Đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy đứng

hanh ghi có chức năng đặc biệt bao gồm các thanh ghi điều khiển và các thanh ghi số liệu. Những chức năng có sẵn trên chip như: bộ Timers, cổng truyền tuần tự, và hệ thống ngắt interrupt, có một hay nhiều vùng dành cho các thanh ghi đặc biệt SFRs. Ví dụ như cổng nối tiếp được điều khiển bằng thanh ghi SCON. Trong khi đó số liệu thu thập được đọc ra hay ghi vào bằng thanh ghi SBUF. Những bit đặc biệt của thanh ghi SCON đặt những mode khác nhau của cổng nối tiếp. Thanh ghi SCON được coi như là thanh ghi điều khiển trong khi đó SBUF được gọi là thanh ghi số liệu. Những thanh ghi đặc biệt SFRs: DPTR, DPL, DPH, PCON, TMOD, TL0,TL1, TH0, TH1, và SBUF thì chỉ có thể được truy nhập tới từng byte, điều này nói lên rằng chúng chỉ có thể được đọc, viết và so sánh đầy đủ theo byte. Còn lại các thanh ghi đặc biệt khác như Acc, B, PSW, P0, P1, P2, P3, IE, IP, SCON, và TCON được truy nhập tới từng bit địa chỉ. Điều này có nghĩa là những bit riêng biệt có thể được đọc ra, viết vào và so sánh. Như vậy! RAM chia làm hai khối, mỗi khối có 128 byte: + Khối có địa chỉ thấp nằm trong khoảng từ 00 đến 7Fh có thể truy nhập bằng cách truy nhập trực tiếp tới từng địa chỉ hoặc bằng cách gián tiếp tới từng địa chỉ thông qua thanh ghi. + Khối có địa chỉ cao nằm trong khoảng từ 80h đến FFh cũng có 128 byte và chỉ có thể truy nhập gián tiếp tới từng bit địa chỉ thông qua thanh ghi. Cổng nối tiếp Cổng nối tiếp được điều khiển bởi thanh ghi SFR SCON (Serial Port Control). Số liệu truyền và nhận từ cổng nối tiếp được chọn kênh thông qua thanh ghi SBUF. Thanh ghi SBUF được chia làm hai phần: Một dùng để truyền đi và một để nhận. Truyền nối tiếp và nhận nối tiếp có thể được thực hiện đồng thời. Trong đó thông tin truyền nối tiếp được coi như là hoạt động song song hai chiều cùng một lúc Tốc độ truyền được tính bằng công thức sau: *) Thanh ghi điều khiển cổng truyền tuần tự SCON( Serial Port Control register) SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI RI (bit 0): Receive Interrupt Flag; Được đặt bởi phần cứng báo là đã nhận được tín hiệu và phải xoá bằng phần mềm. Dựng cờ RI tại bit thứ 8( bit cuối cùng) trong mode 0 hoặc trong quá trình gặp bit Stop ở những mode khác nhau trong bất kỳ lần phục vụ truyền tuần tự nào. TI (bit 1): Transmit Interrupt Flag; Được đặt bằng phần cứng khi kết thúc quá trình truyền tín hiệu nối tiếp, và phải được xoá bằng phần mềm( dựng cờ TI khi kết thúc bit thứ 8 trong mode 0 hay tại thời điểm bắt đầu của bit Stop trong những mode khác. RB8 ( bit 2): Receive Bit 8; Bản thân nó phụ thuộc vào mode đang hoạt động. Trong mode 2 và 3 nó là bit thứ 9 của dữ liệu được nhận, bit cuối cùng được đưa vào RB8. Trong mode 1 nếu SM2= 0 thì bit thứ 8 là bit Stop được đưa vào RB8. TB8 (bit 3): Transmit Bit 8; Bit dữ liêụ thứ 9 được truyền trong mode 2 và 3, được đặt và xoá bằng phần mềm. REN ( bit 4): Receive Enable; Bit cho phép truyền tuần tự được đặt bởi phần mềm nhận tín hiệu truyền tuần tự sẽ bị ngừng lại khi bit REN bị xoá bằng phần mềm. SM2 (bit 5): Serial Mode; Dùng cho việc kết nối nhiều vi xử