏ , khoảng vài ns do vậy có khả năng thay đổi theo tần số cao .Phổ
ánh sáng hoàn toàn xác định , độ tin cậy cao , bền theo thời gian Thông lượng tương đối
nhỏ ( ~ 10mW ) và nhạy với nhiệt độ là nhược điểm của đèn .
-Lazer :
Tia Lazer là nguồn sáng đơn sắc , độ chói lớn , rất định hướng và đặc biệt có tính
liên kết mạnh ( rất khó xãy ra tán sắc ánh sáng )
Lazer lá ánh sáng có bước song đơn sắc hòan toàn xác định , thông lượng lớn , có khả
năng nhận được chùm tia mảnh với độ định hướng cao và truyền đi với khoảng cách rất
lớn.
Diode Cảm Quang ( photo diode )
Có 2 chế độ sử dụng : chế độ quang dẫn và chế độ quang thế .
Chế độ quang dẫn
Chế độ quang dẫn được đặc trưng bởi độ tuyến tính cao , thời gian hồi đáp ngắn và dãi
thông lớn . Có 2 dạng sơ đồ
Dạng sơ đồ cơ sở :

Page 21

Dạng sơ đồ tác động nhanh

Chế độ quang thế
Trong chế độ này mạch có thể làm việc ở chế độ tuyến tính hoặc logarit tuỳ thuộc vào
tải , ít nhiễu , thời gian hồi đáp lớn và dải thông nhỏ , đặc biệt nhạy cảm với nhiệt độ khi
làm việc ở chế độ logarit.
Led thu và phát hồng ngoại:
Đối với modul mắt thu trên thì thường có hai loại module mắt thu tín hiệu hồng ngoại.
Một loại vỏ sắt và một loại vỏ bằng nhựa. Dùng loại module này chống được nhiễu bên
ngoài và thu được tín hiệu xung quang nó.
Trong phần thiết kế mạch sau này em sẽ sử dụng led thu và led phát tín hiệu hồng
ngoại để phát và thu tín hiệu hồng ngoại.
Ưu Điểm : Giá thành rẻ, dễ sử dụng và lắp đặt Nhược Điểm : Không hoạt động ổn định,
dễ hỏng,
Page 22


2.6 CẢM BIẾN CHUYỂN ĐỘNG (PIR)
Nó là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ
động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại. Đây chính là loại cảm biến được sử dụng
khá rộng rãi hiện nay.Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng.
Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ
cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta
sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể
làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ
động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ
thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con
vật...
Cấu tạo ,nguyên lý đầu dò PIR

Đầu dò PIR
Trên đây là đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, một
chân nối masse, một chân nối với nguồn volt DC, mức áp làm việc có thể từ 3 đến 15V.
Góc dò lớn. Để tăng độ nhậy cho đầu dò, Bạn dùng kính Fresnel, nó được thiết kế cho loại
đầu có 2 cảm biến, góc dò lớn, có tác dụng ngăn tia tử ngoại. Hình vẽ cho thấy cách
dùng đầu dò PIR để phát hiện người hay con vật di chuyển ngang.

Page 23


Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR
Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại,
qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến hồng
ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với transistor FET. Khi có một
vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ
được khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạc h so áp để tác động vào một thiết bị
điều khiển hay báo động.

Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của các nguồn thân nhiệt

Page 24


Hình sau dùng diễn tả nguyên lý làm việc của đầu dò PIR đối với người qua lại:

Nguyên lý làm việc của đầu dò PIR đối với người qua lại
Hình sau cho thấy vật liệu nhóm pyroelectric dùng làm cảm biến dò tia nhiệt.

Người ta kẹp vật liệu pyroelectric giữa 2 bản cực, khi có tác kích của các tia nhiệt, trên
hai 2 bản cực sẽ xuất hiệu tín hiệu điện, do tín hiệu yếu nên cần mạch khuếch đại. Trong

bộ đầu dò PIR, người ta gắn 2 cảm ứng PIR nằm ngang, và cho nối vào cực Gate (chân
Cổng) của một transistor FET có tính khuếch đại. Khi cảm biến pyroelectric thứ nhất nhận
được tia nhiệt, nó sẽ phát ra tín hiệu và khi nguồn nóng di chuyển ngang, sẽ đến cảm biến
pyroelectric thứ hai nhận được tia nhiệt và nó lại phát ra tín hiệu điện.

Page 25