Đề tài Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo lưu lượng bằng phương pháp kiểu điện cảm mạch từ hở

Mục lục Báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên. Lời nói đầu Trong nền kinh tế thị trường mở cửa nước ta hiện nay, việc mở rộng thương mại và giao lưu kinh tế giữa các nước trong khu vực và thế giới là một xu thế tất yếu. Xu thế đó không chỉ tạo ra cơ hội hoà nhập và phất triển kinh tế mà còn đặt nước ta vào một môi trường cạnh tranh gay gắt trong phạm vi khu vực và thế giới. Trong đó nổi cộm lên vấn đề là nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, vấn đề này luôn được coi là một nhân tố cơ bản của sự cạnh tranh, nó không chỉ quyết định sự thành công hay thấy bại của mỗi một doanh nghiệp mà còn ảnh hưởng đến sự tăng trưởng hay tụt hậu của nên kinh tế. Để nâng cao chất lượng sản phẩm thì đòi hỏi rất nhiều yếu tố. Nhưng có một yếu tố quan trọng đó là đòi hỏi một quá trình sản xuất nghiêm túc. Bởi khi có một quá trình sản xuất tốt sẽ tạo ra những sản phẩm có chất lượng cao. Chất lượng của mỗi sản phẩm nó được hoà nhập vào và được thể hiện ra ngay trên chất lượng lao động. Ta không thể hy vọng rằng có sản phẩm đạt chất lượng cao nếu không thực sự lao động một cách nghiêm túc. Chính vì thế trong sản xuất đo lường là một phương pháp để nhận biết chất lượng sản phẩm. Và từ đó dụng cụ đo trở thành một trong những công cụ lao động góp phần tạo ra lao động chất lượng cao và tạo ra các sản phẩm tốt. Một trong các dụng cụ đo đó là thiết bị đo lưu lượng. Đo lưu lượng có tầm quan trọng đặc biệt trong các mạng lưới vận chuyển chất đốt (ống dẫn gas, ống dẫn dầu) và trong mọi thiết bị công nghiệp khi cần khống chế lượng chất lỏng tham gia vào các quá trình như ở lò phản ứng hoá học, nhà máy sản xuất xi măng, năng lượng, động cơ đốt trong v v … Các vấn đề đã được tìm hiểu: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về đo lưu lượng, các phương pháp đo, các thiết bị đã được sử dụng và chào bán tại Việt Nam. Nghiên cứu và thiết kế thiết bị đo lưu lượng bằng phương pháp kiểu điện cảm mạch từ hở. Chế tạo và chạy thử. Phần I : Tổng quan về các phương pháp và thiết bi đo lưu lượng được truyền dẫn trong đường ống kín. 1-Lưu lượng kế dòng xoáy: Lưu lượng kế dòng xoáy dựa trên nguyên lý khi chất lỏng gặp một vật cản sẽ bị phân thành các dòng xoáy ở phía sau vật (hình vẽ). Tốc độ dòng chảy được xác định bằng cách đếm số xoáy trong một đơn vị thời gian và được đo cảm biến nhạy với biến thiên dao động áp suất. V Lưu lượng kế dòng xoáy. V=tần số xoáy/k, ở đây k là hệ số phụ thuộc vào số Reynol và tỷ trọng của chất lỏng nhưng không đổi trong dải lưu lượng rộng. Đặc điểm của lưu lượng kế dòng xoáy: Độ chính xác 1%. ít gây tổn hao lưu lượng. Phạm vi sử dụng: Đo lưu lượng chất lỏng, chất khí và hơi nước. Chịu được tốc độ cao nhưng có thể nhạy với dao động bên