lý với nhau đặc biệt là trong mode 2 và 3. Trong mode 2và 3 RI sẽ không được tích cực nếu bit thứ 9 nhận được(RB8 ) là bằng 0. Trong mode 1 và SM2= 0, RI sẽ không tích cực nếu một bit Stop có giá trị bằng 0, trong mode 0 SM2 sẽ có giá trị bằng 0. SM0, SM1 ( bit 6 và 7 ): Là hai bit lựa chọn các mode hoạt động, được chỉ rõ trong bảng dưới đây: SM0 SM1 Mode Operation Baud rate 0 0 0 Shift Register Fosc/ 12 0 1 1 8 bit UART Variable (xác định qua Timer 1) 1 0 2 8bit UART (1/ 32 hoặc 1/ 64) Fosc 1 1 3 9 bit UART Variable (xác định qua Timer 1) + Mode 0: Dùng để điều khiển các cổng vào/ ra tuần tự, đơn giản như một thanh ghi dịch với tốc độ dịch bằng một chu kỳ máy hay bằng (1/ 12) tần số thạch anh. + Mode 1: Dùng cho Timer1 để phát tốc độ truyền và nhận 8 bit dữ liệu + Mode 2: Thực hiện một cổng truyền tuần tự 9 bit với tốc độ truyền bằng 1/32 hoặc 1/ 64 tần số của thạch anh. + Mode 3: Thực hiện một cổng truyền tuần tự với tốc độ có thể đặt được nhờ Timer 1. *) Thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW( Program Status Word); Có địa chỉ là 0D0h, làm việc theo từng bit cho phép chọn bốn dải thanh ghi CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P Bảng dưới đây đưa ra các chức năng của từng bit tương ứng trong thanh ghi PSW: Bit Function CY Carry flag AC Auxiliary carry flag ( for BCD operations) F0 General purpose user flag RS1 RS0 Register bank select control bits 0 0 Bank 0 selected, data address 00H- 07H 0 1 Bank 1 selected, data address 08 H- 0F H 1 0 Bank 2 selected, data address 10 H- 17 H 1 1 Bank 3 selected, data address 18 H- 1F H OV Overflow flag F1 General purpose userflag P Parity flag *) Thanh ghi điều khiển nguồn PCON( Power Control Register); Có địa chỉ là 87 H SMOD - - - GF1 GD0 PDE IDLE Bit Chức năng SMOD Khi đặt tốc độ truyền của giao diện tuần tự trong mode 1, 2,3 được gấp đôi lên *) Thanh ghi cho phép ngắt IE( Interrupt Enable Register); Thanh ghi này có thể làm việc theo địa chỉ từng bit, với mục đích cho phép ngắt nào được phép làm việc. Nếu bit bằng 0 thì vector ngắt tương ứng sẽ không được phép và ngược lại. EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA: Enable All. Nếu EA= 0 thì không có vector ngắt nào được phép hoạt động. Khi EA= 1 thì mỗi một nguồn ngắt được phép hay không được phép tuỳ thuộc vào bit tương ứng trong thanh ghi được đặt hay xoá. ET2: Enable or Disable the Timer 2 Overflow ES: Enable Serial Port Interrupt. Được đặt bởi phần mềm để cho phép ngắt 0 ngoài, phải xoá bằng phần cứng. ET1: Enable Timer/ Counter Interrupt 1. Được đặt bởi phần mềm để cho phép Timer/ Counter 1 ngắt khi tràn, phải được xoá bằng phần cứng. EX1: Enable External Interrupt 1. Được đặt bởi phần mềm cho phép ngắt ngoài 1, phải được xoá bằng phần cứng. ET0: Enable Timer/ Counter Interrupt 0. Được đặt bởi phần mềm để cho phép ngắt ngoài 0 khi tràn, phải được xoá bằng phần cứng. EX0: Enable External Interrupt 0. Được đặt bởi phần mềm để cho phép ngắt ngoài 0, phải được xoá bằng phần cứng. *) Thanh ghi ưu tiên ngắt IP( Interrupt Prioty Register); Cho phép ngắt ưu tiên ở mức cao và mức thấp đối với năm nguồn