โครงงานเรื่อง -...

วิธีดํ าเนินงานปญหาพิเศษ

1

ตวัอยางปญหาพิเศษดาน Hardware 1

โครงงานเรื่อง

เครื่องอบเครื่องอบใหใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกส

ตัวอยางการเขียนปญหาพิเศษดาน ตัวอยางการเขียนปญหาพิเศษดาน HardwareHardware


บทคัดยอโครงงานนี้เปนการสรางเครื่องอบใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสทีใ่ชไมโครคอนโทรลเลอรควบคุมอุณหภูมิ โดยเมื่ออุณหภูมิต่ํ ากวาอุณหภูมิที่ต้ังไวเครื่องทํ าความรอนจะทํ างาน แตเมื่อเวลาผานไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งอุณหภูมิสูงกวาหรือเทากับอุณหภูมิที่ต้ังไว เครื่องทํ าความรอนจะหยุดทํ างาน ซ่ึงการควบคุมแบบนี้เปนแบบ เปด-ปด

วิธีการดํ าเนินการเริ่มจากการศึกษาขอมูลที่เกี่ยวของกับโครงงานออกแบบและสรางวงจรตางๆ ไดแก วงจรเชื่อมตอสัญญาณ วงจรขยายสัญญาณเครื่องมือวัด และวงจรแหลงจายแรงดัน ซ่ึงวงจรขยายสัญญาณเครื่องมือวัดนั้นไดนํ าวงจรมาจากโครงงานชุดสาธิตการควบคุมอุณหภูมิ ทํ าการปรับปรุงเพื่อใหใชไดกับโครงงานนี้ จัดหาอุปกรณจากนั้นไดทํ าการเขียนโปรแกรมควบคุมและประมวลผลเพื่อใหไดตามเงื่อนไขที่ต้ังไวประกอบเครื่องและทดสอบ

จากผลการทดสอบเครื่องอบใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสสามารถทํ าตามขอบเขต ที่กํ าหนดไวคือ ใชกับไฟฟาระบบ 1 เฟส 220 โวลต 50 เฮิรตซอุณหภูมิคลาดเคลื่อนเทากับ 5oC เมื่อเทียบกับเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่เช่ือถือได สามารถตั้งอุณหภูมิไดสงูถึง 800C โดยมีความละเอียด 0.1oC/Step


2


กติตกิรรมประกาศการจัดทํ าปริญญานิพนธฉบับนี้ สํ าเร็จลุลวงไปไดดวยดีเนื่องจากไดรับคํ าแนะนํ าที่เปนประโยชนอยางยิ่ง จากอาจารยมนตรี ศิริปรัชญานันท และอาจารยเมธีพจน พัฒนศักดิ์ ซึ่งเปนอาจารยที่ปรึกษาโครงงาน คณาจารยเจาหนาที่ทุกทานในภาควิชาครุศาสตรไฟฟา ที่อํ านวยความสะดวกในการจัดหาวัสดุ อปุกรณเครื่องมือตางๆ ผูจัดทํ าขอขอบพระคุณทุกทานเปนอยางสูง สุดทายนี้ผูจัดทํ าขอกราบขอบพระคุณ บิดา มารดา ขอบคุณเพื่อนนักศึกษา ที่คอยเปนกํ าลังใจสนับสนุนในการศึกษาเลาเรียนของผูจัดทํ าเสมอมา และหวังอยางยิ่งวาปริญญานิพนธฉบับนี้จะเปนประโยชนแกทุกทาน รวมถึงเปนแนวทางในการพัฒนาตอไป

นายรุงทวี จงรักษถาวรนายสมภาร สารบุญ

17 มิถุนายน 2545


สวนประกอบของปญหาพิเศษ

• บทที ่1 บทนํ า• บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวของ• บทที ่3 วิธีการดํ าเนินงาน• บทที ่4 ผลการดํ าเนินงาน• บทที ่5 สรุปผล และขอเสนอแนะ


