Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới
Nội dung: 1.Tổng quan đề tài 2.Xây dựng thuật toán điều khiển mô hình 3.Chọn thiết bị điều khiển, thiết bị nhập, xuất. Xây dựng mô hình thực nghiệm và lập trình điều khiển hệ thống tự động nhiệt độ trong nhà lưới
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Nghiên cứu thiết kế mô hình điều khiển nhiệt độ trong nhà lưới, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
h chÊt ng−îc §iÖn ¸p nhiÔu
§¸p øng nhiÖt trong kh«ng khÝ tÜnh:
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 82 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
• Chu n hoá LM335.
LM335 có m t ph ng pháp chu n hoá
thi t b d dàng cho chính xác cao. N i nhánh
hi u ch nh c a LM335 v i m t bi n tr 10K .
B i vì u ra c a LM335 t l v i nhi t
tuy t i. Do ó v i vi c i u ch nh bi n tr , u
ra c m bi n s cho 0V t i 0oK.
Sai s i n áp u ra ch là sai s d c
(do u ra tuy n tính theo nhi t ). Vì v y, chu n hoá dèc t i m t nhi t s
làm úng t t c các nhi t khác.
i n áp u ra c a c m bi n c tính theo công th c:
VoutT = VoutT0 * 0T
T (3.7)
Trong ó: T là nhi t ch a bi t.
T0 là nhi t tham chi u.
C hai u tính b ng nhi t Kelvin.
B ng cách chu n hoá u ra t i m t nhi t s làm úng u ra cho t t c
các nhi t khác. Thông th ng u ra c l y chu n là 10mV/oK.
Ví d t i 25oC ta s có u ra có i n áp là 2,98V.
Tuy nhiên, LM335 c ng nh b t k lo i c m bi n nào khác, s t làm nóng
có th làm gi m chính xác.
Ngoài ra, LM335 là lo i c m bi n không th m n c. Vì v y, khi ta phun
s−¬ng −ít sÏ kh«ng lµm ¶nh h−ëng tíi ®é chÝnh x¸c cña nã.
3.2.1.2. M¹ch ®o nhiÖt ®é sö dông c¶m biÕn nhiÖt ®é b¸n dÉn LM335.
Trong m¹ch ta sö dông mét sè thiÕt bÞ nh−: C¶m biÕn nhiÖt ®éLM335, bé
chuyÓn ®æi t−¬ng tù sè ADC 804, chÝp vi ®iÒu khiÓn 89C051, LED 7 v¹ch, m¹ch so
s¸nh.v.v...
VCC
R2
2.2K
R1
10K
1
3
2
D1
LM335
1
3
2
Output
10mV/oK
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 83 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
3.2.1.2.1. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña m¹ch c¶m biÕn nhiÖt ®é
(PhÇn phô lôc).
3.2.1.2.2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña m¹ch vµ tÝnh to¸n chän c¸c thiÕt bÞ cho
m¹ch.
• Nguyªn lý ho¹t ®éng vµ tÝnh to¸n chän thiÕt bÞ cho khèi m¹ch c¶m biÕn vµ
m¹ch gia c«ng:
M ch gia công th c hi n hai ch c n ng là khu ch i và hi u ch nh t o
ra i n áp là 0V khi o 0oC.
Xét m ch trên ta th y:
Các khu ch i thu t toán ta s d ng lo i OP07 là lo i OA có offset th p. U1
và U2 óng vai trò là các b m i n áp lý t ng: có tr kháng vào r t l n và tr
kháng ra r t nh , không các u vào nh h ng l n nhau.
Các t C1, C2, C3 và C4 có tác d ng ch ng nhi u và n nh ngu n nuôi cho
m ch.
Ta có áp t i chân 2 c a c m bi n LM335 là:
Vs = K*Ta[
oK] = K*(273 + ta[
oC]) v i K = 10mV/oK. (3.8)
T i 0oK, Vs = 0V, nên t i 0
oC => Vs = 2,73V.
=> Vs = 2,73 + K*ta[
oC]. (3.9)
có giá tr i n áp ra c a LM335 t i 0oC là 2,73V, trong th c t ta nhúng
c m bi n vào n c á và hi u ch nh R4 cho n khi i n áp ra c a LM335 là
2,73V thì d ng.
Do ó nh m t o ra i n áp u ra là 0V t i 0oC ta c n có kh i tr ph n i n áp
2,73V t i 0oC mà LM335 t o ra. Bi n tr R2 chính là ph n bù tr ph n i n áp mà
ta nói trên.
U3 óng vai trò là b c ng có khu ch i. Xét tr ng h p nó tuy n tính, áp
d ng ph ng pháp x p ch ng cho t ng kích thích ngõ vào, ng n m ch ngõ vào
còn l i. G i Vout1 là áp ngõ ra c a U3 ng v i ngõ vào o, Vout2 là áp ngõ ra c a
U3 ng v i ngõ vào không o. Hai thông s này c tính nh sau:
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 84 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
21 *5
6
Uout VR
RV −= (3.10)
12 *)87(*5
)65(*8
Uout VRRR
RRRV +
+= (3.11)
Nh v y i n áp t i u ra c a U3 là:
Vout = Vout1 + Vout2 = 21 *5
6*
)87(*5
)65(*8
UU VR
RV
RRR
RRR −+
+
(3.12)
Ch n R5 = R7, R6 = R8 ta c:
Vout = )(*)(*5
6
2121 UUVUU VVAVVR
R −=− (3.13)
Suy ra i n áp t i u ra c a m ch (JH1) s thay i AV*10mV khi nhi t
thay i 1oC.
M t khác phân gi i c a ADC0809 là 5/255 = 19,6 20mV. T c là ADC
ch thay i m t digit sau khi áp thay i 20mV. Nh v y n u ta ch n AV = 1 thì
ng v i nhi t thay i 2oC ADC m i thay i 1 digit. nh n bi t c s thay i
nhi t là 1oC ta ph i ch n AV = 2.
Ö Ch n R6 = 20K và R5 = 10K .
tính ch n R3, ta xét i u ki n ho t ng c a LM335 nhi t
ta = 25
oC, IR = 1mA thì i n áp ngõ ra c a LM335 là 2,98V.
Ö R3 = Ω=− KmA
VV 02,2
1
98,25
(3.14)
Ö Ch n R3 = 2.2K . Ta c ng ch n R1 = 2.2K .