ngoài., ít được sử dụng để đo lưu lượng thấp. 2-Lưu lượng kế nhiệt: Lưu lượng kế nhiệt có cấu tạo gồm một ống mao dẫn bằng kim loại mảnh có đường kính nhỏ. Phía ngoài của ống kim loại đươc cuốn một sợi dây đốt bằng điện trở, hai cảm biến nhiệt độ dùng để đo nhiệt độ của dòng chảy ở đầu vào và đầu ra của ống dây( t1 đo nhiệt độ ở đầu vào, t2 đo nhiệt độ ở đầu ra). Khi có dòng chảy Khi chưa có dòng chảy t 2 t 1 Cảm biến nhiệt độ Phần tử đốt nóng Lưu lượng kế nhiệt. Khi không có dòng chảy( tức là lưu lượng chảy qua ống Q=0) thì sự truyền nhiệt ra hai phía của sợi đốt là như nhau, khi đó hiệu ứng nung nóng sẽ đối xứng và trong trường hợp này t1=t2. Khi lưu lượng Qạ0 thì lúc này t1 giảm và t2 tăng, sự khác nhau giữa t1 và t2 (Dt = t1-t2) tỉ lệ với lưu lượng Q. Phạm vi sử dụng: Đa số được sử dụng trong lĩnh vực khí. Công nghiệp thực phẩm, dược phẩm. Đo lưu lượng chất lỏng trong một phạm vi hạn chế. 3- Lưu lượng kế Pitot: Cảm biến Pitot đo chênh lệch áp suất ở một điểm phía trước dòng chảy và áp suất tĩnh của chất lỏng phía cạnh bên (hình vẽ). Khi chất lỏng chạy qua vùng cảm biến nó tạo nên một vùng áp suất cao hơn áp suất tĩnh trong ống. Khi chất lỏng chảy qua cảm biến chúng bị tăng tốc và có một vùng giảm áp phía bên cạnh và sau cảm biến. Trong một ống Pitot trung bình có nhiều đầu áp suất đặt trên ống ở các vị trí có độ cao khác nhau cho phép thu được áp suất trung bình đại diện cho dòng chảy trong toàn ống. Dòng xoáy Vùng áp suất thấp Vùng áp suất cao Đầu cảm biến Lưu lượng kế Pitot. Đặc điểm của lưu lượng kế Pitot: Độ chính xác 1-2%. Có gây tổn hao lưu lượng. Phạm vi sử dụng: Thường được sử dụng đo lưu lượng khí. Lắp đặt trong các ống trên 300mm. 4- Lưu lượng kế áp suất vi sai: Lưu lượng kế áp suất vi sai hoạt động dựa theo định luật Becnuli (nhà vật lý Bỉ 1700-1782), biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng và sự biến thiên áp suất của chất lỏng trong một ống thu hẹp. Đầu đo áp suất Lưu lượng kế áp suất vi sai Trên hình vẽ khi dòng chất lỏng chảy qua một ống có lỗ thu hẹp thì tốc độ của dòng chảy sau lỗ sẽ tăng lên so với tốc độ dòng chảy trước lỗ thu hẹp, áp suất chất lỏng ở cửa ra giảm và tạo nên sự chênh áp suất ở phía trước và phía sau lỗ. Sử dụng áp suất kế vi sai đo độ chênh áp P này ta suy ra lưu lượng. Đối với các chất có hệ số Reynol nhỏ hơn giá trị tới hạn như dầu mỏ, parafin... khi đó không dùng được các lỗ hẹp tiêu chuẩn vì hệ số lưu lượng không phải là hằng số. Người ta sử dụng thiết bị có lỗ thu hẹp đặc biệt như màng ngăn có lỗ côn, giclơ hình trụ, giclơ cong màng kép. Đặc điểm của lưu lượng kế áp suất vi sai: Cấu tạo đơn giản, chắc chắn. Làm việc không gây tiếng ồn, dễ chế tạo hàng loạt. Lắp đặt bằng măng sét hoặc nối xen kẽ. Gây tổn hao lưu lượng dòng chảy. Phạm vi sử dụng: Đo được trong môi trường bất kỳ. Giá thành thấp và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. 