3


ความเปนมาและความสํ าคัญของปญหา1. เมื่อประกอบผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสเสร็จแลว จะตองมีการทดสอบความนาเชื่อถือของผลิตภัณฑ การทดสอบอุณหภูมิ เปนตัวแปรหนึ่งที่ตองมีการทดสอบ เพื่อทราบการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของอุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสนั้นวาปริมาณทางไฟฟาจะเปลี่ยนแปลงไปจากเดิมอยางไร สงผลตอผลิตภัณฑนั้นอยางไร

2. การทดสอบสมรรถนะของผลิตภัณฑตออุณหภูมิ หากรอใหอุณหภูมิสูงเพิ่มขึ้นเองจากการทํ างาน ตองใชเวลานานมาก

3. เครื่องมือที่ใชทดสอบมีการนํ าเขามีราคาสูงมาก และเมื่อเสียหายซอมแซมไดยาก เนื่องจากไมสามารถหาอุปกรณภายในประเทศได

บทที่บทที่ 1 1 บทนํ าบทนํ า


วัตถปุระสงคของโครงงาน

เพื่อสรางเครื่องอบใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑ

ทางอิเล็กทรอนิกสจํ านวน 1 เครื่อง


4


ขอบเขตของโครงงานขอบเขตของโครงงาน 1. ใชระบบไฟฟาแบบ Single Phase 220V 50Hz 2. ควบคุมอุณหภูมิไดสูงสุด 80 C 3. อุณหภูมิภายในตูที่ต้ังจะมีคาผิดพลาด 5 C ซึ่งทดสอบที่อุณหภูมิภาย

นอก(ประมาณ 26 C ถงึ 35 C ) 4. เมื่อเปดเครื่องใหม เครือ่งไมสามารถทํ างานไดถายังไมมีการตั้งอุณหภูมิ 5. สามารถตั้งคาอุณหภูมิ โดยมีคาความละเอียด 0.1 C ตอ Step 6. มชีุดแสดงคาอุณหภูมิในการทดสอบโดยใช LED 7 Segment 3 Digitจ ํานวน 2 ชุด 6.1 แสดงคาอุณหภูมิที่ต้ังไวตามที่ผูใชตองการทดสอบ 6.2 แสดงคาอุณหภูมิจริงภายในตู


7. มีจุดตอสํ าหรับตอไปทดสอบปริมาณทางไฟฟาไมนอยกวา 10 จุด ภายในและภายนอก 7.1 ภายในใชสายไฟทนความรอนสํ าหรับตอเขากับผลิตภัณฑหรืออุปกรณทาง อิเล็กทรอนิกสที่ตองการทดสอบ 7.2 ภายนอกมีขัว้ตอ สํ าหรับตอออกไปทดสอบปริมาณทางไฟฟา

8. ทดสอบผลิตภัณฑหรืออุปกรณทางอิเล็กทรอนิกสที่มีขนาดไมเกิน 20 ซม. 30 ซม. 15 ซม. ( กวาง ยาว สูง )


5


ประโยชนที่คาดวาจะไดรับประโยชนที่คาดวาจะไดรับ

1. ใชทดสอบสมรรถนะอุปกรณและผลิตภณัฑทางอิเล็กทรอนิกสที่เกิดขึน้เมื่ออุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลง

2. ลดระยะเวลาในการทดสอบดานอุณหภูมิของผลิตภัณฑ 3. เปนเครื่องตนแบบในการทดสอบอุปกรณและผลิตภณัฑ

ทางอิเล็กทรอนิกส เพือ่ลดการนํ าเขา และสามารถซอมแซมไดงายโดยใชอุปกรณภายในประเทศ


เครื่องอบใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑทางอเิล็กทรอนิกส ซึ่งการจัดทํ าโครงงานจะตองประกอบดวยทฤษฎีที่เกี่ยวของในสวนตาง ๆ ดังตอไปนี้

• บอรดไมโครคอนโทรลเลอร ANT-32• ตัวตรวจจับอุณหภูมิแบบความตานทาน• วงจรควบคุมความรอน• วงจรขยายสัญญาณเครื่องมือวัด (Instrumentation Amplifiers)• การแปลงสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล• การสงถายความรอน