Chú ý: các bi n tr trong m ch c m bi n này s d ng bi n tr ch nh tinh (hay
bi n tr o l ng), lo i có c u t o g m nhi u vòng dây i n tr xo n bên trong,
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 85 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
không nên dùng bi n tr thông th ng r t khó ch nh và không n nh (khi va
ch m nh s b thay i giá tr ).
• Nguyªn lý ho¹t ®éng vµ tÝnh to¸n chän thiÕt bÞ cho khèi m¹ch chuyÓn ®æi vµ
khèi m¹ch vi xö lý.
Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn hiÓn thÞ trªn LED ®−îc n¹p vµo chÝp vi xö lý 89C51.
§Çu vµo JP5 cña khèi m¹ch nµy ®−îc ®Êu víi ®Çu ra JH1 cña khèi m¹ch c¶m
biÕn vµ m¹ch gia c«ng.
Ch©n Vref ®−îc nèi víi mét m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p gåm 1 chiÕt ¸p chØnh tinh
vµ 1 diode Zerner.
ë ch©n nµy ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®−îc dïng lµm ®iÖn ¸p tham chiÕu. Quan hÖ gi÷a
®iÖn ¸p Vref/2 ®−îc thÓ hiÖn ë b¶ng 3.5.
§Çu JP10 ®−îc ®Êu víi ®Çu JP11. C¸c Tranzitor ®−îc sö dông ë ®©y lµ lo¹i
pnp.
org 0h
sjmp main
org 0Bh
ljmp ngat_timer0
main: mov sp,#30h
mov tmod,#01h
mov tl0,#low(-9216)
mov th0,#high(-9216)
setb tr0
mov ie,#82h
mov r2,#00h
mov 12h,#00h
mov 13h,#00h
mov 14h,#00h
loop: acall hienthi
acall kiemtra_1s
sjmp loop
hienthi: mov dptr,#bang_ma_led
;led1
mov p1,#11111110b
mov p2,#01000110b
acall delay
mov p2,#0ffh
acall delay
;led2
mov p1,#11111101b
mov p2,#00011100b
acall delay
mov p2,#0ffh
acall delay
;led3
mov p1,#11111011b
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 86 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
mov a,14h
movc a,@a+dptr
mov p2,a
acall delay
mov p2,#0ffh
acall delay
;led4
mov p1,#11110111b
mov a,13h
movc a,@a+dptr
mov p2,a
acall delay
mov p2,#0ffh
acall delay
;led5
mov p1,#11101111b
mov a,12h
movc a,@a+dptr
mov p2,a
acall delay
mov p2,#0ffh
acall delay
ret
delay: mov r7,#10h
again: djnz r7,again
ret
kiemtra_1s: cjne r2,#100,thoat
mov r2,#00h
mov p0,#0ffh
setb p3.7
clr p3.6
nop
nop
setb p3.6
again1: jb p3.7,again1
clr p3.5
mov a,p0
mov b,#100
div ab
mov 12h,a
mov a,b
mov b,#10
div ab
mov 13h,a
mov 14h,b
setb p3.5
thoat:
ret
ngat_timer0: inc r2
mov tl0,#low(-9216)
mov th0,#high(-9216)
setb tr0
reti
bang_ma_led: db
40h,79h,24h,30h,19h,12h,2h,78h,0h,1
0h
end.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 87 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
• Nguyªn lý ho¹t ®éng vµ tÝnh to¸n chän thiÕt bÞ cho khèi m¹ch hiÓn thÞ.
C¸c ®Çu SV1 vµ SV7 lÇn l−ît ®−îc ®Êu víi c¸c ®Çu JP14 vµ ®Çu JP1 cña khèi
m¹ch chuyÓn ®æi vµ khèi m¹ch vi xö lý.
Trong m¹ch nµy ta sö dông 5 ®Ìn LED 7 v¹ch nèi chung an«t. M¹ch ho¹t
®éng theo ph−¬ng ph¸p quÐt tøc lµ nã quÐt lÇn l−ît c¸c ®Ìn LED. C¸c ®Ìn nµy ®−îc
quÐt liªn tôc, thêi gian quÐt mçi ®Ìn rÊt ng¾n kho¶ng vµi μs. Do hiÖn t−îng l−u ¶nh
trªn vâng m¹c mµ m¾t ta c¶m nhËn nh− c¸c ®Ìn nµy kh«ng thay ®æi tr¹ng th¸i.
Ch−¬ng tr×nh ®· ®−îc n¹p cho vi xö lý ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh nµy.
C¸c ®iÖn trë tõ R1 ÷ R8 trong m¹ch ®Ó h¹n chÕ dßng cho ®Ìn LED
tõ 5 ÷ 20 mA.
VÝ dô: Ta muèn hiÖn thÞ ch÷ C ë ®Ìn LED thø 5 tõ tr¸i s¸ng th× c¸c ®i èt a, f,
e, d ph¶i th«ng, khi ®ã cat«t cña c¸c ®i èt nµy ph¶i ®−îc nèi víi nguån.
T−¬ng tù nÕu ta muèn hiÖn sè 3 ë ®Ìn thø 3 tõ tr¸i s¸ng th× c¸c ®i èt a, b, c,
d, g ph¶i th«ng, khi ®ã cat«t cña c¸c ®i èt nµy ph¶i ®−îc nèi víi nguån.
3.2.1.2.3. Tæng quan vÒ chÝp vi ®iÒu khiÓn 89051.
3.2.1.2.3.1. CÊu t¹o bªn trong cña chÝp vi ®iÒu khiÓn 89051.
Vµo n¨m 1981. H·ng Intel giíi thiÖu mét sè bé vi ®iÒu khiÓn ®−îc gäi lµ
8051. Bé vi ®iÒu khiÓn nµy cã 128 byte RAM, 4K byte ROM trªn chÝp, hai bé ®Þnh
thêi, mét cæng nèi tiÕp vµ 4 cæng (®Òu réng 8 bit) vµo ra tÊt c¶ ®−îc ®Æt trªn mét
chÝp.