5- Lưu lượng kế Coriolis: Nguyên lý hoạt động của lưu lượng kế là gia tốc coriolit(nhà vật lý pháp 1792-1843) xuất hiện khi một vật đồng thời chịu tác dụng của chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến. Gia tốc Coriolit tương ứng với lực: F=2m.W.v Trong đó: W: vận tốc góc. v : vận tốc dài. m : khối lượng của chất lỏng. F=2m w v F=0 C B A Lưu lượng kế Coriolis. Trong lưu lượng kế một cuộn dây kích thích đặt ở vị trí C (hình vẽ). ống đo chịu tác động xung quanh trục AB. Khi các hạt chất lỏng di chuyển với vận tốc v chúng tạo nên lưc Coriolis tác dụng nên hai nửa ống theo hai chiều ngược nhau. Theo chiều AC tốc độ chất lỏng bị chậm lại còn theo chiều CB chúng được gia tốc thêm. Điều này làm cho ống bị biến dạng rất nhỏ cùng với dao động cơ sở. Chuyển động tổng hợp được đo nhờ cảm biến điện cảm đặt giữa A và B. Khi có lưu lượng chảy qua ống có sự lệch pha giữa dao động ở A và B. Góc lệch pha này tương ứng với khoảng thời gian và tỷ lệ thuận với lưu lượng cần đo. ở đây k là một hằng số, f là tần số dao động, Q là lưu lượng cần đo. Đặc điểm của lưu lượng kế này là: Độ chính xác 0,1%. Phép đo không phụ thuộc vào đặc tính của chất lỏng. Đo lưu lượng khối. Tùy theo nhà cung cấp mà ống có dạng đơn, thẳng, cong, kép. Phạm vi sử dụng: Đo lưu lượng chất lỏng, chất khí sạch và nhớt. Đường kính ống không quá lớn. 6- Lưu lượng kế dùng chuyển đổi cơ: a. Lưu lượng kế tuabin: Được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo lường chất lỏng chính xác. thiết bị đo bao gồm một rotor được đặt trong ống, vuông góc với dòng chảy của chất lỏng. Rotor xoay khi chất lỏng chảy qua. Vận tốc quay tỷ lệ với lưu lượng và có thể được cảm nhận bằng từ, quang. Các xung điện có thể được đếm và tính tổng. Số lượng các xung điện được đếm trong một khoảng thời gian cho trước và tỷ lệ trực tiếp đến thể tích chất lỏng chảy qua. Một máy phát tốc một chiều có thể được thêm vào để đo vận tốc quay của tuabin và chính xác định lưu lượng của chất lỏng. Các lưu lượng kế tuabin khi được chọn và lắp đặt đúng sẽ có độ chính xác cao, đặc biệt là đối với các chất lỏng có độ nhớt thấp. Lưu lượng kế tuabin tạo nên một tín hiệu lưu lượng tuyến tính, bằng số. Nó được dùng phổ biến trong công nghệ hóa dầu và các ngành công nghiệp khác. 6 5 4 2 3 1 Lưu lượng kế tuabin. Tuabin 1 được lắp đặt trên các ổ trục gá trên chân bên trong ống dẫn 2. Trên một cánh tuabin gắn chặt một mảnh nam châm vĩnh cửu 3. Cuộn dây cảm 4 tạo nên một xung khi mỗi lần mảnh nam châm đi qua phối ghép 5 để vào máy tính 6 đếm hoặc xử lí tiếp tín hiệu quãng này được dẫn qua bộ hiển thị LED. Số xung N của tuabin có quan hệ với thể tích V của chất lỏng chảy qua lưu lượng kế theo công thức: V = K.N Với K là thể tích chất lỏng trên một xung. Lưu lượng trung bình trên một khoảng thời gian Dt được tính: Tỷ số