Bài giảng Đo lường - Cảm biến - Chương 9: Các mạch điện thông dụng trong Đo lường Xử lý các kết quả đo lường

Đo lường - cảm biến Các mạch điện thông dụng trong Đo lường Xử lý các kết quả đo lường Nội dung • Mạch khuếch đại và một số mạch thông dụng • Chuyển đổi tương tự - số • Ghép nối với máy tính • Xử lý kết quả đo lường Đo lường – Cảm biến Mạch khuếch đại • Chức năng – Khuyếch đại – Bộ lọc, xử lý tín hiệu, hiệu chỉnh sự phi tuyến Temperature Pressure Flow Motion . Sensor Signal Conditioning Circuitry Digital Computer Đo lường – Cảm biến 4Mạch khuếch đại đảo  Khuếch đại đảo Gain = - Rf / Ri • Tầm tuyến tính: phụ thuộc vào nguồn cung cấp Bão hòa • Trở kháng ngõ vào: Ri Đo lường – Cảm biến 5Mạch khuyếch đại không đảo • Khuyếch đại không đảo – Gain = (Rf + Ri) / Rf • Trở kháng ngõ vào: rất lớn (infinite) Đo lường – Cảm biến 6Một số mạch khuếch đại khác • Vo = Vi • Ứng dụng – Mạch đệm: cách ly ngõ ra và ngõ vào – Biến đổi trở kháng: dùng trong các mạch thu thập dữ liệu (ADC hay DAC) khi cần trở kháng cao Mạch khuếch đại vi sai V6 = (V2 – V1) * R2 / R1 - Trở kháng ngõ vào không cao Đo lường – Cảm biến Một số mạch khuếch đại khác Đo lường – Cảm biến DG = (V1-V2) / (V3-V4) = (2*R4 + R3) / R3 V6 = (V3-V4)*DG*R2 / R1 - Kết hợp giữa mạch khuếch đại không đảo và khuếch đại vi sai - Trở kháng đầu vào cao - Thay đổi R3 để điều chỉnh độ khuếch đại Mạch VCO (Voltage Controlled Oscillator) Đo lường – Cảm biến VCO = VFC Voltage to Frequency Converter Mạch VCO biến đổi điện áp đầu vào thành chuỗi xung ra có tần số tỉ lệ với độ lớn điện áp Một số mạch điện thông dụng khác • Mạch chia áp • Cầu Wheatstone Đo lường – Cảm biến R1 R2 Vs Vo Vo = {R2 / (R1 + R2)} Vs R1 R2 R3 R4 E a bEo Eo = {(R2R3 – R1R4) / (R1+R3)(R2+R4) } E Chuyển đổi tương tự - số • Tương tự số: ADC • Số tương tự: DAC Đo lường – Cảm biến Xử lý kết quả đo lường • Đảo chiều và thay đổi tầm điện áp Đo lường – Cảm biến - Mạch đảo chiều (Rf/Ri = 1) hoặc Rf/Ri thích hợp để thay đổi tầm điện áp - Ứng dụng: ví dụ như điều chỉnh ngõ ra của DAC • Mạch cộng Vo = -Rf(V1/R1 + V2/R2 + + Vn/Rn) - Rf quyết định độ khuếch đại - Ri quyết định các trọng số và trở kháng đầu vào Xử lý kết quả đo lường • Mạch tích phân Đo lường – Cảm biến 1 0 0 1 t i icv v dt v RC    - Vo sẽ bão hòa nếu ngõ vào Vi hở mạch - Reset: S1 đóng, S0 mở - Tích phân: S1 mở, S0 đóng - Mạch chốt: S1 mở, S0 mở (V0 được giữ không đổi) Xử lý kết quả đo lường • Mạch vi phân Đo lường – Cảm biến 0 idvv RC dt   - Không ổn định ở tần số cao - Để ổn định, thì 0 0 i R R A C  Xử lý kết quả đo lường • Mạch so sánh Đo lường – Cảm biến Vi > Vr Vo = -Vs Vi < Vr Vo = Vs Nếu Vi = Vr + small noise thì ngõ ra sẽ chuyển đổi rất nhanh giữa  Vs Xử lý kết quả đo lường • Mạch so sánh với khâu trễ Đo lường – Cảm biến - Vòng trễ - Loại bỏ được ảnh hưởng của nhiễu nhỏ (small noise) Xử lý kết quả đo lường • Mạch chỉnh lưu Đo lường – Cảm biến • Chỉnh lưu nửa sóng chính xác • Chỉnh