Đồ án 1- Đo áp suất bằng mxp5100 và hiển thị lcd

Đồ án I.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đồ án này, bên cạnh sự nỗ lực của bản thân, không thể không kể đến sự chỉ bảo tận tình và những góp ý cũng như hướng dẫn về kiến thức cũng như kĩ thuật của cô Lan Hương và thầy Trần Hanh. Tuy nhiên, do kiến thức thực tế còn hạn chế nên bản thiết kế còn nhiều thiếu sót. Vì vậy, em mong nhận được sự góp ý của thầy cô và bạn bè để bản thiết kế của em được hoàn thiện hơn.Một lần nữa chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em để em hoàn thành được đồ án này.

Nhóm đồ án.

1 Đồ án 1- Đo áp suất bằng MXP5100 và hiển thị LCD

LỜI GIỚI THIỆU

Bước vào học kì này, với những kiến thức đã có được trong các kì học trước về các môn vi xử lý, điện tử số, kĩ thuật đo lường, điện tử tương tự… làm hành trang. Tuy nhiên những kiến thức này cần được thực hành thực tế. Đồ án I đã giúp chúng em có thể tiếp xúc những kiến thức đã học một cách trực tiếp.

Chúng em đã được nhận đề tài: “Đo áp suất bằng sensor MPX5100 và hiển thị LCD”. Việc sử dụng các sensor với đầu ra đạt chuẩn điện áp 0 – 5V mà không cần qua các bộ khuếch đại về điện áp đang trở nên dễ dàng hơn với những sensor thông minh. Sensor MSP5100 là một trong số đó. Đồ án được thực hiện với một bài toán cơ bản nhưng rất cần thiết trong các nhà máy xí nghiệp sản xuất để đảm bảo tính an toàn cho con người và máy móc hoạt động bình thường. Nhóm có 4 thành viên và phần việc được phân chia như sau :

1. Nguyễn Xuân Ánh và Nguyễn Thế Đức : tìm hiểu về Atmel Mega 16, lập trình và mô phỏng mạch trên Proteus.

2. Đặng Việt Hùng và Vũ Trọng Bằng : Vẽ mạch nguyên lý, mạch in và làm mạch thật.

3. Vũ Trọng Bằng : tổng hợp ý kiến các thành viên và hoàn thành bản báo cáo.

Đây là bước đầu tập dượt giúp chúng em có những kinh nghiệm làm thực tế cho công việc học tập cũng như công tác sau này.

Nhóm đồ án


Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Nhận xét giáo viên chấm đồ án

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………


I. Tìm hiểu áp suất các phương pháp đo áp suất.Trong công nghiệp luyện kim sử dụng nhiều các thiết bị thủy khí và khí

nén, để hệ thống làm việc bình thường phải kiểm tra và đo áp suất một cách liên tục, nếu áp suất chất lỏng,khí,hơi vượt qua một giới hạn nhất định có thể ảnh hưởng xấu đến hoạt động của thiết bị, thậm chí có thể làm hỏng hoặc nổ bình chứa, đường ống dẫn gây nguy hiểm và thiệt hại nghiêm trọng.Bởi vậy việc đo áp suất có ý nghĩa rất lớn trong việc đảm bảo an toàn cho thiết bị cũng như việc điều khiển kiểm tra hoạt động của máy móc thiết bị có chất lưu.

1. Áp suất

Áp suất là một đại lượng vật lý thể hiện cường độ của thành phần lực tác động vuông góc lên một đơn vị diện tích:

p =dFdS

trong đó:

dF:lực tác động (N).

dS:diện tích chịu tác động (m).

Trong trường hợp chất lưu không chuyển động,áp suất chất lưu là áp suất tĩnh do trọng lượng chất lưu và áp suất khí quyển tác dụng lên mặt thoáng chất lưu.

p¿ p0¿¿ +ρgh

Trong đó:

p0¿¿: áp suất khí quyển

ρ : khối lượng riêng chất lưu

g: gia tốc trọng trường

h:khoảng cách từ điểm khảo sát đến mặt thoáng tiếp xúc với khí quyển.


Trong trường hợp chất lưu chuyển động,áp suất gồm hai thành phần áp suất tĩnh (pt) và áp suất động (pđ).

p= pt + pđ.

đó : pđ = ρv2

v là vận tốc chuyển động của chất lưu.