là số xung trên một đơn vị thời gian, tức là tần số xung f. Do đó công thức trên có thể viết lại: Q = K.f Các đặc trưng kỹ thuật của lưu lượng kế tuabin như sau: Phạm vi đo: 0,3 m3/h á 36000 m3/h đối với chất khí 0,01 m3/h á 14000 m3/h đối với chất lỏng. Độ chính xác: ±1% á ±2%. Độ lặp lại: tốt hơn ±10,5%. Độ tuyến tính: ±0,5% á ±1,5% phụ thuộc vào độ nhớt. Thời gian hồi đáp: một vài ms Các lưu lượng kế tuabin có ưu điểm là dễ xử lý tín hiệu. Tuy vậy khi làm việc với chúng phải đảm bảo yêu cầu là chất lưu không có bọt khí và các sợi hoặc hạt có kích thước đáng kể. Thêm vào đó, để đảm bảo độ chính xác của kết quả đo, lưu lượng kế phải được đặt ở đoạn ống thẳng để tránh dòng xoáy. Tín hiệu ra xung của lưu lượng kế tuabin hoàn toàn phù hợp với kỷ thuật tính toán và điều khiển, nên nó được dùng để đo lưu lượng với máy đếm, hoặc dùng làm tín hiệu vào cho máy tính điện tử số. b. Lưu lượng kế dùng lá chắn xoay: Lá lò xo Tấm chắn Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của lưu lượng kế dùng lá chắn xoay. Lưu lượng kế dùng lá chắn xoay biểu diễn như hình vẽ. Lá chắn xoay chịu lực tác động của dòng chảy, trọng lượng và phản lực của lò xo. Vị trí góc cân bằng của lá guồng phụ thuộc vào lưu lượng của chất lưu. Tín hiệu cơ trong trường hợp này có thể chuyển thành tín hiệu diện bằng cách dùng điện kế có trục gắn liền với trục của lá chắn xoay. Ưu điểm của lưu lượng kế này là rẻ tiền và chắc chắn. c. Lưu lượng kế tiết diện thay đổi: Lưu lượng kế gồm một cánh quay hoặc một quả phao đặt trong một ống có tiết diện tăng dần. Quả phao được giữ cân bằng ở một độ cao phụ thuộc vào ba tác động đó là: Trọng lượng của nó, lực đẩy Archimede và lực đẩy của chất lỏng. Đánh dấu vị trí của phao nhờ bộ ghép quang hoặc từ. Dụng cụ được khắc độ theo lưu lượng chất lỏng cần đo. G G a P 1 P 2 Sơ đồ tính toán lưu lượng kế Rôtamet Tính toán lưu lượng kế: Lưu lượng chảy qua khe giữa phao và ống côn: Q = m.S.v Trong đó: S :diện tích tiết diện của khe hở. v : vận tốc của dòng chất lỏng. m : hệ số. Diện tích chảy được tính bởi công thức: Nếu góc côn a nhỏ thì ta có thể bỏ qua thành phần bậc hai trong công thức trên. Khi đó diện tích khe hở là: Vận tốc của dòng chất lỏng: Trong đó: P1 : áp suất tại cửa vào của ống côn. P2 : áp suất tại cửa ra của ống côn. g : gia tốc trọng trường. g : khối lượng riêng của chất lỏng chảy trong ống. Khi phao ở vị trí cân bằng ta có phương trình: (*) Trong đó: G : trọng lượng của phao. V : thể tích chiếm chỗ của phao trong chất lỏng. Thay công thức (*) vào công thức tính vận tốc ta được: Thay công thức tính vận tốc và diện tích tiết diện khe hở vào công thức tính lưu lượng ta có: Biểu thức trên có thể viết dưới dạng: Q = k.h với Để đo lưu lượng, cách đơn giản nhất là chia độ trực tiếp trên ống thủy tinh. Để tiện xử lí kết quả đo, có thể nối phao với một chiếc cần nhỏ liên