lưu toàn sóng chính xác • Mạch giới hạn Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp thụ động bậc nhất Đo lường – Cảm biến 1 , 1 o i V RC V j      Lọc các thành phần tần số cao Bậc của bộ lọc là số lượng của tụ C và cuộn L Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông cao thụ động bậc nhất Đo lường – Cảm biến , 1 o i V j RC V j       Lọc các thành phần tần số thấp Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp thụ động bậc hai Đo lường – Cảm biến Dùng để tăng độ suy giảm của hàm truyền 2 1 ( / ) (2 / ) 1 1 , 2 o i c c c V V j j R C LC L             1  1  1  Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông cao thụ động bậc hai Đo lường – Cảm biến Dùng để tăng độ suy giảm của hàm truyền 1  1  1  2 2( / ) (2 / ) 1 1 , 2 o i c c c V V j j R C LC L              Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp tích cực bậc một Đo lường – Cảm biến Dùng khuếch đại đảo và hồi tiếp tụ điện Đáp ứng tần số giống như bộ lọc thụ động Trở kháng đầu ra rất thấp Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông cao tích cực bậc một Đo lường – Cảm biến Dùng khuếch đại đảo và hồi tiếp tụ điện Đáp ứng tần số giống như bộ lọc thụ động Trở kháng đầu ra rất thấp Xử lý kết quả đo lường • Mạch lọc thông thấp tích cực bậc cao Đo lường – Cảm biến • Mạch lọc thông cao tích cực bậc cao 24 Giao tiếp nối tiếp • Ưu điểm của giao tiếp nối tiếp so với song song – Truyền dữ liệu xa hơn – Chỉ cần 1 dây data – Ít dây, các bộ truyền và nhận hơn – Dùng nhiều trong thương mại, như đường dây điện thoại hoặc data • Parallel Vs. Serial – 1 clock for 4 bit transfer – 4 clock for 4 bit transfer Đo lường – Cảm biến 25 Bắt tay • Là quá trình sử dụng các tín hiệu để thiết lập truyền thông có điều kiện • Qui trình – Transmitter kích hoạt RTS – Receiver cảm nhận CTS bằng interrupt hay Polling – Receiver kích hoạt RTS – Transmitter cảm nhận được CTS • Transmitter chờ đến khi ngõ vào CTS được kích hoạt – Transmitter gửi Data • DTE (Data Terminal Equipment) – Terminal hay Computer • DCE (Data Communications Equipment) – Modem hay Printer Đo lường – Cảm biến 26 Giao tiếp nối tiếp không đồng bộ • Serial Communication – Không đồng bộ • Không có thông tin xung clock • Truyền một lúc một kí tự • Tốc độ – 50 ~ 5.6Kbps – Đồng bộ • Dùng xung clock để đồng bộ • Truyền nhiều kí tự hoặc nhiều bit một lúc • Ví dụ, truyền kí tự ‘S’ – Start + 7 bit Data + Parity + Stop bit • Start: 1 bit • Data: 5 ~ 8 bit • Parity: Even/ Odd/ None • Stop: 1 ~ 2 bit – Tần số xung clock là bội số của tốc độ truyền bit) Đo lường – Cảm biến 27 RS-232C • RS-232 – Dùng cho giao tiếp DTE tới DCE – Được dùng để giao tiếp với hầu như tất cả các thiết bị, kể cả PC – 25-Pin D connector • 9-Pin rất phổ biến • Mức tín hiệu EIA RS-232C Đo lường – Cảm biến 28 Sơ đồ chân Đo lường – Cảm biến Connector 9 chân Connector 25 chân 29 RS-232C Interface Cabling • Ideal Case • Minimal Cabling Đo lường – Cảm biến