บทที่บทที่ 2 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวของทฤษฎีที่เกี่ยวของ


6


เริ่มตน

ศึกษาขอมูล

ออกแบบโปรแกรมออกแบบเครื่องควบคุมความรอน

ผาน

ก

ทดสอบวงจรไมผาน

ปรับปรุงแกไข

แผนผังแสดงขั้นตอนการทํ างานก

ออกแบบวงจรเชื่อมตอสัญญาณ

ผาน

ไมผาน ปรับปรุงแกไขทดสอบวงจร

ผาน

ไมผานปรับปรุงแกไข

ข

ทดสอบโปรแกรม

บทที่บทที่ 3 3 วิธีการดํ าเนินงานวิธีการดํ าเนินงาน


เสร็จโครงงาน

จัดทํ ากลองและประกอบกลองชุดควบคุมรวมกับตูอบ

ผาน

ไมผานปรับปรุงแกไขทดสอบการทํ างาน

ทั้งระบบ

แผนผังแสดงขั้นตอนการทํ างาน (ตอ)ข

ค

ไมผาน ปรับปรุงแกไข

ค

ทดสอบการทํ างาน

ผาน

ผาน

ไมผานทดสอบการทํ างาน ทั้งหมด

ปรับปรุงแกไข

ประกอบลงแผนวงจรพิมพ

ประกอบตัวตรวจจับอุณหภูมิกับตัวทํ าความรอนเขากับตูอบ


7


1. ศึกษาขอมูล การศึกษาขอมูล เพ่ือดํ าเนินการสรางเครื่องอบใหความรอน โดยการศึกษาขอมูลรวมถึงทฤษฎีที่เกี่ยวของ และสามารถควบคุมดวยไมโครคอนโทรลเลอร2. การออกแบบเครื่องควบคมุความรอน

สํ าหรับโครงงานนี้ ทางผูจัดทํ าไดทํ าการออกแบบสรางจากแผนผังแสดงกาทํ างานของระบบควบคุม พบวาประกอบดวย 2 สวนใหญ ๆ คือ

- สวนทางดาน HARDWARE

- สวนทางดาน SOFTWARE


การออกแบบทางดาน HARDWAREการออกแบบทางดาน HARDWARE จะเปนการออกแบบเครื่องควบคุมและตูอบ จะตองประกอบไปดวยภาคตาง ๆ คือ

Power Supply

ชุดแสดงผล(LED)

ตัวใหความรอน(heater)

พดัลมไฟฟา(Electric Fan)

ตัวตรวจจับความรอน(Pt100)

Instrumentation Amplifier

ชุดควบคุม(Microcontroller)

MCS-51

ชุดปอนคํ าสั่ง(Keyborad)