ngắt. - - PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 PT2: Ngắt Timer 2 ở mức ưu tiên. PS: Ngắt cổng nối tiếp ở mức ưu tiên. PT1: Ngắt Timer 1 ở mức ưu tiên. PX1: Ngắt ngoài 1 ở mức ưu tiên. PT0: Ngắt Timer 0 ở mức ưu tiên. PX0: Ngắt ngoài 0 ở mức ưu tiên. Bên trong bộ vi xử lý 8051 có hai bộ định thời Timer/ Counter 16 bit. Mỗi bộ có hai thanh ghi có chức năng đặc biệt SFR là: *) Thanh ghi điều khiển Timer/ Counter TCON:( Timer/ Counter Control Register) Có thể làm việc tới từng bit địa chỉ, nó dùng để điều khiển hoạt động của Timer/ Counter. TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TF1: Timer 1 Overflow Flag; Cờ tràn Timer 1. Được đặt bằng phần cứng khi Timer/ Counter tràn. Bị xoá bằng phần cứng khi bộ vi xử lý phát ra vector thực hiện dịch vụ ngắt. TR1: Timer 1 run control bit. Được đặt xoá bằng phần mềm để bật tắt Timer/ Counter 1 ON/ OFF. TF0: Timer 0 overflow flag. Được đặt bằng phần cứng khi Timer/ Counter 0 tràn, phải được xoá bằng phần cứng khi bộ vi xử lý phát vector thực hiện dịch vụ ngắt. TR0: Timer 0 run control bit. Được đặt xoá bằng phần mềm để bật tắt Timer/ Counter 0 ON/ OFF. IE1: Intertupt 1 Edge Flag. Được đặt bởi phần cứng khi mà sườn ngắt ngoài được ghi nhận. Được xoá khi lệnh RETI được thực hiện. IT1: Interrupt 1 Type. Phục vụ cho ngắt ngoài số một + Nếu IT1= 1: Nó quy định ngắt theo sườn xuống + Nếu IT1= 0: Tương ứng với việc xuất hiện một xung thấp thì có yêu cầu ngắt IE0: Interrupt 0 Edge Flag. Được đặt bởi phần cứng khi mà một sườn ngắt ngoài được phát hiện. Được xoá khi lệnh RETI được thực hiện. IT0: Interrupt 0 Type. Được đặt/ xoá bằng phần mềm để chỉ rõ ngắt ngoài theo sườn hay theo mức. *) Thanh ghi điều khiển chế độ Timer/ Counter TMOD( Timer/ Counter 0/ 1 Mode control register) GATE C/ T M1 M0 GATE C/ T M1 M0 Timer/ Counter 1 Timer/ Counter 0 GATE: Khi mà TRx (trong TCON) được đặt và GATE= 1 thì Timer/ Counter sẽ hoạt động khi chân INTx ở mức cao. Khi GATE= 0 Timer/ Counter sẽ hoạt động khi TRx= 1. C/ T: Chọn mode hoạt động là Timer hay Counter. + Nếu C/ T= 0- Chế độ hoạt động là Timer + Nếu C/ T= 1- Chế độ hoạt động là Counter M1, M0- Dùng để quy định chế độ làm việc cho các Timer M1 M0 Mode Operating 0 0 0 13 bit Timer 0 1 1 16 bit Timer/ Counter 1 0 2 8 bit Timer/ Counter Auto- reload 1 1 3 Timer 0 hoạt động như là hai bộ Timer 8 bit TL0, TH0. Timer/ Counter 1 stops c- Các cổng vào ra song song Theo như sơ đồ hình vẽ ta thấy bộ vi xử lý 8031 ( 8032) có 4 cổng vào ra song song. Khi một cổng được sử dụng như một cổng ra, dữ liệu được đưa vào thanh ghi SFR tương ứng, và giá trị của một cổng bị thay đổi khi một giá trị mới được chốt. Khi một cổng được sử dụng như một cổng vào, thì giá trị FFh phải được ghi vào cổng, sau đó bất cứ đầu nào mà đưa điện áp của chân đó xuống mức thấp sẽ được coi như bằng 0, và sau đó cổng đó có thể được đọc dữ liệu ra từ các thanh ghi SFR tương ứng. Mặc dù tất cả các lệnh đọc giá trị từ các chân tương ứng của cổng, nhưng một số lệnh đọc thì được ngầm hiểu là đọc giá trị của các cổng chốt. Loại lệnh này được gọi là read- modify- write tức là đọc dữ liệu từ cổng sau đó thực hiện theo