Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng chip chuyên dụng trên công nghệ psoc cho hệ cảm biến docx

Nghiên cứu ứng dụng chip chuyên dụng trên
công ngh
ệ psoc cho hệ cảm biến
Tóm tắt:
Ứng dụng công nghệ mới, đẩy mạnh nội địa hóa và sản suất trong
nước là điều cần thiết nhằm nâng cao tính cạnh tranh của các sản
phẩm tại thị trường trong nước.
Với đặc thù nghề nghiệp, nhóm tác giả đã nghiên cứu ứng dụng
Chip chuyên dụng trên công nghệ chế tạo Chip thông minh PSoC
để t
ích hợp hệ cảm biến và giao tiếp với máy tính, nhằm hoàn thiện
một thiết bị có khả năng ứng dụng việc dạy và học nhiều module,
môn học trong lĩnh vực giáo dục chuyên nghiệp và dạy nghề dần
thay thế các thiết bị ngoại nhập hiện nay.
Hình 1. Chip điều khiển được thiết kế trên nền chíp trắng
CY8C24994-24BVXI của công nghệ PsoC
1. Giới thiệu chung.
Mục tiêu nghiên cứu chế tạo các thiết bị có khả năng tích hợp
nhiều cảm biến, chi phí cho việc sản xuất thấp, đồng thời làm chủ
được công nghệ cao để có được sự chủ động trong sản xuất đang
được các cơ sở sản xuất quan tâm hàng đầu. Với mục tiêu đó,
chúng tôi đ
ã ứng dụng chip thông minh trên công nghệ PsoC
(Programable System on Chip) để tích hoạt xử lý nhiều tín hiệu từ
hệ cảm biến nhằm mục đích ứng dụng trong việc chế tạo các thiết
bị phục vụ giáo dục với chi phí thấp; hỗ trợ kỹ thuật tốt với các
phần mềm phát triển dễ dùng. Đặc biệt, khi làm chủ công nghệ này
chúng ta hoàn toàn có th
ể tích hợp nhiều tính năng cho thiết bị,
kích thước của thiết bị được thu nhỏ; đẩy mạnh việc sản xuất h
àng

lo
ạt và có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của thiết bị.
2. Cấu trúc phần cứng của chip xử lý cho hệ cảm biến.
Hệ cảm biến được sử dụng trong thiết bị bao gồm cảm biến quang:
laserdiode; photodiode; phototransistoz; tế bào quang điện; cảm
biến điện hóa; cảm biến khí nhạy Gas; cảm biến nhiệt: transistoz
LM335; thanh nhiệt điện.
Việc tích hoạt hệ cảm biến này bằng một bo mạch socket, mục
đích là để tháo lắp cảm biến dễ d
àng ứng dụng cho công tác giảng
dạy của giáo viên và thực hành của học sinh; Mở rộng phạm vi ứng
dụng hoạt động của thiết bị.
Thiết lập phần cứng cho chip điều khiển PsoC
Hình 1. Minh họa tổng quát về cấu trúc được thiết lập cho chíp
điểu khiển:
Các đầu v
ào, ra của chip điều khiển gồm có:
Các đầu v
ào cho hệ cảm biến là cổng port0: bao gồm 8 cảm biến là
t
ổng hợp của các cảm biến khí, quang, điện hóa, nhiệt.
Cổng port4 mục đích mở rộng để thiết lập giao tiếp với các nút ấn
của bàm phím.
Các c
ổng đẩu ra hiển thị họat động của hệ cảm biến trên LCD bằng
cổng port 5.
Hình 2. Mô tả cấu trúc thiết lập các tài nguyên cho chíp
CY8C24994-24BVXI.
Sơ đồ thiết lập cấu trúc và tài nguyên sử dụng cho chíp điều
khiển

Với mục đích xử lý tín hiệu và hiển thị quá trình hoạt động của hệ
cảm biến nên tài nguyên của chip được sử dụng tới hai khối tương
tự và hai khối số:
Sơ đồ khối xử lý của thiết bị tích hợp cảm biến.
Việc sử dụng chip thông minh trên công nghệ PSoC có nhiều ưu
điểm. Ở đây, trong chip đ
ã tích hợp bộ chuyển đổi ADC (tương tự-
s
ố) có độ phân giải 12 bit hoặc 14 bit điều này cho phép lấy mẫu từ
cảm biến tới 1,2mV và đây là cơ sở giúp cho việc sử lý và hiển thị
chính xác khả năng hoạt động của các loại cảm biến có tín hiệu ra
nhỏ như cảm biến điện hóa, cảm biến khí; khối khuếch đại tín hiệu
PGA cho phép khuếch đại nội, điều này làm giảm thiểu tín hiệu
nhiễu do môi trường gây ra đối với quá trình làm việc của hệ cảm
biến. Tín hiệu sau khi được khuếch đại được giải mã và hiển thị
trên màn hình tinh thể lỏng chỉ thị việc hoạt động của cảm biến khi
phần tử cảm nhận tín hiệu tác động từ bên ngoài. Ngoài việc cho
tín hiệu hiển thị trên LCD (Liquid Crystal Display), nhóm tác giả
đồng thời gắn đầu ra của chip với các thiết bị ngoại vị b
ên ngoài
như đèn, loa, môtơ để khẳng định quá trình làm việc của hệ cảm
biến.
Các thông tin về cảm biến nhập vào từ bàn phím sẽ được chip xử
lý và giải mã hiển thị trên màn hình LCD.
Hình 3. Sơ đồ khối của thiết bị tích hợp cảm biến sử dụng chip
PSoC CY8C24994-24BVXI.
3. Kết luận.
Trong bài viết này, vấn đề ứng dụng công nghệ tiên tiến nhằm tích
hợp nhiều loại cảm biến hoạt động đồng thời trên một thiết bị. Như
vậy, thiết bị hoàn thành được ứng dụng trong việc chế tạo các thiết

bị cho việc giảng dạy của giáo viên và học tập của học sinh và ứng
dụng trong thực tế cho các nhà máy, cơ quan, gia đình khi cần có
một hệ thống cảnh báo trong đó tích hợp nhiều loại cảm biến.
Đồng thời việc áp dụng công nghệ mới để hạ giá th
ành sản xuất là
điểm mấu chốt được thực hiện. Trong thiết bị này, việc phát huy
hết ứng dụng của Chíp thông minh trên công nghệ PSoC chưa
được triệt để, với những phát triển v
à nghiên cứu tiếp của nhóm để
hoàn thiện thiết bị như việc mở rộng giao tiếp với các phần mềm
trên máy tính thì công nghệ PSoC là một công nghệ ưu tiên được
lựa trọn.