A/D

Solid State RelayBoard

ชุดเชื่อมตอสัญญาณ


8


ภาคขยายสัญญาณ PT100

Bridge Pt100 Instrumentamplifier

Bridge Pt100 Instrumentamplifier

Precisiondetecter

Precisiondetecter

Invertingamplifier

Summingamplifier


+12V

-12V

D1

D1N914R1310k

LF411

+12V

-12V

D1

D1N914R110k

LF411

R20 10k

+12VR14 10k

R18 10k

R19 5k

LF411

-12V

R21 10k

O/P LF411

+12V

-12V

วงจรขยายสัญญาณเครื่องมือวัด Instrument Amplifier

R12-12v

LF411

+12V

DZ10V

+12V

-12V

-12V

+12V

R7 27

R11k R17

470

R155k

VR100k

R161k

PT100

R6 270

R1010k

R1110k

R8270

R210k

D3,D41N4001

D1,D21N4001 R3

10k

R4 VR

500k

R510k

R9

10k

+12v

10k

C10.01u

C20.0015u

C3

0.0015u

C4

0.01u

LF411

LF411

R12-12v

LF411

+12V

DZ10V

+12V

-12V

-12V

+12V

R7 27

R11k R17

470

R155k

VR100k

R161k

PT100

R6 270

R1010k

R1110k

R8270

R210k

D3,D41N4001

D1,D21N4001 R3

10k

R4 VR

500k

R510k

R9

10k

+12v

10k

C10.01u

C20.0015u

C3

0.0015u

C4

0.01u

LF411

LF411


9


แผนผังของไมโครคอนโทรลเลอร

ภาคเชื่อมตอสัญญาณ

Keyboard

A/D

LED 7 segment

Solid StateRelay Board

Microcontroler

Port A

P0.0-P0.7 Port A,BPort MCS-51

Port B,C

User Port 1

User Port 2 User Port 2


Vin

+12V

-12V

IC2

+12V

IC3

+12V

IC4

Vi

MAX

675

GND

VR1100k

R1

10k

R2 10k

R4

10k

R3

10k

R5 10k

Vi0-10V

R6

10k

R7 10k

VR210k VR3

10k

IN1IN2

REFAGND D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4

+5V +5V -15V

BUSY CS

R/C HBE

D0D1D2D3

DGND

TO MC

ADC780012 bit

IC1

วงจรแปลงสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอล


10


C1 C3

C2 C4

A

G

B

SW1 F1 L

N

220V AC

BR118

0

18

7812

7912

L

N

BR27.5

7.5

+VCC

GND

7805

C8 C8

ภาคแหลงจายไฟภาคแหลงจายไฟ


Start

Initialize 8255

Scan Key

Read A/D

เปรียบเทียบคาอุณหภูมิที่ตั้งไวกับอุณหภูมิวัด

OFF

ON

Yesคาอุณหภูมิที่ตั้งไวคาอุณหภูมิวัด

No

?

แนวคิดในการออกแบบโปรแกรม

การออกแบบทางดาน SOFTWARE


11


การวางอุปกรณตาง ๆทั้งดานหนาและดานหลัง

1

2

31 2

3

ClearOperClearDisp.4 5 6

7 8 90 Enter

TEMP.SETPOWER

TEMP.PRESENT

74Pt1 Pt2 Fuse 3Ä

220 V 50Hz

Oven Connector

5 6

4

7

1

การประกอบและการปรับแตง


การวางอุปกรณตาง ๆภายในตูอบการวางอุปกรณตาง ๆภายในตูอบ


12


ตัวเครื่องดานหนาและดานหลังผลของเครื่องควบคุมผลของเครื่องควบคุม

บทที่บทที่ 4 4 ผลการดํ าเนินงานผลการดํ าเนินงาน


ตัวเครื่องดานบนและดานขาง


13


ผลของตูอบผลของตูอบใหใหความรอนความรอนดานหนาและดานหลังตูอบ


ภายในตูอบและดานขางของตูอบภายในตูอบและดานขางของตูอบ


14


ผลการทดสอบ- ใชไฟฟากระแสสลับ 220 โวลต 50 เฮิรตซ- การต้ังอุณหภูมิสามารถตั้งไดโดยการกดคาที่คีย ดังไดแสดงไวดังภาพดานหนาของเครื่องควบคุม เครื่องอบสามารถตั้งคาอุณหภูมิสูงสุดได 80°C และถาเกินกวา80°C เครื่องจะไมรับคาหรือไมสามารถทํางานได- ทดสอบการวัดอุณหภูมิท่ีเอาทพุตดวยเทอรโมมิเตอร

การทดสอบในหวัขอนี ้ไดตอเครือ่งมือวัดใหกับเครื่องอบที่ทําเสร็จ ดังภาพสายวัดอุณหภูมิ

เทอรโมมิเตอร ตูอบ

การวัดอุณหภูมิโดยใชเทอรโมมิเตอร


ตารางผลทดสอบการวัดอุณหภูมิเอาตพุตดวยเคร่ืองมือมาตรฐานที่อุณหภูมิภายนอก 26°C

อณุหภมูิที่เครื่องมือวัดมาตรฐาน(°C)