yêu cầu của câu lệnh, được kết quả thì ghi kết quả đó trở lại cổng. Các cổng 0, 2, và 3 có những chức năng thay đổi, các chân riêng rẽ của những cổng này có thể được sử dụng như các đầu vào/ ra số chung hoặc có thể được sử dụng chức năng thứ hai là: Các cổng 0 và 2 được sử dụng để giao tiếp với bộ nhớ ngoài. Khi bộ nhớ chương trình hoặc dữ liệu được truy nhập, cổng 2 ( P2) sẽ đưa ra những byte cao của địa chỉ 16 bit cổng 0 ( P0) đưa ra những byte thấp của 16 bit địa chỉ, sau đó thì gửi hoặc nhận byte dữ liệu. Những byte địa chỉ thấp phải được chốt khi truy nhập bộ nhớ ngoài. Bộ vi xử lý sẽ phát một địa chỉ giá trị bằng cách làm tích cực chân ALE, chân này được sử dụng để chốt địa chỉ byte thấp. Chức năng của cổng 3 ( P3) gồm những chân đặt tín hiệu ngắt, đầu vào Timer,các cổng vào/ ra tuần tự, và tín hiệu điều khiển khi có giao diện với bộ nhớ ngoài, điều này sẽ được mô tả bằng bảng dưới đây: Bit Alternate Function Mnemonic/ Designation 0 Serial Input Port RxD 1 Serial Output Port TxD 2 External Interrupt 0 INT0# 3 External Interrupt 1 INT1# 4 Timer/ Counter 0 External Input T0 5 Timer/ Counter 1 External Input T1 6 External Memory Write Strobe WR# 7 External Memory Read Strobe RD# Để thực hiện các chức năng thay đổi như bảng trên trình bày thì các bit tương ứng của thanh ghi SFR phải được đặt lên bằng 1. Các ngắt của 80C31 Bộ vi xử lý 80C31 có năm nguồn ngắt: TF0, TF1, INT0, INT1, và ngắt cổng nối tiếp. TF0, TF1 của thanh ghi TCON tạo ra hai ngắt Timer/ Counter, chúng được phát ra khi bộ đếm đếm tràn. INT0, INT1 là hai nguồn ngắt ngoài. Các ngắt này xuất hiện khi có tín hiệu ngoài yêu cầu ngắt nối qua bit 2 và 3 của cổng 3 (P3). Vector ngắt điều khiển phần cứng có thể thực hiện để đáp ứng mỗi một sườn xuống của tín hiệu ngoài hoặc mức thấp của tín hiệu ngoài. Sự lựa chọn đó quyết định bởi bit điều khiển IT0 và IT1 của thanh ghi đặc biệt TCON. Có hai thanh ghi đặc biệt kết hợp với ngắt điều khiển là thanh ghi cho phép ngắt IE và thanh ghi ưu tiên ngắt IP. Khi mà hai nguồn ngắt được thực hiện với hai mức ưu tiên như nhau thì sự ưu tiên được quyết định bởi thứ tự từ trên xuống theo như bảng dưới đây: Interrupt Service Routine Address Default Priority IE0 3 H 1( Highest) TF0 B H 2 IE1 13 H 3 TF1 1B H 4 RI- or- TI 23 H 5( Lowest) 4- Các chế độ địa chỉ a- Chế độ địa chỉ hằng số tức thì (The Immediate Addressing Mode) Trong chế độ địa chỉ này, giá trị hằng số có thể là ở sau mã thao tác trong bộ nhớ chương trình. Ví dụ: mov a, # 100; a= 100 b- Chế độ địa chỉ trực tiếp (The Direct Addressing Mode) Trong chế độ này toán hạng được xác định bởi một trường địa chỉ 8 bit địa chỉ trong lệnh, toán hạng trong chế độ này có thể là các thanh ghi đặc biệt SFR hoặc là bộ nhớ dữ liệu trong. Ví dụ mov a, 70h; đưa nội dung thanh ghi có địa chỉ 70h vào a. c- Chế độ địa chỉ thanh ghi (The Register Addressing Mode) Các băng thanh ghi có chứa các thanh ghi từ R0 đến R7 có thể truy nhập bằng các lệnh nhất định mà chúng được chỉ định thông qua một thanh ghi. Theo cách này có khả năng là mã lệnh, vì chế độ này đưa ra một byte địa chỉ. Khi thực hiện lệnh một trong 8 thanh ghi ở