8051 lµ mét bé xö lý 8 bit cã nghÜa lµ CPU chØ cã thÓ lµm viÖc víi 8 bit d÷
liÖu t¹i mét thêi ®iÓm. D÷ liÖu lín h¬n 8 bit ®−îc chia ra thµnh c¸c d÷ liÖu 8 bit ®Ó
cho xö lý. 8051 cã tÊt c¶ 4 cæng vµo - ra I/O mçi cæng réng 8 bit (xem h×nh
3.2.2.3.1 ). MÆc dï 8051 cã thÓ cã mét ROM trªn chÝp cùc ®¹i lµ 64 K byte, nh−ng
c¸c nhµ s¶n xuÊt lóc ®ã ®· cho xuÊt x−ëng chØ víi 4K byte ROM trªn chÝp.
B¶ng 3.4: C¸c ®Æc tÝnh cña 8051 ®Çu tiªn.
§Æc tÝnh Sè l−îng
ROM trªn chÝp
RAM
Bé ®Þnh thêi
C¸c ch©n vµo - ra
Cæng nèi tiÕp
Nguån ng¾t
4K byte
128 byte
2
32
1
6
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 88 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
H×nh 3.10: Bè trÝ bªn trong cña s¬ ®å khèi 8051.
3.2.1.2.3.2. M« t¶ ch©n cña chÝp vi ®iÒu khiÓn 89051.
Hä 89051®Òu cã 40 ch©n, víi hai hµng ch©n DIP cho c¸c chøc n¨ng kh¸c
nhau. S¬ ®å bè trÝ ch©n cña 89051
C
O
U
N
TER
OSC
INTERRUPT
CONTROL
4 I/O
PORTS
BUS
CONTROL
SERIAL
PORT
EXTERNAL
INTERRUPTS
CPU
ON - CHIP
RAM
ETC
TIMER 0
TIMER 1
ADDRESS/DATA
TXD RXDP P P P
P1.0
P1.1
P1.2
P1
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
RST
P0.0 (AD0)
Vcc1
2
3
5
6
4
7
8
9
11
12
10
13
14
15
17
18
16
19
20
40
39
38
36
35
37
34
33
32
30
29
31
28
27
26
24
23
25
22
21
8051
(8031)
P0.1 (AD1)
P0.2 (AD2)
P0.4 (AD4)
P0.5 (AD5)
P0.3 (AD3)
PSEN
P0.6 (AD6)
P2.5 (A13)
P2.3 (A11)
P2.1 (A9)
P2.7 (A15)
P2.4(A12)
P2.6 (A14)
P2.0 (AB)
P2.2 (A10)
(RXD) P3.0
(TXD) P3.1
(NT0) P3.2
(NT1) P3.3
(T0) P3.4
(T1) P3.5
(WR) P3.6
(RD) P3.7
XTAL2
XTAL1
GND
P0.6 (AD6)
EA/CPP
ALE/PROG
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 89 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
H×nh 3.11: S¬ ®å bè trÝ ch©n cña 89051
Trªn h×nh 3.11 lµ s¬ ®å bè trÝ ch©n cña 8051. Ta thÊy r»ng trong 40 ch©n th× cã
32 ch©n dµnh cho c¸c cæng P0, P1, P2 vµ P3 víi mçi cæng cã 8 ch©n. C¸c ch©n cßn
l¹i ®−îc dµnh cho nguån VCC, ®Êt GND, c¸c ch©n dao ®éng XTAL1 vµ XTAL2 t¸i
lËp RST cho phÐp chèt ®Þa chØ ALE truy cËp ®−îc ®Þa chØ ngoµi EA , cho phÐp cÊt
ch−¬ng tr×nh PSEN . Trong 8 ch©n nµy th× 6 ch©n VCC , GND, XTAL1, XTAL2,
RST vµ EA ®−îc c¸c hä 8031 vµ 8051 sö dông. Hay nãi c¸ch kh¸c lµ chóng ph¶i
®−îc nèi ®Ó cho hÖ thèng lµm viÖc mµ kh«ng cÇn biÕt bé vi ®iÒu khiÓn thuéc hä
8051 hay 8031. Cßn hai ch©n kh¸c lµ PSEN vµ ALE ®−îc sö dông chñ yÕu trong
c¸c hÖ thèng dùa trªn 8031.
1. Ch©n VCC: Ch©n sè 40 lµ VCC cÊp ®iÖn ¸p nguån cho chÝp. Nguån ®iÖn ¸p lµ
+5V.
2. Ch©n GND: Ch©n GND: Ch©n sè 20 lµ GND.
3. Ch©n XTAL1 vµ XTAL2:
8051 cã mét bé dao ®éng trªn chÝp nh−ng nã yªu cÇu cã mét xung ®ång hå
ngoµi ®Ó ch¹y nã. Bé dao ®éng Th¹ch Anh th−êng xuyªn nhÊt ®−îc nèi tíi c¸c
ch©n ®Çu vµo XTAL1 (ch©n 19) vµ XTAL2 (ch©n 18). Bé dao ®éng Th¹ch Anh
®−îc nèi tíi XTAL1 vµ XTAL2 còng cÇn hai tô ®iÖn gi¸ trÞ 30pF. Mét phÝa cña tô
®iÖn ®−îc nèi xuèng ®Êt nh− ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.12
C2
C1
30pF
XTAL2
XTAL1
GND
XTAL2
XTAL1
GND
NC
EXTERRNAL
OSCILLATAOR
SIGNAL
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 90 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
H×nh 3.12 a) Nèi XTAL tíi 8051 b) Nèi XTAL tíi nguån ®ång bé ngoµi.
CÇn ph¶i l−u ý r»ng cã nhiÒu tèc ®é kh¸c nhau cña hä 8051. Tèc ®é ®−îc coi
nh− lµ tÇn sè cùc ®¹i cña bé giao ®éng ®−îc nèi tíi ch©n XTAL. VÝ dô, mét chÝp
12MHz hoÆc thÊp h¬n. T−¬ng tù nh− vËy th× mét bé vi ®iÒu khiÓn còng yªu cÇu
mét tinh thÓ cã tÇn sè kh«ng lín h¬n 20MHz. Khi 8051 ®−îc nèi tíi mét bé giao
®éng tinh thÓ th¹ch anh vµ cÊp nguån th× ta cã thÓ quan s¸t tÇn sè trªn ch©n XTAL2
b»ng m¸y hiÖn sãng. NÕu ta quyÕt ®Þnh sö dông mét nguån tÇn sè kh¸c bé giao
®éng th¹ch anh ch¼ng h¹n nh− lµ bé dao ®éng TTL th× nã sÏ ®−îc nèi tíi ch©n
XTAL1, cßn ch©n XTAL2 th× ®Ó hë kh«ng nèi nh− h×nh 3.12b.
