Đồng hồ trường học - Chương 5: Kết luận và phương hướng phát triển hệ thống

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG Đánh giá sai số. Sai số. Sản phẩm của mọi phép đo đều được ghi lại ở dạng này hoặc dạng khác, có khi là một con số, cũng có khi là một đường cong. Song bất luận trong trường hợp nào, dù phép đo có đơn giản thì kết quả của nó đều chứa đựng sai số. Các giá trị của đại lượng đo chỉ có thể biết được sau khi xử lý qua mạch đo. Chính giá trị thực của đại lượng đo và được hồi đáp tổng thể của hệ đo. Hiệu số giá trị thực và giá trị đo được là sai số cho phép đo. Sai số của phép đo chỉ có thể được đánh giá một cách ước tính vì không thể biết giá trị thực của đại lượng đo. Khi đánh giá sai số người ta thường phân chúng làm hai: sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên. Sai số hệ thống: Giả sử ta đo một đại lượng đã biết trước giá trị thực của nó. Nếu giá trị trung bình của các giá trị đo được luôn luôn lệch khỏi giá trị thực, không phụ thuộc vào số lần đo liên tiếp thì ta nói trong trường hợp này sai số là sai số hệ thống. Đối với giá trị cho trước của đại lượng đo, sai số hệ thống có thể không đổi hoặc thay chậm theo thời gian đo. Nó thêm vào một độ lệch không đổi giữa giá trị thực và giá trị đo được. Nguyên nhân sai số hệ thống do hiểu sai hoặc không đầy đủ về hệ đo vì điều kiện sử dụng không tốt. Sai số do giá trị của các đại lượng chuẩn không đúng: Ví dụ: Điểm 0 của thiết bị đo lệch khỏi vị trí, giá trị sai lệch của nhiệt độ chuẩn cặp nhiệt (trong trường hợp dùng hồn hợp nước - nước đá không sạch), giá trị điện áp nuôi cần đo chính xác. Những sai số loại này có thể giảm bằng cách kiểm tra kỹ càng các thiết bị phụ trợ trong mạch đo. Sai số do đặc tính của cảm biến: Sai số độ nhạy hoặc sai số của đường cong chuẩn là nguyên nhân thường gặp dẫn đến sai số hệ thống. Trường hợp già hoá cảm biến do độ mỏi cơ học của các phần tử của cảm biến hoặc hư hỏng hoá học cũng thường kéo theo sự sai lệch đường cong chuẩn ban đầu, đặc biệt đối với cặp nhiệt và nhiệt điện trở. Để tránh sai số hệ thống trong những trường hợp vừa nêu cần phải chuẩn lại cảm biến Sai số do điều kiện và chế độ sử dụng: Tốc độ hồi đáp của cảm biến và các thiết bị phụ trợ có hạn. Bởi vậy, tất cả các phép đo tiến hành trước khi chế độ hoạt động bình thường của hệ đo được thiết lập đều chứa sai số. Ví dụ: một đầu đo nhiệt độ có tốc độ hồi đáp rất khác nhau phụ thuộc vào việc nó được đặt trong chất lỏng đứng yên hay chất lỏng có dòng chảy. Sự có mặt của cảm biến làm thay đổi đại lượng đo dẫn đến sai số, thí dụ trường hợp đầu đo nhiệt có nhiệt dung và quán tính nhiệt không thể bỏ qua khi nó được đặt trong môi trường có thể tích nhỏ. Sai số do xử lý kết quả đo: Sai số dạng này thường do sự nhận xét, đánh giá không chính xác khi tiến hành hiệu chỉnh các kết quả đo. Sai số ngẫu nhiên. Là sai số không xác định cả về dấu lẫn biên độ. Một số nguyên nhân của sai số ngẫu nhiên có thể dự đoán được nhưng độ lớn của chúng thì không thể biết trước. Một số nguyên nhân có thể dẫn đến sai số ngẫu nhiên là: Sai số do tính không thể xác định được đặc trưng của thiết bị: Nguyên nhân có thể gặp là tính linh động của thiết bị. Tại dưới một giá trị ngưỡng nhất định sự thay đổi của đại lượng đo không dẫn đến sự thay đổi có thể phát hiện được của tín hiệu đo. Nguyên nhân sai số cũng có thể do đọc số liệu, việc sai số này do người hoặc chất lượng của thiết bị. Sai số trễ xảy ra khi một trong những thành phần của mạch đo thiếu phần tử có độ trễ. Hồi đáp của hệ thống đo trong trường hợp này phụ thuộc vào điều kiện sử dụng trước đó. Sai số do tín hiệu nhiễu ngẫu nhiên: Nhiễu nền gây nên kích thích nhiệt của hạt dẫn trong các điện trở hoặc trong các linh kiện tích cực làm xuất hiện thang giáng điện áp chồng lên tín hiệu có ích ở đầu ra. Cảm ứng ký sinh do bức xạ điện từ đặc biệt ở tần số khác biệt cũng là nguyên nhân gây nên sai số. Thăng giáng điện áp chồng lên tín hiệu cần xử lý và không thể phân biệt sự thay đổi này với biến thiên của đại lượng đó. Đó cũng là nguyên nhân của sai số ngẫu nhiên có nguồn gốc là tín hiệu nhiễu. Sai số do các đại lượng ảnh hưởng: Hậu quả của sự thay đổi của các đại lượng ảnh hưởng không được tính đến trong khi chuẩn cảm biến. Bởi vậy sự đóng góp của chúng trong kết quả đo được xem như sai số ngẫu nhiên. Ví dụ thiết bị được chuẩn ở 200C thì mọi sự thay đổi nhiệt độ ở dưới hoặc trên 200C đều kéo theo những biến thiên trong hoạt động của thiết bị và của tín hiệu đo. Biện pháp giảm sai số ngẫu nhiên: Trong nhiều trường hợp có thể giảm độ lớn của sai số ngẫu nhiên bằng một số biện pháp thực nghiệm thích hợp bằng cách bảo vệ mạch đo, ổn định nhiệt độ và độ ẩm của môi trường đo. Đánh giá sai số hệ thống. Trong hệ thống này đã mắc phải những sai số sau: Bộ phận nguồn có thể gây ra sai số do việc cấp nguồn không ổn định. Các IC ổn áp : 7812, 7912, 7805 thường cho ra điện áp dao động trong dải ± 0,1V Mạch đo nhiệt độ: Sai số có thể do các điện trở tụ điện sử dụng hoặc do tác động của bên ngoài ảnh hưởng đến đầu đo như nhiệt độ, độ ẩm. Ngoài ra còn phụ thuộc vào chất lượng, loại IC, Trong mạch visai giá trị điện trở phải chọn chính xác hoặc tỷ lệ. Như vậy, sai số chủ yếu là ở phần tương tự, ngoài ra phần này nếu vẽ mạch in tuỳ thuộc vào cách bố trí thiết bị mà còn có thể bị nhiễu gây nên. Phần số như ADC0809, DS12887 thì sai số không đáng kể. ADC0809 chỉ có sai số lượng tử 1/28, đồng hồ thời gian thực cũng gây sai số 1 phút/tháng tức là sai số nhỏ hơn 10-6. Từ những nguyên nhân gây ra sai số này ta có thể thiết kế, chế tạo để khắc phục giảm tối đa sai số đó. Cách hiệu chỉnh sai số. Trong nhiều trường hợp có thể giảm sai số bằng một số biện pháp thực nghiệm thích hợp. Bảo quản mạch đo là cần thiết. Nên sử dụng các giá đỡ chống rung hoặc sử dụng các bộ tự động điều chính điện áp nguồn nuôi các bộ chuyển đổi tương tự-số có độ phân giải thích hợp, che chắn và nối đất các thiết bị đo điện, sử dụng các bộ lọc tín hiệu đo Ngoài ra, việc áp dụng chế độ vận hành đúng đắn cũng là biện pháp tốt để giảm sai số. Hệ thống này được cung cấp nguồn ổn định, sử dụng các IC tốt. Điện trở sử dụng