băng được chọn để truy nhập đến. Việc lựa chọn dải băng thanh ghi là do hai bit trong thanh ghi PSW. Vi dụ: mov PSW, # 0 ; chọn băng 0 Mov R0, # 2 ; đưa hằng số 2 vào thanh ghi R0 d- Chế độ địa chỉ thanh ghi chức năng (The Register- Specific Addressing Mode) Một số lệnh được xác định bởi một thanh ghi nhất định. Một số lệnh luôn làm việc với thanh ghi ACC hoặc con trỏ lệnh. Vì vậy không có byte địa chỉ cần thiết để trỏ tới nó. Mã lệnh của chính nó làm việc đó. Ví dụ: mov a, # 1 ; a= 1 Mov 0E0h, # 1 ; chuyển 1 vào SFR có địa chỉ E0h e- Chế độ địa chỉ gián tiếp qua thanh ghi (The Register Indirect Addressing Mode) Trong chế độ này lệnh xác định một thanh ghi chứa địa chỉ của toán hạng, cả RAM trong và RAM ngoài đều có thể là địa chỉ gián tiếp thanh ghi. Thanh ghi 8 bit có thể là R0, R1 của băng thanh ghi được chọn, hoặc con trỏ ngăn xếp . Thanh ghi địa chỉ 16 bit chỉ có thể là thanh ghi con trỏ số hiệu 16 bit là DPTR. Ví dụ mov PSW, # 0 ; chọn băng ghi 0 mov R0, 90h mov @ R0, # 1 Hoặc mov a, # 1 mov DPTR, # 900h mov @ DPTR, A mov DPTR, # 9001h mov a, @ DPTR f- Chế độ địa chỉ chỉ số thanh ghi (The Register Indexed Addressing Mode) Trong chế độ này chỉ có bộ nhớ chương trình là có thể truy nhập, nó chỉ có thể đọc được. Chế độ địa chỉ này được xác định sẵn cho các bảng look- up để đọc trong bộ nhớ chương trình một thanh ghi cơ sở 16 bit, hoặc DPTR, hoặc bộ đếm chương trình (PC) trỏ tới đoạn cơ sở của bảng, và ACC được xây dựng với số đưa vào bảng. Ví dụ mov DPTR, 8100h ; địa chỉ cơ sở của bảng mov a, # 0 ; gán giá trị 0 cho a mov a, @ a+ DPTR B- Chức năng hoạt động của bộ vi xử lí 8031. Trong module điều khiển trung tâm của hệ thống điều khiển nhiệt độ thì vi xử lý 8031 có chức năng điều khiển toàn bộ hệ thống theo chương trình định sẵn do người điều khiển, kết hợp với các mạch điều khiển logic, mạch giải mã, các mạch giao diện và bộ nhớ chương trình của vi xử lý 8031 như sau: + Thu nhận tín hiệu nhiệt độ từ các module thu nhận ( tín hiệu được lấy từ đầu đo là các cặp nhiệt điện). Tín hiệu được đưa vào vi xử lý để xử lý và cất vào vùng đệm. + Đưa giá trị đo được hiển thị ra LED để cho người điều hành biết để có những tác động thích hợp. + Giá trị đo được đem so sánh với giá trị đặt trước theo yêu cầu để đưa ra giá trị điều khiển thông qua cơ cấu điều chỉnh. Tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào giá trị sai lệch giữa giá trị đo được với giá trị đặt. + Kiểm tra các thông số trạng thái làm việc của hệ thống bao gồm trạng thái kết thúc chu trình làm việc và trạng thái sự cố như khi nhiệt độ vượt quá mức thấp so với mức quy định khi đó có thể đưa ra tín hiệu báo động, và có thể dừng hệ thống nếu cần. C- Bộ nhớ chương trình ngoài ( EPROM) Bộ nhớ chương trình ngoài EPROM ( Erasable Programable Read Only Memory) có chức năng chứa chương trình điều khiển của hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò sấy được viết bằng ngôn ngữ Assembler của 8031. Chương trình được viết trên máy tính sau đó được nạp vào EPROM thông qua thiết bị nạp ROM. Chương trình có thể bị xoá bằng tia cực tím sau đó có thể nạp lại chương trình khác. Do đó việc sử