4. Ch©n RST:
Ch©n sè 9 lµ ch©n t¸i lËp RESET. Nã lµ mét ®Çu vµo vµ cã møc tÝch cùc cao
(b×nh th−êng ë møc thÊp). Khi cÊp xung cao tíi ch©n nµy th× bé vi ®iÒu khiÓn sÏ t¸i
lËp vµ kÕt thóc mäi ho¹t ®éng. §iÒu nµy th−êng ®−îc coi nh− lµ sù t¸i bËt nguån.
Khi kÝch ho¹t t¸i bËt nguån sÏ lµm mÊt mäi gi¸ trÞ trªn c¸c thanh ghi.
5. Ch©n EA :
C¸c thµnh viªn hä 8051 nh− 8751, 98C51 hoÆc DS5000 ®Òu cã ROM trªn
chÝp l−u cÊt ch−¬ng tr×nh. Trong c¸c tr−êng hîp nh− vËy th× ch©n EA ®−îc nèi tíi
VCC. §èi víi c¸c thµnh viªn cñ hä nh− 8031 vµ 8032 mµ kh«ng cã ROM trªn chÝp
th× m· ch−¬ng tr×nh ®−îc l−u cÊt ë trªn bé nhí ROM ngoµi vµ chóng ®−îc n¹p cho
8031/32. Do vËy, ®èi víi 8031 th× ch©n EA ph¶i ®−îc nèi ®Êt ®Ó b¸o r»ng m·
ch−¬ng tr×nh ®−îc cÊt ë ngoµi. EA cã nghÜa lµ truy cËp ngoµi (External Access) lµ
ch©n sè 31 trªn vá kiÓu DIP. Nã lµ mét ch©n ®Çu vµo vµ ph¶i ®−îc nèi hoÆc víi VCC
hoÆc GND. Hay nãi c¸ch kh¸c lµ nã kh«ng ®−îc ®Ó hë.
6. Ch©n PSEN :
§©y lµ ch©n ®Çu ra cho phÐp cÊt ch−¬ng tr×nh (Program Store Enable) trong
hÖ thèng dùa trªn 8051 th× ch−¬ng tr×nh ®−îc cÊt ë bé nhí ROM ngoµi th× ch©n nµy
®−îc nèi tíi ch©n OE cña ROM.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 91 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
7. Ch©n ALE:
Ch©n cho phÐp chèt ®Þa chØ ALE lµ ch©n ®Çu ra vµ ®−îc tÝch cùc cao. Khi nèi
8051 tíi bé nhí ngoµi th× cæng 0 còng ®−îc cÊp ®Þa chØ vµ d÷ liÖu.
Hay nãi c¸ch kh¸c 8051 dån ®Þa chØ vµ d÷ liÖu qua cæng 0 ®Ó tiÕt kiÖm sè
ch©n. Ch©n ALE ®−îc sö dông ®Ó ph©n kªnh ®Þa chØ vµ d÷ liÖu b»ng c¸ch nèi tíi
ch©n G cña chÝp 74LS373.
8. C¸c ch©n cæng vµo\ra vµ c¸c chøc n¨ng cña chóng.
Bèn cæng P0, P1, P2 vµ P3 ®Òu sö dông 8 ch©n vµ t¹o thµnh cæng 8 bÝt. TÊt c¶ c¸c
cæng khi RESET ®Òu ®−îc cÊu h×nh nh− c¸c ®Çu ra, s½n sµng ®Ó ®−îc sö dông nh−
c¸c cæng ®Çu ra. Muèn sö dông cæng nµo trong sè c¸c cæng nµy lµm ®Çu vµo th× nã
ph¶i ®−îc lËp tr×nh.
9. Cæng P0.
Cæng 0 chiÕm tÊt c¶ 8 ch©n (tõ ch©n 32 ®Õn 39). Nã cã thÓ ®−îc dïng nh− cæng ®Çu
ra, ®Ó sö dông c¸c ch©n cña cæng 0 võa lµm ®Çu ra, võa lµm ®Çu vµo th× mçi ch©n
ph¶i ®−îc nèi tíi mét ®iÖn trë kÐo bªn ngoµi 10kΩ. §iÒu nµy lµ do mét thùc tÕ lµ
cæng P0 lµ mét mµng më kh¸c víi c¸c cæng P1, P2 vµ P3. Kh¸i niÖm m¸ng më
®−îc sö dông trong c¸c chÝp MOS vÒ chõng mùc nµo ®ã nã gièng nh− C«-lec-t¬ hë
®èi víi c¸c chÝp TTL. Trong bÊt kú hÖ thèng nµo sö dông 89C51 ta th−êng nèi cæng
P0 tíi c¸c ®iÖn trë kÐo, b»ng c¸ch nµy ta cã ®−îc c¸c −u ®iÓm cña cæng P0 cho c¶
®Çu ra vµ ®Çu vµo. Víi nh÷ng ®iÖn trë kÐo ngoµi ®−îc nèi khi t¸i lËp cæng P0 ®−îc
cÊu h×nh nh− mét cæng ®Çu ra.
a) Cæng P0 ®Çu vµo: Víi c¸c ®iÖn trë ®−îc nèi tíi cæng P0 nh»m ®Ó t¹o nã thµnh
cæng ®Çu vµo th× nã ph¶i ®−îc lËp tr×nh b»ng c¸ch ghi 1 tíi tÊt c¶ c¸c bit. §o¹n m·
d−íi ®©y sÏ cÊu h×nh P0 lóc ®Çu lµ ®Çu vµo b»ng c¸ch ghi 1 ®Õn nã vµ sau ®ã d÷
liÖu nhËn ®−îc tõ nã ®−îc göi ®Õn P1.
b) Vai trß kÐp cña cæng P0: Khi nèi 8051 tíi bé nhí ngoµi th× cæng 0 cung cÊp
c¶ ®Þa chØ vµ d÷ liÖu 8051 dån d÷ liÖu vµ ®Þa chØ qua cæng P0 ®Ó tiÕt kiÖm sè ch©n.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 92 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
ALE b¸o nÕu P0 cã ®Þa chØ hay d÷ liÖu khi ALE - 0 nã cÊp d÷ liÖu D0 - D7. Do
vËy, ALE ®−îc sö dông ®Ó t¸ch ®Þa chØ vµ d÷ liÖu víi sù trî gióp cña chèt 74LS373.