hệ cơ với lõi của biến thế vi sai để chuyển tín hiệu cơ thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện này sẽ tỷ lệ với lưu lượng cần đo. Sau khi lấy được tín hiệu thì ta có thể số hóa tín hiệu và có thể dùng tín hiệu đó để điều khiển một quá trình công nghệ nào đó có liên quan. Kết luận Còn rất nhiều phương pháp và thiết bị đo lưu lượng khác chưa được giải ra đây, nhưng ta thấy đo lưu lượng một lĩnh vực khoa học kỹ thuật rất phong phú, trong sự phong phú ấy, đề tài tốt nghiệp được chọn là phương pháp và thiết bị đo lưu lượng kiểu Rotamet đã được hình thành từ đó. Phần II: Tính toán thiết kế lưu lượng kế loại Rôtamet – hiện số và hệ thống đo và khống chế nhiệt độ. 1- Cấu tạo và chức năng các bộ phận chính của dụng cụ đo. Sơ đồ khối và chức năng của từng khối. Giao tiếp và tạo tín hiệu điều khiển Vi xử lý ADC Cảm biến Thiết bị Hiển thị ROM Sơ đồ khối mạch đo lường và khống chế lưu lượng chất lỏng Nhiệm vụ của từng khối: Khối vi xử lý: điều hành mọi hoạt độn của hệ thống. Khối ROM: lưu trữ chương trình điều hành hoạt động. Khối giao tiếp và tạo tín hiệu điều khiển: Khối này có nhiệm vụ là nhận tín hiệu từ ngoài để đưa vào xử lý và nhận tín hiệu từ vi xử lý để điều khiển đóng ngắt các thiết bị. Khối cảm biến: có nhiệm vụ là lấy tín hiệu từ các đầu cảm biến. Khối ADC: có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tử tương tự sang số. Khối hiển thị: hiển thị giá trị lưu lượng đo được. Từ sơ đồ khối tổng quát của dụng cụ đo ta có sơ đồ khối của dụng cụ đo lưu lượng kiểu Rotamet - chỉ thị số: COÂNG TAẫC CHUYEÅN MAẽCH 12V R1 R1 R2 12V Nguoàn 3 Maùch ủieàu khieồn ủoọng cụ ẹoọng cụ Loừi saột OÁng coõn Cuoọn daõy Maùch chuyeồn ủoồi soỏ So saựnh lửu lửụùng ẹaởtlửu lửụùng ẹaởt nhieọt ủoọ So saựnh nhieọt ủoọ Maùch chuyeồn ủoồi ủo nhieọt ủoọ ẹaàu ủo nhieọt ủoọ Nguoàn1 Maùch khueỏch ủaùi ủieọn aựp 5V,+12V,-12V Phao Buoàng ủoỏt 2-Thiết kế và phân tích hoạt động của từng khối: a-Bộ cảm biến. Để đo được lưu lượng thì ta cần phải có một bộ cảm biến, có nhiều bộ cảm biến lưu lượng khác nhau và chúng cũng hoạt động theo nguyên lý khác nhau. Để có thể hiển thị số lưu lượng cần đo thì bộ cảm biến phải có nhiệm vụ chuyển từ giá trị lưu lượng đo được sang tín hiệu điện. Dưới đây giới thiệu bộ cảm biến lưu lượng dùng ống Rotamet. 3 2 1 Chuyển đổi số Và điều khiển Chuyển đổi điện áp Sơ đồ nguyên lý của dụng cụ đo lưu lượng. Theo sơ đồ trên ta thấy khi phao 1 di chuyển trong ống côn 2 nhờ lực đẩy của dòng chất lỏng chảy qua ống sẽ gây nên chuyển vị tương đối của lõi sắt 3 trong cuộn dây. Lõi sắt và cuộn dây tạo thành chuyển đổi đo dịch chuyển bằng điện cảm kiểu mạch từ hở. Để lấy được tín hiệu ra ta có sơ đồ mạch chuyển đổi điện áp như sau: Zcd ống dây Lõi thép U ra U R 1 R 2 R 3 Sau khi lấy được tín hiệu Ura ta sẽ chuyển đổi nó thành tín hiệu số để chỉ thị lưu lượng và điều khiển quá