trong mạch khuyếch đại muốn chính xác ta có thể tiến hành đo các điện trở và lựa chọn các giá trị đúng nhất. Nếu mạch đo nhiệt độ thì ta có thể sử dụng IC có độ chính xác cao như OP07 và sensor đo nhiệt độ môi trường thì tránh tiếp xúc với nơi có nhiệt độ cao. Quan trọng là ở mạch đo nhiệt độ, chỉnh offset (chỉnh zero) sao cho khi không có tín hiệu vào thì tín hiệu ra bằng không. Sau khi chỉnh offset xong ta nên tiến hành chỉnh hệ số khuyếch đại theo mong muốn (chỉnh span) để có được kết quả chính xác. Đồng hồ DS12887 sai lệch do cấu tạo của thiết bị ta có thể lập trình lại khi mà sai số nhiều, ở đây ta có thể khắc phục bằng cách đặt lại thời gian bằng phím ấn. Nhận xét hệ thống. Với thiết kế như hệ thống trên: Nguồn chính 6,6W. Một đồng hồ địa phương sử dụng mất: 2,3W lấy từ nguồn chính. Đồng hồ sử dụng LED ma trận mất : 80W từ nguồn cấp riêng, 20mW từ nguồn chính. Hệ thống của em sẽ quản lý: 1 đồng hồ cỡ lớn dùng LED ma trận, 2 đồng hồ địa phương sử dụng LED 50x70. Hiệu quả sử dụng. Giá thành của toàn bộ hệ thống theo thống kê : Đồng hồ chính 600.000đ / 1 chiếc. Đồng hồ địa phương (hiển thị LED 50x70): 300.000đ/1 chiếc. Với hệ thống: 1 đồng hồ chính + 4 đồng hồ địa phương tốn :1800.000đ. Đồng hồ kích cỡ lớn sử dụng ma trận LED dạng 7 thanh: Giá thành 1600.000đ. Với yêu cầu kỹ thuật và kích thước như vậy: Sử dụng LED ma trận từ những led diot nhỏ thì giá rẻ hơn 6 lần so với việc sử dụng LED ma trận sản xuất sãn. Tuy nhiên độ sáng của led diot không được tốt, cần phải chọn được loại led diot có độ sáng nhìn được xa hơn và bền hơn. Đối với việc trả lương cho người trực mỗi tháng: 500.000đ, thì thấy rằng dùng hệ thống tự động kinh tế hơn. Có nhũng hệ thống có tính năng như trên nhưng được thiết kế dựa trên logo hay PLC thì giá thành đắt hơn gấp 10 đến 15 lần khi dùng vi xử lý (tuy nhiên về độ tin cậy, bền thì logo có ưu thế hơn). Do đó, tuỳ vào yêu cầu và mức độ quan trong để có thiết kế phù hợp giữa giá thành và độ tin cậy. Phạm vi ứng dụng. Tất cả các xí nghiệp cơ quan đều có nhu cầu sử dụng. Hơn 5000 trường học đều cần đáp ứng. Phương hướng phát triển hệ thống. Hiện nay các thông báo từ phía ban giám hiệu đều được mang lên loa phóng thanh, âm lượng lớn. Điều này không tốt cho đối tượng nghe đồng thời gây ảnh hưởng đến các hộ dân cư xung quanh. Các phòng học ngày càng được nâng cấp, có nhiều phòng học cách âm cũng không thể nghe thấy. Vậy cần có hệ thống loa tốt (với khả năng của một sinh viên đo lường và thời gian có hạn, em chưa thiết kế được một Ampli tốt) cho mỗi khu, lớp học. Việc tạo ra các bản nhạc cho các giờ nhất định (vd: đầu giờ buổi sáng, kết thúc buổi sáng, đầu giờ buổi chiều, kết thúc giờ buổi chiều) đây cũng là một nhu cầu tinh thần cho đại đa số thị hiếu của người dùng. Xuất phát từ thực tế học sinh, sinh viên tỷ lệ cận thị ngày càng cao. Điều này do cường độ chiếu sáng không đủ cho việc học trong các giảng đường, lớp học lớn. Do đó, việc cảnh báo về cưòng độ sáng cho mỗi lớp học là vấn đề cần làm. Việc đo độ ẩm khá cần thiết cho các phân xưởng, xí nghiệp có nhu cầu.