10. Cæng P1.
Cæng P1 còng chiÕm tÊt c¶ 8 ch©n (tõ ch©n 1 ®Õn ch©n 8) nã cã thÓ ®−îc sö dông
nh− ®Çu vµo hoÆc ®Çu ra. So víi cæng P0 th× cæng nµy kh«ng cÇn ®Õn ®iÖn trë kÐo
v× nã ®· cã c¸c ®iÖn trë kÐo bªn trong. Trong qu¸ tr×nh t¸i l¹p th× cæng P1 ®−îc cÊu
h×nh nh− mét cæng ®Çu ra.
11. Cæng P2:
Cæng P2 còng chiÕm 8 ch©n (c¸c ch©n tõ 21 ®Õn 28). Nã cã thÓ ®−îc sö dông
nh− ®Çu vµo hoÆc ®Çu ra gièng nh− cæng P1, cæng P2 còng kh«ng cÇn ®iÖn trë kÐo
v× nã ®· cã c¸c ®iÖn trë kÐo bªn trong. Khi t¸i lËp, th× cæng P2 ®−îc cÊu h×nh nh−
mét cæng ®Çu ra.
Tõ nh÷ng tr×nh bµy trªn ®©y ta cã thÓ kÕt luËn r»ng trong c¸c hÖ thèng dùa
trªn c¸c bé vi ®iÒu khiÓn 89C51 th× ta cã 3 cèng P0, P1vµ P2 cho c¸c thao t¸c vµo/
ra
12. Cæng P3:
Cæng P3 chiÕm tæng céng lµ 8 ch©n tõ ch©n 10 ®Õn ch©n 17. Nã cã thÓ ®−îc
sö dông nh− ®Çu vµo hoÆc ®Çu ra. Cèng P3 kh«ng cÇn c¸c ®iÖn trë kÐo còng nh− P1
vµ P2. MÆc dï cèng P3 ®−îc cÊu h×nh nh− mét cèng ®Çu ra khi t¸i lËp, nh−ng ®©y
kh«ng ph¶i lµ c¸ch nã ®−îc øng dông phæ biÕn nhÊt. Cèng P3 cã chøc n¨ng bæ
xung lµ cung cÊp mét sè tÝn hiÖu quan träng ®Æc biÖt ch¼ng h¹n nh− c¸c ng¾t
C¸c bit P3.0 vµ P3.1 ®−îc dïng cho c¸c tÝn hiÖu nhËn vµ ph¸t d÷ liÖu trong
truyÒn th«ng d÷ liÖu nèi tiÕp. C¸c bit P3.2 vµ P3.3 ®−îc dµnh cho c¸c ng¾t ngoµi.
Bit P3.4 vµ P3.5 ®−îc dïng cho c¸c bé ®Þnh thªm 0 vµ 1. Cuèi cïng c¸c bit P3.6 vµ
P3.7 ®−îc cÊp cho c¸c tÝn hiÖu ghi vµ ®äc c¸c bé nhí ngoµi ®−îc nèi tíi c¸c hÖ
thèng dùa trªn 89051.
Trong c¸c hÖ thèng dùa trªn 89C51 th× c¸c ch©n P3.6 vµ P3.7 ®−îc dïng
cho vµo - ra cßn c¸c ch©n kh¸c cña P3 ®−îc sö dông b×nh th−êng trong vai trß chøc
n¨ng thay ®æi.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 93 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
3.2.1.2.3.3 ChÝp chuyÓn ®æi ADC 804 ( Bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù sè)
ChÝp ADC 804 lµ bé chuyÓn ®æi t−¬ng tù sè trong hä c¸c lo¹t ADC 800 tõ
h·ng National Semiconductor. Nã còng ®−îc nhiÒu h·ng kh¸c s¶n xuÊt, nã lµm
viÖc víi +5v vµ cã ®é ph©n gi¶i lµ 8 bÝt. Ngoµi ®é ph©n gi¶i th× thêi gian chuyÓn ®æi
còng lµ mét yÕu tè quan träng kh¸c khi ®¸nh gi¸ mét bé ADC. Thêi gian chuyÓn
®æi ®−îc ®Þnh nghÜa nh− lµ thêi gian mµ bé ADC cÇn ®Ó chuyÓn mét ®Çu vµo t−¬ng
tù thµnh mét sè nhÞ ph©n. Trong ADC 804 thêi gian chuyÓn ®æi thay ®æi phô thuéc
vµo tÇn sè ®ång hå ®−îc cÊp tíi ch©n CLK vµ CLK IN nh−ng kh«ng thÓ nhanh h¬n
110μs. C¸c ch©n cña ADC 804 ®−îc m« t¶ nh− sau:
1. Ch©n CS (chän chÝp): Lµ mét ®Çu vµo tÝch cùc møc thÊp ®−îc sö dông ®Ó kÝch
ho¹t chÝp ADC 804. §Ó truy cËp ADC 804 th× ch©n nµy ph¶i ë møc thÊp.
2. Ch©n RD (®äc): §©y lµ mét tÝn hiÖu ®Çu vµo ®−îc tÝch cùc møc thÊp. C¸c bé
ADC chuyÓn ®æi ®Çu vµo t−¬ng tù thµnh sè nhÞ ph©n t−¬ng ®−¬ng víi nã vµ gi÷ nã
trong mét thanh ghi trong. RD ®−îc sö dông ®Ó nhËn d÷ liÖu ®−îc chuyÓn ®æi ë ®Çu
ra cña ADC 804. Khi CS = 0 nÕu mét xung cao - xuèng - thÊp ®−îc ¸p ®Õn ch©n
RD th× ®Çu ra sè 8 bÝt ®−îc hiÓn diÖn ë c¸c ch©n d÷ liÖu D0 - D7. Ch©n RD còng
®−îc coi nh− cho phÐp ®Çu ra.
3. Ch©n ghi WR (thùc ra tªn chÝnh x¸c lµ “B¾t ®Çu chuyÓn ®æi”). §©y lµ ch©n ®Çu
vµo tÝch cùc møc thÊp ®−îc dïng ®Ó b¸o cho ADC 804 b¾t ®Çu qu¸ tr×nh chuyÓn
®æi. NÕu CS = 0 khi WR t¹o ra xung cao - xuèng - thÊp th× bé ADC 804 b¾t ®Çu
chuyÓn ®æi gi¸ trÞ ®Çu vµo t−¬ng tù Vin vÒ sè nhÞ ph©n 8 bÝt. L−îng thêi gian cÇn
thiÕt ®Ó chuyÓn ®æi thay ®æi phô thuéc vµo tÇn sè ®−a ®Õn ch©n CLK IN vµ CLK
R. Khi viÖc chuyÓn ®æi d÷ liÖu ®−îc hoµn tÊt th× ch©n INTR ®−îc Ðp xuèng thÊp
bëi ADC 804.