trình cung cấp lưu lượng theo yêu cầu. b- Tính toán thiết kế chuyển đổi điện – điện tử chỉ thị số. - Tính toán các thông số của chuyển đổi và mạch điện. Chuyển đổi được dùng ở đây là chuyển đổi đo dịch chuyển bằng điện cảm biến thiên điện tích có mạch từ hở. Mạch điện cung cấp cho cuộn dây là mạch xoay chiều. Tín hiệu ra đồng thời phản ánh độ lớn và chiều của dịch chuyển tương đối giữa lõi sắt và cuộn dây. Lõi thép Cuộn dây Đại lượng cần đo là dịch chuyển của lõi thép, di chuyển này dẫn đến biến đổi điện cảm của cuộn dây. ở đây lõi thép không làm thành một khung kín nên gọi là mạch từ hở. Loại chuyển đổi này cho kích thước nhỏ gọn lực từ tác dụng lên lõi là như nhau theo mọi hướng do đó lõi từ khi di chuyển coi như không có lực tác dụng vì vậy rất thích hợp cho di chuyển lớn. Công thức tính giá trị diện cảm L là : Trong đó : L : giá trị điện cảm, H (Henry) m0 : Độ từ thẩm của không khí m0 = 4.p.10-7 H/m. mf : Độ từ thẩm tương đối của lõi thép không thứ nguyên m0 = (103 á 104) s0 : diện tích tiết diện ngang của cuộn dây, m2. sf : diện tích tiết diện ngang của lõi thép, m2. lf: độ dài của lõi thép nằm trong cuộn dây, m2. l : Chiều dài cuộn dây, m2. k : hệ số ghép nối. k = (0 á 1). N: số vòng của cuộn dây. Thiết kế vỏ quấn dây Vật liệu làm vỏ quấn dây là : phi kim Đường kính trong của vỏ : D0 = 18 mm Đường kính phần quấn dây : D1 =20 mm Đường kính ngoài của vỏ : D2 = 38 mm Chiều cao của vỏ : H = 100 mm c-Khối chuyển đổi tương tự - số. 1 - Nguyên tắc thực hiện chuyển đổi ADC. Mạch chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số, chuyển một tín hiệu ngõ vào tương tự (dòng điện hay điện áp) thành dạng mã số nhị phân có giá trị tương ứng. Chuyển đổi ADC có rất nhiều phương pháp. Tuy nhiên, các phương pháp đều có những thông số cơ bản sau: + Độ chính xác của chuyển đổi AD. +Tốc độ chuyển đổi. +Dải biến đổi của tín hiệu tương tự ngõ vào. + Startcommand V1 V’1 Control Unit Register D/A converter Comparator clock Digital output Sơ đồ khối tổng quát của mạch ADC Hoạt động - Đầu tiên kích xung start để bộ ADC hoạt động - Tại một tần số được xác định bằng xung clock bộ điều khiển làm thay đổi thành số nhị phân được lưu trữ trong thanh ghi(Register). - Số nhị phân trong thanh ghi được chuyển thành dạng điện áp V’1 bằng bộ chuyển đổi DA. - Bộ so sánh, so sánh V’1 với điện áp ngõ vào V1. Nếu V’1V1 thì ngõ ra của bộ so sánh xuống mức thấp và quá trình thay đổi số của thanh ghi ngưng. Lúc này V’1 gần bằng V1, những số trong thanh ghi là những số cần chuyển đổi. Các phương pháp chuyển đổi số: Phương pháp tích phân. Phương pháp song song. Phương pháp xấp xỉ liên tiếp. Giới thiệu bộ chuyển đổi số ADC0809. Bộ ADC 0809 là một thiết bị CMOS tích hợp với một bộ chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang số 8 bit, bộ chọn kênh và một bộ logic điều khiển tương thích. Bộ chuyển