2. Các phương pháp đo áp suất.

Ở đây do sử dụng sensor MPX4250 là sensor dùng nguyên lý đàn hồi nên ta chỉ xét tập trung vào phương pháp sử dụng nguyên lý này. Các phương pháp khác chỉ nêu mang tính chất tham khảo.

2.1.Áp kế dùng dịch thể

a.Vi áp kế kiểu phao

b.Vi áp kế kiểu chuông

c.Vi áp kế kiểu bù

d.Áp kế kiểu vành khuyên

2.2. Áp kế kiểu đàn hồi

Nguyên lý chung loại này là dựa trên cơ sở đo sự biến dạng đàn hồi của một phần tử biến dạng nhạy cảm với tác dụng của áp suất. Các phần tử biến dạng thường dùng là lò xo,màng mỏng,ống trụ và kiểu đèn xếp.

a.áp kế kiểu lò xo

b.áp kế kiểu màng : phần tử có cấu tạo màng mỏng chia làm 2 loại là màng đàn hồi và màng dẻo.

Khi áp suất tác động lên màng làm nó biến dạng.Biến dạng của màng là hàm phi tuyến của áp suất và tùy thuộc điểm khảo sát.Với màng mỏng độ phi tuyến là khá lớn khi độ võng lớn, do đó thường chỉ sử dụng trong một phạm vi hẹp của độ dịch chuyển của màng.


a.màng phẳng b.màng uốn nếp

Hình 1.

độ võng của màng phẳng dưới tác dụng của áp suất lên màng theo công thức:

δ= 316(1-v2)

p R4

Y h3

Màng uốn nếp có đặc tính phi tuyến nhỏ hơn màng phẳng nên có thể được sử dụng độ võng lớn hơn màng phẳng.

Độ võng của tâm màng uốn nếp được xác định theo công thức:

a = δh +

b δ 3

h3 = p R4

Y h4

trong đó a,b là các hệ số phụ thuộc hình dạng và bề dày của màng.

Khi đo áp suất nhỏ người ta dùng màng dẻo hình tròn phẳng hoặc uốn nếp,chế tạo từ vải tẩm cao su.trong một số trường hợp người ta dùng màng dẻo tâm cứng,khi đó ở tâm màng được kẹp cứng bởi hai tấm kim loại.


Đối với màng dẻo thường,lực di chuyển được tạo nên từ tâm màng xác định bởi:

N= π D2

12. p

D là đường kính ổ đỡ màng.

Đối với màng dẻo tâm cứng,lực di chuyển được tạo nên từ tâm màng xác định bởi:

N= π .D2+Dd+d2

12. p

d là đường kính màng và đĩa cứng.

3. Cảm biến thông minh.Các loại cảm biến thông minh thường có một bộ chuyển đổi chuẩn hóa (CĐCH) làm nhiệm vụ biến đổi tín hiệu điện sau cảm biến thành tín hiệu chuẩn thường là điện áp 0 - 5V hoặc 0 – 10V hoặc dòng 0-20mA hay 4-20mA.Giữa các cảm biến và chuyển đổi A/D rồi vào uP tín hiệu nhất thiết phải qua các CĐCH sao cho bất cứ khoảng đo nào của đại lượng đo cũng tương ứng với tín hiệu ra của chuyển đổi chuẩn hóa. Các CĐCH có thể phục vụ riêng cho từng loại cảm biến và đặt trước MUX hay cho một nhóm cảm biến giống nhau về loại và khoảng đo đặt sau MUX .


Khi qua CĐCH tín hiệu được biến đổi tỷ lệ, nếu tín hiệu x nằm trong khoảng X1- X2 thì tín hiệu ra y phải nằm trong khoảng 0 – Y.Đặc tính của CĐCH thường là tuyến tính, tức có dạng : y= y0 + kx

D i đây là ví d c a m t b chu n hóa ra tín hi u m t chi u:ướ ụ ủ ộ ộ ẩ ệ ộ ề


II. Lựa chọn linh kiện Trong phạm vi yêu cầu đồ án mà chúng em thực hiện, chúng em đã sử dụng sensor MPX5100 và chip ATmega16 trong quá trình mô phỏng.Khi thiết kế mạch thật do điều kiện không cho phép nhóm đã phải thay sensor trên bằng biến trở vì lý do kinh tế và tìm kiếm linh kiện thay thế.Việc lựa chọn chip xử lý do dòng AVR khá phổ biến, thông dụng, dễ lập trình, giá cả hợp lý.