4. Ch©n CLK IN vµ CLK R.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 94 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
Ch©n CLK IN lµ mét ch©n ®Çu vµo ®−îc nèi tíi mét nguån ®ång hå ngoµi
khi ®ång hå ngoµi ®−îc sö dông ®Ó t¹o ra thêi gian. Tuy nhiªn 804 còng cã mét
m¸y t¹o xung ®ång hå. §Ó sö dông m¸y t¹o xung ®ång hå trong (còng cßn ®−îc
gäi lµ m¸y t¹o ®ång hå riªng) cña 804 th× c¸c ch©n CLK IN vµ CLK R ®−îc nèi tíi
mét tô ®iÖn vµ mét ®iÖn trë nh− chØ ra trªn h×nh 3.10. Trong tr−êng hîp nµy tÇn sè
®ång hå ®−îc x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc:
RC1,1
1f = (3.15)
Gi¸ trÞ tiªu biÓu cña c¸c ®¹i l−îng trªn lµ R = 10kΩ vµ C= 150pF vµ tÇn sè
nhËn ®−îc lµ f = 606kHz vµ thêi gian chuyÓn ®æi sÏ mÊt lµ 110μs.
H×nh 3.13: KiÓm tra ADC 804 ë chÕ ®é ch¹y tù do.
5. Ch©n ng¾t INTR (ng¾t hay gäi chÝnh x¸c h¬n lµ “kÕt thóc chuyÓn ®æi’).
§©y lµ ch©n ®Çu ra tÝch cùc møc thÊp. B×nh th−êng nã ë tr¹ng th¸i cao vµ khi
viÖc chuyÓn ®æi hoµn tÊt th× nã xuèng thÊp ®Ó b¸o cho CPU biÕt lµ d÷ liÖu ®−îc
ADC08
+5
1
1
1
4
1
2
10
9
19
10k
150 11
12
13
14
15
16
17
18
3
5
to
LE
Noma
lly
Open
D
D
D
D
D
D
D
D
W
INTD
R
CS
CLK
CLK
A
Vref/
Vin(-
Vin(
20
Vc
10k
PO
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 95 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
chuyÓn ®æi s½n sµng ®Ó lÊy ®i. Sau khi INTR xuèng thÊp, ta ®Æt CS = 0 vµ göi mét
xung cao 0 xuèng - thÊp tíi ch©n RD lÊy d÷ liÖu ra cña 804.
6. Ch©n Vin (+) vµ Vin (-).
§©y lµ c¸c ®Çu vµo t−¬ng tù vi sai mµ Vin = Vin (+) - Vin (-). Th«ng th−êng
Vin (-) ®−îc nèi xuèng ®Êt vµ Vin (+) ®−îc dïng nh− ®Çu vµo t−¬ng tù ®−îc chuyÓn
®æi vÒ d¹ng sè.
7. Ch©n VCC.
§©y lµ ch©n nguån nuèi +5v, nã còng ®−îc dïng nh− ®iÖn ¸p tham chiÕu khi
®Çu vµo Vref/2 (ch©n 9) ®Ó hë.
8. Ch©n Vref/2.
Ch©n 9 lµ mét ®iÖn ¸p ®Çu vµo ®−îc dïng cho ®iÖn ¸p tham chiÕu. NÕu ch©n
nµy hë (kh«ng ®−îc nèi) th× ®iÖn ¸p ®Çu vµo t−¬ng tù cho ADC 804 n»m trong d¶i
0 ®Õn +5v (gièng nh− ch©n VCC). Tuy nhiªn, cã nhiÒu øng dông mµ ®Çu vµo t−¬ng
tù ¸p ®Õn Vin cÇn ph¶i kh¸c ngoµi d¶i 0 ®Õn 5v. Ch©n Vref/2 ®−îcdïng ®Ó thùc thi c¸c
®iÖn ¸p ®Çu vµo kh¸c ngoµi d¶i 0 - 5v. VÝ dô, nÕu d¶i ®Çu vµo t−¬ng tù cÇn ph¶i lµ 0
®Õn 4v th× Vref/2 ®−îc nèi víi +2v.
B¶ng 3.5 biÓu diÔn d¶i ®iÖn ¸p Vin ®èi víi c¸c ®Çu vµo Vref/2 kh¸c nhau.
Vref/ 2(V) Vin(V) Step Size (mV)
Hë * 0 ®Õn 5 5/256 = 19.53
2.0 0 ®Õn 4 4/255 = 15.62
1.5 0 ®Õn 3 3/256 = 11.71
1.28 0 ®Õn 2.56 2.56/256 = 10
1.0 0 ®Õn 2 2/256 = 7.81
0.5 0 ®Õn 1 1/256 = 3.90
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 96 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
B¶ng 3.5: §iÖn ¸p Vref/2 liªn hÖ víi d¶i Vin.
Ghi chó: - VCC = 5V
- Khi Vref/2 hë th× ®o ®−îc ë ®ã kho¶ng 2,5V
- KÝch th−íc b−íc (®é ph©n d¶i) lµ sù thay ®æi nhá nhÊt mµ ADC cã thÓ
ph©n biÖt ®−îc.
9. C¸c ch©n d÷ liÖu D0 - D7.
C¸c ch©n d÷ liÖu D0 - D7 (D7 lµ bÝt cao nhÊt MSB vµ D0 lµ bÝt thÊp nhÊt
LSB) lµ c¸c ch©n ®Çu ra d÷ liÖu sè. §©y lµ nh÷ng ch©n ®−îc ®Öm ba tr¹ng th¸i vµ
d÷ liÖu ®−îc chuyÓn ®æi chØ ®−îc truy cËp khi ch©n CS = 0 vµ ch©n RD bÞ ®−a
xuèng thÊp. §Ó tÝnh ®iÖn ¸p ®Çu ra ta cã thÓ sö dông c«ng thøc sau:
buocthuockich
VD inout = (3.16)
Víi Dout lµ ®Çu ra d÷ liÖu sè (d¹ng thËp ph©n). Vin lµ ®iÖn ¸p ®Çu vµo t−¬ng tù
vµ ®é ph©n d¶i lµ sù thay ®æi nhá nhÊt ®−îc tÝnh nh− lµ (2 × Vref/2) chia cho 256 ®èi
víi ADC 8 bÝt.