đổi AD 8 bit này dùng phương pháp chuyển đổi xấp xỉ liên tiếp. Bộ chọn kênh có thể truy xuất bất kì kênh nào trong các ngõ vào tương tự một cách độc lập. Bộ chuyển đổi ADC0809 dễ dàng giao tiếp với các bộ vi xử lý. IN2 IN1 IN0 A B C D2 D0 D4 D5 D7 D6 ALE REF- 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 Sơ đồ chân của ADC0809 ADC0809 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 D1 GND REF+ Vcc D3 OEC Start IN7 IN6 IN5 IN4 CLK OE IN3 *ý nghĩa các chân: . IN0 đến IN7 : 8 ngõ vào tương tự. . A, B, C : giải mã chọn một trong 8 ngõ vào. . D0 đến D7 : ngõ ra song song 8 bit. . ALE : cho phép chốt địa chỉ. . START : xung bắt đầu chuyển đổi. . CLK : xung đồng hồ. .REF(+) : điện thế tham chiếu. .REF(-) : điện thế tham chiếu. .Vcc : nguồn cung cấp. *Các đặc điểm của ADC0809: .Độ phân giải 8 bit. .Thời gian chuyển đổi:110ms ở tấn số 640kHz. .Nguồn cung cấp +5V. .Điện áp ngõ vào 0-5V. .Tần số xung clock 10kHz -1280kHz. .Nhiệt độ hoạt động - 40oC đến 85oC. .Dễ dàng giao tiếp với vi xử lý hoặc dùng riêng. .Không cần điều chỉnh zero hoặc đẩy thang. *Nguyên lý hoạt động: ADC0809 có 8 ngõ vào tương tự, 8 ngõ ra 8 bit có thể chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự để chuyển đổi sang số 8 bit. Các ngõ vào được chọn bằng cách giải mã. Chọn 1 trong 8 ngõ vào tương tự được thực hiện nhờ 3 chân A, B, C như ở bảng trạng thái sau: A B C Ngõ vào được chọn 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Sau khi kích xung Start thì bộ chuyển đổi bắt đầu hoạt động ở cạnh xuống của xung Start, ngõ ra OEC sẽ xuống mức thấp sau khoảng 8 xung clock (tính tư cạnh xuống của xung start). Lúc này bit cơ trọng số lớn nhất(MSB) được đặt lên mức 1, tất cả các bit còn lại ở mức 0, đồng thời tạo ra điện thế có giá trị Vref/2, điện thế này được so sánh với điện thế vào Vin. - Nếu Vin > Vref/2 thì bit MSB vẫn ở mức 1. - Nếu Vin < Vref/2 thì bit MSB ở mức 0. Tương tự như vậy bit kế tiếp MSB được đặt lên 1 và tạo ra điện thế có giá trị Vref/4 và cũng so sánh với điện áp ngõ vào Vin. Qúa trình cứ tiếp tục như vậy cho đến khi xác định được bit cuối cùng. Khi đó chân EOC lên mức 1 báo cho biết đã kết thúc chuyển đổi. Trong suốt quá trình chuyển đổi chân OE được đặt ở mức 1, muốn đọc dữ liệu ra thì chân OE xuống mức thấp. Trong suốt quá trình chuyển đổi nếu có một xung start tác động thì ADC sẽ ngưng chuyển đổi. Mã ra N cho một ngõ vào tùy ý là một số nguyên. Trong đó: Vin : điện áp ngõ vào hệ so sánh. Vref(+) : điện áp tại chân REF(+). Vref(-) : điện áp tại chân REF(-). Nếu chọn Vref(-) =0 thì N= 256 Vref(+) =Vcc=5V thì đầy thang là 256. Giá trị bước: 1LSB ==0,0196 V. Vậy với 256 bước thì Vin =5V. Giới thiệu bộ vi điều khiển AT89C51. AT89C51 là một hệ vi tính 8-bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4 K byte bộ nhớ ROM . Chip AT89C51 cũng tương thích với với tập lệnh và các chân ra của chuẩn công nghiệp MCS-51. Flash trên chip này cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dung qui ước. Bằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8-bit đơn chip với Flash trên một chip đơn thể. AT89C51 là một hệ vi tính 8-bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển. AT89C51 có các đặc trưng chuẩn sau: 4 K byte ROM (được tạo ra bởi nhà sản xuất). 