Error(°C) เปรียบเทียบกับเครือ่งมือวัดมาตรฐาน

อณุหภูมิที่ตั้งไว(°C)

MAX MIN MAX MIN40.050.060.070.080.0

43.053.064.074.685.0

36.746.155.865.775.8

3.03.04.04.65.0

3.33.94.24.34.2


15


- ทดลองตั้งอุณหภูมิ โดยมีความละเอียดและการแสดงคาอุณหภูมิ 0.1°C/Stepในหัวขอน้ีไดทําการทดลอง โดยการตั้งคาอุณหภูมิท่ีคียบอรด และดูตัวแสดงผล

ตารางผลการทดสอบตั้งอุณหภูมิ

ตวัแสดงผลทีแ่สดงคาอุณหภมิูจริงบนหนาจอ(°C)อุณหภมิูทีต่ัง้ไว (°C)

MAX MIN

40.345.450.555.660.765.870.9

44.149.654.159.364.369.574.8

36.440.646.550.655.461.965.7


สรุปผลการทดสอบ

ผลที่ไดจากการสรางเครื่องอบใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกส มีดังนี้

1.ใชแรงดันไฟฟากระแสสลับ 220 โวลต 50 เฮิรตซ2.สามารถตั้งอุณหภูมิไดสูงสุด 80 C3.อุณหภูมิภายในตูที่ตั้งมีคาผิดพลาด 5 C ทดสอบ ณ อุณหภูมิภายนอกตู(26 C- 35 C)4.สามารถตั้งคาอุณหภูมิมีความละเอียด 0.1 C/Step5.เมือ่เปดเครื่องใหม เครื่องไมสามารถทํ างานได ถาไมมีการตั้งอุณหภูมิ


16


6. แสดงคาอุณหภูมิในการทดสอบดวย LED 7 Segment 3 Digitจํ านวน 2 ชุด แตละชุดมีหลักทศนิยม 1หลัก 6.1 แสดงคาอุณหภูมิที่ตั้งไวตามที่ผูใชตองการทดสอบ 6.2 แสดงคาอุณหภูมิจริงภายในตู7. มีจุดตอสํ าหรับตอไปทดสอบปริมาณไฟฟา 10 จุด โดยภายในใชสายไฟทน ความรอนและภายนอกมีขั้วตอสํ าหรับตอออกไปทดสอบปริมาณไฟฟา 8. อุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสที่มีขนาดไมเกิน 20 ซม. 30 ซม. 15 ซม. (กวาง ยาว สูง)

ซึ่งผลทั้งหมดเปนไปตามขอบเขตของโครงงานที่ตั้งไวในบทที่ซึ่งผลทั้งหมดเปนไปตามขอบเขตของโครงงานที่ตั้งไวในบทที่ 1 1


สรุปสรุปในงานอตุสาหกรรมทางอุปกรณอิเล็กทรอนิกสทั่วไปนั้น เม่ือประกอบผลิตภัณฑ

ทางอิเล็กทรอนิกสเสร็จแลว จะตองมีการทดสอบความนาเชื่อถือของผลิตภัณฑนั้น การทดสอบอุณหภูมินั้นเปนตัวแปรหนึ่งที่ตองมีการทดสอบวาอุปกรณหรือผลิตภัณฑทางอเิล็กทรอนิกสที่มีการใชงานตามสภาพอุณหภูมิตางๆ กันนั้น จึงตองมีเครื่องอบใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑ

โครงงานนี้ไดดํ าเนินงานสรางโดยใชไมโครคอลโทรลเลอร MCS-51 เปนตัวควบคุม โดยเครื่องประกอบดวยชุดควบคุมและตูอบ ที่เครื่องควบคุมมีวงจรขยายสัญญาณเครื่องมือวัดที่ไดจากการตรวจจับอุณหภูมิ แลวท ําการสงสัญญาณใหกับวงจรแปลงสัญญาณแอนะลอกเปนสัญญาณดิจิตอลใหไมโครคอลโทรลเลอร แลวสงสัญญาณไปที่ Solid State Relay ใหON และ OFF ที่ตัวใหความรอนและพัดลมที่อยูในตูอบทํ างาน เม่ือความรอนถึงจุดอุณหภูมิที่ตั้งไวหรือมากกวา ไมโครคอลโทรลเลอรจะสั่งใหตัวทํ าความรอนหยุดทํ างาน และเมื่อความรอนตํ่ ากวาจุดที่ทั้งไวไมโครคอลโทรลเลอรจะสั่งให ตัวทํ าความรอนทํ างาน อยางนี้ไปเรื่อย ๆ