10. Ch©n ®Êt t−¬ng tù vµ ch©n ®Êt sè.
§©y lµ nh÷ng ch©n ®Çu vµo cÊp ®Êt chung cho c¶ tÝn hiÖu sè vµ t−¬ng tù. §Êt
t−¬ng tù ®−îc nèi tíi ®Êt cña ch©n Vin t−¬ng tù, cßn ®Êt sè ®−îc nèi tíi ®Êt cña
ch©n Vcc. Lý do mµ ta ph¶i cã hai ®Êt lµ ®Ó c¸ch ly tÝn hiÖu t−¬ng tù Vin tõ c¸c ®iÖn
¸p ký sinh t¹o ra viÖc chuyÓn m¹ch sè ®−îc chÝnh x¸c. Trong phÇn tr×nh bµy cña
chóng ta th× c¸c ch©n nµy ®−îc nèi chung víi mét ®Êt. Tuy nhiªn, trong thùc tÕ thu
®o d÷ liÖu c¸c ch©n ®Êt nµy ®−îc nèi t¸ch biÖt.
Tõ nh÷ng ®iÒu trªn ta kÕt luËn r»ng c¸c b−íc cÇn ph¶i thùc hiÖn khi chuyÓn
®æi d÷ liÖu bëi ADC 804 lµ:
a) BËt CS = 0 vµ göi mét xung thÊp lªn cao tíi ch©n WR ®Ó b¾t ®Çu chuyÓn ®æi.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 97 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
b) Duy tr× hiÓn thÞ ch©n INTR . NÕu INTR xuèng thÊp th× viÖc chuyÓn ®æi ®−îc
hoµn tÊt vµ ta cã thÓ sang b−íc kÕ tiÕp. NÕu INTR cao tiÕp tôc th¨m dß cho ®Õn
khi nã xuèng thÊp.
c) Sau khi ch©n INTR xuèng thÊp, ta bËt CS = 0 vµ göi mét xung cao - xuèng - thÊp
®Õn ch©n RD ®Ó lÊy d÷ liÖu ra khái chÝp ADC 804. Ph©n chia thêi gian cho qu¸
tr×nh nµy ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh 3.14.
H×nh 3.14: Ph©n chia thêi gian ®äc vµ ghi cña ADC 804.
MÆt kh¸c, chóng ta cã thÓ kiÓm tra ADC 804 b»ng c¸ch sö dông s¬ ®å m¹ch
trªn h×nh 3.15. thiÕt lËp nµy ®−îc gäi lµ chÕ ®é kiÓm tra ch¹y tù do vµ ®−îc nhµ s¶n
xuÊt khuyÕn cao nªn sö dông. H×nh 3.15 tr×nh bµy mét biÕn trë ®−îc dïng ®Ó c¾p
mét ®iÖn ¸p t−¬ng tù tõ 0 ®Õn 5V tíi ch©n ®Çu vµo.
Vin(+) cña ADC 804 c¸c ®Çu ra nhÞ ph©n ®−îc hiÓn thÞ trªn c¸c ®Ìn LED cña
b¶ng huÊn luyÖn sè. CÇn ph¶i l−u ý r»ng trong chÕ ®é kiÓm tra ch¹y tù do th× ®Çu
vµo CS ®−îc nèi tíi ®Êt vµ ®Çu vµo WR ®−îc nèi tíi ®Çu ra INTR . Tuy nhiªn, theo
tµi liÖu cña h·ng National Semiconductor “nót WR vµ INTR ph¶i ®−îc t¹m thêi
®−a xuèng thÊp kÕ sau chu tr×nh cÊp nguån ®Ó b¶o ®¶m ho¹t ®éng”.
CS
D0 – Data out
Read it
EndStart
WR
INTR
RD
8051 ADC804
P2.5
P2.6
P1.0 D0
CLK IN
CLK R
VCC
Vin(+)
Vin(-)
150pF
5V
10k
10k
POT
RD
WR
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 98 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
H×nh 3.15: Nèi ghÐp ADC 804 víi nguån ®ång hå riªng.
3.2.2. C¶m biÕn quang
§Þnh nghÜa.
C¸c c¶m biÕn quang ®−îc sö dông ®Ó chuyÓn th«ng tin tõ ¸nh s¸ng nh×n thÊy
hoÆc tia hång ngo¹i (IR) vµ tia tö ngo¹i (UV) thµnh tÝn hiÖu ®iÖn.
3.2.2.1. TÕ bµo quang dÉn
§Æc tr−ng cña c¸c c¶m biÕn ®iÖn trë lµ sù phô thuéc cña ®iÖn trë vµo th«ng
l−îng bøc x¹ vµ phæ cña bøc x¹ ®ã. C¸c tÕ bµo quang dÉn lµ mét trong nh÷ng c¶m
biÕn quang cã ®é nh¹y cao. C¬ së vËt lý cña tÕ bµo quang dÉn lµ hiÖn t−îng quang
dÉn do kÕt qu¶ cña hiÖu øng ®iÖn n«i: hiÖn t−îng gi¶i phãng h¹t t¶i ®iÖn trong vËt
liÖu d−íi t¸c dông cña ¸nh s¸ng lµm t¨ng ®é dÉn cña vËt liÖu.
3.2.2.1.1. VËt lý quang dÉn
D−íi ®©y xÐt m« h×nh ®¬n gi¶n ®Ó rót ra c¸c mèi quan hÖ ®Þnh l−îng gi÷a
c¸c ®¹i l−îng.
Gi¶ sö cã mét tÊm b¸n dÉn ph¼ng thÓ tÝch V pha t¹p lo¹i n víi nång ®é c¸c
donor Nd cã møc n¨ng l−îng n» d−íi vïng dÉn mét kho¶ng b»ng Wd
( h×nh 2.2.1 ). Gi¶ sö n¨ng l−¬ng ion hãa nguyªn tö donor Wd ®ñ lín ®Ó ë nhiÖt ®é
phßng vµ khi ë trong bãng tèi nång ®é n0 cña c¸c donor bÞ ion hãa do nhiÖt lµ nhá.