dụng EPROM có rất nhiều ưu điểm so với bộ nhớ ROM. Việc chọn lối ra cho bộ nhớ được thực hiện qua chân chọn chip OE, chân này được nối với chân PSEN của vi xử lý. Việc lựa chọn lối ra của bộ nhớ EPROM thường phụ thuộc vào kích thước của chương trình điều khiển cần được nạp vào. Đối với hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy ta phải chọn loại bộ nhớ EPROM có dung lượng lớn ( 27HC256) để đáp ứng đủ cho hệ thống điều khiển đa kênh nhiệt độ. 3-2- Thiết kế phần cứng .3.2.1- Sơ đồ thiết kế phần cứng được mô tả như sau: 3.2.2- Các vi mạch khác sử dụng trong hệ thống. a- Bộ khuếch đại tín hiệu Thermocouple( bộ khuếch đại tín hiệu) Tín hiệu nhận được từ Thermocouple có điện áp nhiệt điện thay đổi từ 0á 6mV tương ứng với nhiệt độ từ 0á 1400 C trong lò sấy. Các tín hiệu này có thể coi là tín hiệu vi sai. Do tín hiệu này là rất nhỏ nên cần phải đưa qua bộ khuếch đại tín hiệu trước khi đưa vào bộ biến đổi ADC. Để khuếch đại tín hiệu ta dùng bộ khuếch đại đo lường. Nó được dùng để khuếch đại chính xác các tín hiệu vi sai AC hay DC đồng thời loại bỏ được các phần tử nhiễu đồng pha lớn. Đặc điểm của bộ khuếch đại này là có trở kháng vào cao, độ trôi thấp, phù hợp với yêu cầu hệ thống. Theo sơ đồ ta thấy rằng hai đầu vào của op- amp không đảo, dẫn đến trở kháng vào cao đối với hai tín hiệu, tầng ra là khuếch đại vi sai vòng đóng. Như vậy ta thấy hai hệ khuếch đại đối với các đường tín hiệu tách riêng đều được hiệu chỉnh bởi điện trở R1. Hình 3.1: Sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu Điện áp ra của bộ khuếch đại đo lường có giá trị bằng: ở đây ta thấy hai mạch khuếch đại thuật toán đầu vào cho điện trở rất cao vì dòng điện vào của đầu vào thuận pha ở đây rất nhỏ. Độ khuếch đại toàn mạch có thể hiệu chỉnh một cách đơn giản bằng điện trở R1. Mạch điện này có thể xây dựng từ một vi mạch và một điện trở mắc bên ngoài, thí dụ mạch LH0036 của hãng National Semiconductor. Như vậy ta thấy điện áp ra bằng hệ số khuếch đại không đổi nhân với hiệu giữa hai điện áp vào và do đó nó được gọi là bộ khuếch đại hiệu. Trong thực tiễn không thể đạt được những mạch điện lý tưởng kiểu này. Nhưng ta hoàn toàn có thể xây dựng được những mạch phù hợp với từng ứng dụng cụ thể Do tín hiệu đầu ra từ cặp nhiệt điện là rất nhỏ từ 0 đến 40mV tương ứng với nhiệt độ đo được từ 00 C đến 12000 C. Do tín hiệu vào AD có giải từ 0V đến 5V nên tín hiệu cần được khuếch đại từ 0á 40mV thành 0á 5V. ở đây do đặc tính của cặp nhiệt điện là tuyến tính nên ta có thể tính toán hệ số khuếch đại là : b- Bộ lọc thông tích cực Butterworth. Tại module thu nhận tín hiệu nhiệt độ trước khi tín hiệu tương tự được đưa vào bộ biến đổi AD cần có các biện pháp lọc nhiễu để tăng độ chính xác cho hệ thống. Các nguồn nhiễu chủ yếu tác động lên tín hiệu của hệ thốnglà: + Nhiễu do nguồn điện lưới + Nhiễu do từ trường + Nhiễu do dung cơ khí Để xử lý lọc nhiễu tuỳ từng loại nhiễu cụ thể mà ta dùng các phương pháp lọc nhiễu khác nhau. Chẳng hạn đối với nhiễu từ trường ta phải dùng các hộp bọc có tác dụng cản từ trường. Đặc biệt có một loại nhiễu mà ta đặc biệt quan tâm là nhiễu do nguồn điện lưới 