128 byte RAM . 32 đường xuất nhập. Hai bộ định thời/đếm 16-bit. Một cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt. Mạch dao động và tạo xung trên clock trên chip. Ngoài ra, AT89C51 còn hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mềm. Chế độ nghỉ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời/đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động. Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung của RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hóa các hoạt động khác của chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo. AT89C51 (AD 15) (AD 14) (AD 13) (AD 12) (AD 11) (AD 10) (AD 9) (AD 8) (AD 7) (AD 6) (AD 5) (AD 4) (AD 3) (AD 2) (AD 1) (AD 0) VCC P0 7 EA/VPP P2 2 P2 1 P2 0 P0 0 P0 1 P0 2 P0 3 P0 4 P0 5 P0 6 ALE/PROG PSEN P2 7 P2 6 P2 5 P2 4 P2 3 (RD) (WR) (T1) (T0) (INT1) (INT0) (TXD) (RXD) P3 7 P3 6 P3 5 P3 4 P3 3 P3 2 P3 1 P1 7 P1 6 P1 5 P1 4 P1 3 P1 2 P1 1 GND XTAL1 XTAL2 P3 0 RST P1 0 22 21 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Phần III -Thiết kế hệ thống tự động điều chỉnh lưu lượng cung cấp. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống tự động điều chỉnh lưu lượng. 4N35 4N35 6 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 470 W 470 W 100 W 100 W Động cơ Chân số 20 của AT89C51 Chân số 21 của AT89C51 +5V +12V +5V - + U 0 12V Để vi điều khiển có thể hoạt động được cần phải có chương trình để nạp vào IC vi điều khiển. Để viết chương trình thì có thể dùng các ngôn ngữ khác nhau như ngôn ngữ C, Assembly… Trong đồ án này sử dụng ngôn ngữ C. Dưới đây là chương trình nạp cho vi điều khiển: #include " AT89x51.h" unsigned int i,T,s; unsigned int x,y,z,k; void tre(void) { for(i=0;i<20000;i++) {}; } //------------------------- void int0(void) interrupt 0 //Ngat 0 { tre(); if(P2_7==0) { s=s+1; } if (P2_7==1) { s=s-1; } tre(); tre(); x=s/10; //Lay phan thuong y=x*16; z=s%10;//Lay so du P0=y+z; k=P0;//so he thap phan tre(); tre(); } //-------------------------------------- void main(void) { unsigned int c,d,e,f; s=50;//Gan gia tri ban dau cho s while(1) { P1=0xff;//Chon cong 1 la cong lay du lieu vao P2_3=1; P2_3=0; tre(); P2_2=1; c=P1;//Lay du lieu tu cong tre(); d=c/10; e =d*16; f =c%10; P0= e+f; //Hien thi LED IE =0x85; //Cho phep ngat INT0 IT0 =0; PX1=1; tre(); IT1=0; //---------------------------- if (P0>k) { P2_0=0; P2_1=1; } if(P0<k) { P2_0=1; P2_1=0; } if(P0==k) { P2_0=0; P2_1=0; } P2_2=0; } }