บทที่บทที่ 5 5 สรุปสรุป ปญหาและขอเสนอแนะปญหาและขอเสนอแนะ


17


สํ าหรับผลของโครงงานที่ไดสามารถควบคุมอุณหภูมิไวไดตามที่กํ าหนด โดยผลการทดสอบเครื่องอบใหความรอนเพื่อการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกส สามารถทํ าความรอน โดยใชไฟฟากระแสสลับ 220 โวลต 50 เฮิรตซ ควบคุมอุณหภูมิไดสูงถึง 80 C ซึ่งอุณหภูมิภายในตูที่ตั้งไว เมื่อนํ าเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่เช่ือถือไดมาวัดเปรียบเทียบแลวมีคาผิดพลาดเทากับ 5 C ซึ่งมีคาความละเอียด 0.1 C/Step มีชุดแสดงคาในการทดสอบโดยใช LED 7 Segment จํ านวน 2 ชุดแตละชุดมีจุดทศนิยม 1 หลัก แสดงคาอุณหภูมิที่ตั้งไวและแสดงคาอณุหภูมิจริงภายในตู มีจุดตอสํ าหรับไปทดสอบปริมาณไฟฟา10จุด และทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑทางอิเล็กทรอนิกสที่มีขนาด 20ซม.X30ซม.X15ซม. (กวางXยาวXสูง)ได


ปญหาของโครงการและแนวทางในการแกไข1. ตูอบที่จัดทํ าโครงงานนั้น เปนเครื่องลางจานที่นํ ามาดัดแปลง จึงไมมีวัสดุปองกันความรอนที่ผนังตู ทํ าใหอุณหภูมิภายนอกตูมีผลตออุณหภูมิภายในตู วิธีการแกไข คอื สรางวัสดุปองกันความรอน จึงทํ าใหอุณหภูมิภายในตูคอนขางคงที่2. ตัวตรวจจับอุณหภูมิ (PT100) ตรวจจับอุณหภูมิผิดพลาด เมื่อเทียบกับเครื่องมือวัดมาตรฐาน เนื่องจากมีแรงดันออฟเซ็ต วิธีการแกไข จะตองใชวงจรลดแรงดันออฟเซ็ตกอนที่จะนํ าไปใชงาน3. ในครั้งแรกการติดตั้งพัดลมไมเหมาะสม ทํ าใหการกระจายความรอนภายในตูไมทั่วถึงเนื่องจากติดตั้งพัดลมไวหลังตู วิธีการแกไขคือ ติดตั้งพัดลมใหอยูแนวเดียวกันกับตัวทํ าความรอน โดยจะอยูใกลกันหรือตรงขามกันก็ได4. การลดอุณหภูมิภายในตูอบ จากอุณหภูมิที่สูงไปสูอุณหภูมิตํ่ า มีความลาชา วธีิการแกไขคือ ติดตั้งพัดลมอีกตัวเพื่อดูดอากาศภายในตูอบออกสูภายนอก


18


ขอเสนอแนะ1.ควรเพิ่มการทดสอบอุปกรณและผลิตภัณฑนั้นที่อุณหภูมิตํ่ ากวาคาอุณหภูมิหองดวย2. หากมีการใชการควบคุมผานคอมพิวเตอรและระบบระบายความรอนเปนไปอยางอัตโนมัติ จะทํ าใหการควบคุมสามารถทํ าไดรวดเร็วและแสดงผลไดแมนยํ ากวา

โครงงานเรื่อง -...

Documents