50Hz gây lên. Để lọc nhiễu này ta thường sử dụng bộ lọc tích cực Butterworth. Bộ lọc này gồm một tổ hợp điện trở, điện dung và một hoặc nhiều phần tử tích cực (như op- amp) có sử dụng nguồn hồi tiếp. Các bộ lọc tích cực RC có thể chế tạo dễ dàng với kích thước vật lí và đặc tuyến tần số của chúng tiến sát tới dạng lý tưởng. Bộ lọc được sử dụng ở đây là bộ lọc thông tích cực thấp Butterworth, bộ lọc này có đặc tuyến biên độ và đặc tuyến pha phù hợp với lọc nhiễu do nguồn điện lưới gây lên. Sơ đồ bộ lọc thông tích cực thấp: c- Bộ khuếch đại đệm: Sơ đồ mạch khuếch đại đệm: Hình 3.2: Sơ đồ mạch khuếch đại đệm: Sau hai tầng khuếch đại lọc nhiễu, tín hiệu được đưa tới bộ khuếch đại đệm, bộ khuếch đại này có chiết áp cho phép điều chỉnh hệ số khuếch đại, đảm bảo điện áp đưa vào đầu vào A/D có giá trị thích hợp. d- Bộ biến đổi tương tự số: Do nhiệt độ không yêu cầu cao về độ chính xác nên độ phân giải của nhiệt độ không cần cao. Do vậy ở đây ta sử dụng ADC 0809 có độ phân giải 8 bit. Sơ đồ thiết kế mạch có dạng như sau: Hình 3.3: Sơ đồ mạch biến đổi tương tự số ADC 0809 * ưu điểm của việc sử dụng bộ biến đổi tương tự số ADC 0809: + Không cần đòi hỏi điều chỉnh điểm không. + Quét động 8 kênh bằng lôgic địa chỉ. + Dải tín hiệu lối vào analog khi điện áp nguồn nuôi là +5V. + Tất cả tín hiệu tương thích TTl. + Độ phân dải 8 bít. + Thời gian biến đổi 100 ms. + Dòng tiêu thụ của vi mạch hầu như không đáng kể 0,3mA. Tín hiệu giữ nhịp dùng cho bộ biến đổi A/ D cần phải được tạo ra ở bên ngoài được dẫn đến chân CLOCK. Tám kênh lối vào analog được dẫn đến các chân IN0 đến IN7. Mẫu bít ở các lối vào địa chỉ A, B, C sẽ xác định xem kênh nào phải được lựa chọn. Nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi ADC 0809 cũng không có gì phức tạp. Một xung dương ở chân START được kích hoạt sự biến đổi. Qua đó mẫu bít vào địa chỉ A, B, và C cũng đồng thời được chốt và xác định kênh biến đổi. Trong quá trình biến đổi chân ra EOC ở mức Low, sau cỡ 100 ms mức này sẽ chuuyển sang mức High và báo hiệu sự kết thúc quá trình biến đổi. Sau đó kết quả của quá trình biến đổi sẽ xếp hàng ở đường dẫn dữ liệu D0... D7. Khi OE= 1 các đường dẫn có thể được đọc tiếp. 3.2.3- Module chỉ thị, nguồn,mạch đánh lửa, van và phím điều khiển A- Mạch chỉ thị: Mạch chỉ thị sử dụng mạch hiển thị 7 thanh (7 segment) nối anôt chung bao gồm có 5 đèn LED để hiển thị thông số nhiệt độ của hệ thống. Việ sử dụng các bộ chỉ thị số có tác dụng tăng độ chính xác của hệ thống so với các bộ chỉ thị kim ( vì tránh được tình trạng vị trí nhìn khác nhau dẫn đến các kết quả khác nhau, và cũng như tránh được các lỗi về cơ khí như chạm hay kẹt kim). Mạch chỉ thị thu nhận tín hiệu từ vùng đệm , đưa ra hiển thị LED theo nguyên tắc quét hoặc ngắt Timer. Trong đó: Các thông số chỉ thị bao gồm: + Giá trị nhiệt độ đo được tại thời điểm hoạt động + Giá trị nhiệt độ đặt trước Các LED trạng thái bao gồm : + LED chỉ thị trạng thái ngắt (mở) cơ cấu điều chỉnh nhiệt độ khi nhiệt độ lò tăng quá mức quy định + LED báo động dừng hẳn hệ thống khi có sự cố nghiêm trọng + LED báo trạng thái làm việc bình thường của hệ thống ở đây