1. Tìm hiểu về sensor MPX5100:

MPX-5100 được thiết kế từ nguyên khối silicon, được thiết kế cho một phạm vi rộng rãi các ứng dụng. Người sử dụng có thể ghép nối với một vi điều khiển hoặc đầu vào cho một bộ A/D. Bộ thiết kế tiến tiến với màng mỏng metallization, lưỡng cực để cung cấp một tín hiệu tương tự với độ chính xác cao tỉ lệ với áp lực đặt vào.


Sơ đồ khối mạch tích hợp trên một chip cảm biến áp suất trong unibody .

Sơ đồ khối mạch tích hợp trong một chip cảm biến Small Outline.

Bảng 1: Đặc điểm hoạt động.


F1: Mối quan hệ giữa tín hiệua với áp lực đầu vào và nhiệt độ 0-850

F2: Nguồn cấp và tín hiệu ra.

F3 : Mặt cắt của 2 loại cảm biến.


F4: Sai số do nhiệt độ.( MPX5100D/MPX5100G/MPXV5100G Series).

F5: Mức sai số cho phép.

F6: Kích thước chân phục vụ cho làm mạch.


2. Tìm hiểu chip vi xử lý.ATMEGA16:Hình ảnh của Atmel mega 16 và sơ đồ chân:

Atmega16 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bit tiêu thụ điện năng thấp dựa trên kiến trúc RISC Reduced Instruction Set Computer.

Với công nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì xung nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu có thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1 Mhz. Vi điều khiển này cho phép người thiết kế có thể tối ưu hoá chế độ tiêu thụ năng lượng mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lí.


Atmega16 có tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc đa năng. Toàn bộ 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung nhịp. Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex Intruction Set Computer) thông thường.

Khi sử dụng vi điều khiển Atmega16, có rất nhiều phần mềm được dùng để lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau đó là: Trình dịch Assembly như AVR studio của Atmel, Trình dịch C như win AVR, CodeVisionAVR C, ICCAVR. C - CMPPILER của GNU… Trình dịch C đã được nhiều người dụng và đánh giá tương đối mạnh, dễ tiếp cận đối với những người bắt đầu tìm hiểu AVR, đó là trình dịch CodeVisionAVR C. Phần mềm này hỗ trợ nhiều ứng dụng và có nhiều hàm có sẵn nên việc lập trình tốt hơn.

III. Các bước tiến hành tính toán và thuật toán.1. Yêu cầu đồ án

Đồ án: thực hiện đo áp suất và hiển thị kết quả đo.2. Giải quyết bài toán

Đồ án được chia làm 2 phần:2.1 Đo áp suất.

Việc đo áp suất sử dụng sensor MPX5100 là dòng sensor thông minh. Việc tìm hiểu sensor này đã được trình bày ở phân trên. Sensor được chuẩn hóa áp ra với mức điện áp ra đã nêu ở trên là từ 0.2-4.9V tương ứng với mức áp suất từ 0-100 kPa.

2.2 Hiển thị LCD.Tín hiệu từ sensor sẽ được đưa đến một vi xử lý (Atmelmega16). Việc lựa chọn của nhóm là sử dụng vi xử lý có tích hợp sẵn bộ chuyển đổi ADC. Tín hiệu analog từ sensor sẽ được chuyển sang tín hiệu số. Tín hiệu này được vi xử lý xử lý và gửi tín hiệu ra màn hình LCD.Atmel 16 có sẵn một bộ chuyển đổi ADC 10bit.- Tính toán bước nhảy đơn vị:


n¿ 5 V

210−1=0.00488

với việc thực hiện cứ thay đổi 1kPa thì Lcd thay đổi 1 đơn vị thì ADC 10bit là hoàn toàn phù hợp.

IV. Sơ đồ mạch nguyên lý và mạch in.


3

V. Kết luận


Với những kiến thức thu nhận được từ sự giảng dạy tận tình của các thầy cô và sự cố gắng của các thành viên trong nhóm, chúng em đã hoàn thành đồ án được giao. Khi thực hiện đồ án, phải giải quyết các bài toán thực tế, chúng em mới thấy được phần nào sự khó khăn của những công việc sau này khi làm việc. Đồ án này đã giúp chúng em có những kinh nghiệm để trau dồi cho bản thân cho những kì học tiếp theo và sau này.Một lần nữa em xin được cảm ơn cô Lan Hương và thầy Trần Hanh đã giúp chúng em hoàn thành công việc của mình.


Đồ án 1- Đo áp suất bằng mxp5100 và hiển thị lcd

Documents