mạch sử dụng 2 chốt 74LS373: Trong đó một chốt số liệu cần hiển thị trong vùng đệm ra hiển thị 7 thanh, và một để giải mã địa chỉ cho digit cần hiển thị. B- Các phím điều khiển hệ thống: Hệ thống điều khiển nhiệt độ của lò sấy đứng được hoạt động thông qua các phím điều khiển, mỗi phím có những chức năng riêng thông qua thiết kế phần cứng cũng như trong chương trình phần mềm. Hệ thống bao gồm các phím điều khiển sau: + Ba phím để thay đổi giá trị đặt: Phím vào chương trình đặt và thiết kế chương trình đặt (PROG), phím chọn digit cần thay đổi (SELECT), phím thay đổi giá trị tại digit được chọn( INC). + Một phím có chức năng RESET lại hệ thống (RESET). + Một phím cho phép hệ thống hoạt động (START). + Một phím chọn kênh đo nhiệt độ (CH1, CH2). C- Module cung cấp nguồn cho hệ thống: Module này có nhiệm vụ tạo ra điện áp một chiều ổn định có các dải điện áp là ± 5V và ± 12V cung cấp cho các vi mạch hệ thống. * Mạch nguồn : Nguồn cung cấp là một yếu tố quan trọng đối với các thiết bị điện tử nói chung. Trong hệ thống điều khiển nhiệt độ lò sấy trong dây chuyền sản xuất gạch ốp lát, nó đóng vai trò rất lớn đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định , đồng thời cũng góp phần làm giảm sai số trong khi đo lường và điều khiển các đại lượng và các thiết bị của hệ thống. Nguồn nuôi nhận điện lưới xoay chiều 220V, tần số 50Hz đưa qua biến áp (hạ áp) lấy ra các tín hiệu xoay chiều 9V, 12V, 15V.... Giá trị điện áp đầu ra của biến áp tuỳ theo yêu cầu của từng loại thiết bị trong hệ thống. Các điện áp xoay chiều được đưa vào bộ chỉnh lưu cầu để tạo ra điện áp một chiều tương ứng. Các tụ lọc và điện trở có tác dụng làm phẳng điện áp trước khi đưa vào các vi mạch ổn áp 7805, 7812, 7905, 7912 để có điện áp ± 5V và ± 12V cung cấp cho các vi mạch hoạt động, các vi mạch ổn áp đều được gắn tản nhiệt bằng hợp kim nhôm để giảm bớt nhiệt độ sinh ra trong quá trình làm việc đồng thời cũng làm tăng tuổi thọ của các vi mạch. Tại đầu ra của các vi mạch có các tụ bù. Sơ đồ biến áp nguồn của hệ thống: Hình 3.4: Sơ đồ biến áp nguồn của hệ thống: Trong đó : + Cuộn sơ cấp có điện áp đầu vào là 220V ~. + Cuộn thứ cấp: Gồm 2 cuộn thứ cấp riêng biệt. Điện áp tổng cộng trên cuộn thứ cấp thú nhất là 9V ~, cuộn thứ hai là 15V ~. Tại mỗi cuộn đều có chung điểm không để tạo điện áp âm. Hình 3.5: Sơ đồ nguồn cung cấp D- Van điều khiển dòng chảy của khí gas ở đây ta sử dụng loại van 2 cửa (2- way ) có cuộn hút thuộc chủng loại 8030, 8031 của hãng ASCO ( Automatic Switch Company) có kí hiệu là V- 5304R2. Loại van này được làm bằng đồng thau hoặc thép không gỉ, phù hợp với loại có áp suất thấp. Nguyên tắc làm việc của van là: Van được đóng khi cuộn dây không được cấp điện và mở khi cuộn dây được cung cấp điện. Bảng dưới đây mô tả một số thông số của van: Construction Coi Class Catalog Number Prefix Maximum Ambient Temp. 0F Maximum Fluid Temp. 0F Watt Rating A-C Construction (Alternating Current) A None 77 180 10.5 A None 77 200 15.4 F FT 122 200 10.5 or 15.4 H HT 140 200 10.5 or 15.4 D-C Construction (Direct Current) A, F or H None, FT or HT 77 150 11.2 A, F or H None, FT or HT 77 180