ë trong tèi, nång ®é ®iÖn tö ®−îc gi¶i phãng trong mét ®¬n vÞ thêi gian nµo do kÝch
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 99 - Tr−êng §HNNI_ Hµ Néi
thÝch nhiÖt tõ c¸c nguyªn tö donor tû lÖ thuËn víi nång ®é cña c¸c t¹p chÊt ch−a bÞ
ion hãa(Nd-n0) trong ®ã:
a ≈ exp(-q Wd/k.T) (3.17)
BiÓu thøc cña a cho ta thÊy nhiÖt ®é cã vai trß ¶nh h−ëng quan träng. Sè ®iÖ
tö t¸i hîp víi c¸c nguyªn tö ®· bÞ ion hãa trong mét ®¬n vÞ thêi gian tû lÖ thuËn víi
nång ®é c¸c nguyªn tö ®· bÞ ion hãa n0 vµ víi nång ®é ®iÖn tö còng chÝnh b»ng n0,
nghÜa lµ tû lÖ víi r.n0.
Trong ®ã r lµ hÖ sè t¸i hîp.
H×nh 2.16.: TÕ bµo quang dÉn vµ sù chuyÓn møc
n¨ng l−îng cña ®iÖn tö
Ph−¬ng tr×nh ®énh häc cña qu¸ trinh t¸i hîp biÓu diÔn sù thay ®æi cña mËt ®é
®iªn tö tù do cã d¹ng:
dt
dn0 = a(Nd - n0) – r.n0. (3.18)
ë tr¹ng th¸i c©n b»ng ta cã:
dt
dn0 = 0 (3.19)
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 100 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
KÕt hîp víi (2.2) ta ®−îc:
n0 = - r
a
2
+
2
1
2
2
4 ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
r
aN
r
a d (3.20)
§é dÉn trong tèi ®−îc biÓu diÔn bëi biÓu thøc:
σ0= qμn0 (3.21)
Trong ®ã μ lµ ®é linh ®éng cña ®iÖn tö vµ q lµ gi¸ trÞ tuyÖt ®èi cña ®iÖn tÝch
cña ®iÖn tö. Khi nhiÖt ®é t¨ng ®é linh ®éng gi¶m nh−ng mËt ®é n0 t¨ng bëi v× sù
kÝch thÝch nhiÖt rÊt lín vµ ¶nh h−ëng cña nã lµ quyÕt ®Þnh ®èi víi ®é dÉn.
Khi chÊt b¸n dÉn bÞ chiÕu s¸ng, c¸c photon (n¨ng l−îng hν Wd) sÏ ion hãa
c¸c nguyªn tö donor gi¶i phãng ra g ®iÖn tö trong mét gi©y trong mét ®¬n vÞ thÓ
tÝch. C¸c ®iÖn tö nµy sÏ bæ sung thªm vµo sè c¸c ®iÖn tö ®−îc gi¶i phãng do kÝch
thÝch nhiÖt. Sè ®iÖn tö g ®−îc tÝnh theo biÓu thøc:
g =
V
G =
LA.
1 . ν
η
h
)1( R− .φ (3.22)
Trong ®ã V = A.L, ý nghÜa cña A vµ L thÓ hiÖn trªn h×nh 2.16, G lµ sè ®iÖn
tö ®−îc gi¶i phãng trong mét ®¬n vÞ thêi gian. Ph−¬ng tr×nh ®éng häc cña t¸i hîp
trong tr−êng hîp nµy cã d¹ng:
dt
dn = a(Nd – n) + g - r.n
2 (3.23)
Th«ng th−êng bøc x¹ chiÕu tíi ®ñ lín ®Ó sè ®iÖn tö do c¸c photon gi¶i phãng
sÏ lín h¬n rÊt nhiÒu so víi sè ®iÖn tö ®−îc gi¶i phong do nhiÖt:
g >> a(Nd – n) vµ n >> n0 (3.24)
Trong nh÷ng ®iÒu kiÖn nh− vËy cã thÓ rót ra ph−¬ng tr×nh ®éng häc cho mËt
®é cña ®iÖn tö ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng d−íi t¸c dông cña chiÕu s¸ng:
n =
2
1
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛
r
g (3.25)
§é dÉn t−¬ng øng víi nång ®é ®iÖn tö ë ®iÒu kiÖn c©n b»ng σ0= qμn0.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 101 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
NÕu tÝnh ®Õn biÓu thøc cña g cã thÓ nhËn thÊy r»ng ®é dÉn lµ hµm kh«ng tuyÕn tÝnh
cña th«ng l−îng ¸nh s¸ng: nã thay ®æi theo φ1/2. KÕt qu¶ nµy rÊt quan träng, thùc
nghiÖm ®· chøng minh sè mò cña φ n»m gi÷a 0,5 vµ 1. NÕu tÝnh to¸n kü l−ìng
h¬n th× cÇn ph¶i xÐt ®Õn ¶nh h−ëng cña c¸c t©m b¾t h¹t dÉn trªn thùc tÕ c¸c t©m
nµy lu«n tån t¹i trong vËt liÖu.
3.2.2.1.2. VËt liÖu ®Ó chÕ t¹o c¶m biÕn
C¶m biÕn quang th−êng ®−îc chÕ t¹o b»ng c¸c b¸n dÉn ®a tinh thÓ ®ång nhÊt
hoÆc ®¬n tinh thÓ, b¸n dÉn riªng hoÆc b¸n dÉn pha t¹p, thÝ dô:
- §a tinh thÓ: CdS, CdSe, CdTe
PbS, PbSe, PbTe.
- §¬n tinh thÓ: Ge, Si tinh khiÕt hoÆc pha t¹p Au, Cu, Sb, In,
SbIn, AsIn, Pin, CdHgTe.
3.2.2.1.3. C¸c ®Æc tr−ng
3.2.2.1.3.1.§iÖn trë
Gi¸ trÞ ®iÖn trë tèi RC 0 phô thuéc vµo d¹ng h×nh häc, kÝch th−íc, nhiÖt
®é vµ b¶n chÊt hãa lý cña vËt liÖu quang dÉn. C¸c chÊt PbS, CdS, CdSe cã ®iÖn trë
tèi rÊt lín (tõ 104 Ω ÷ 109 Ω ë 250 C ), trong khi ®ã SbIn, SbAs, CdHgTe l¹i cã
®iÖn trë tèi t−¬ng ®èi nhá (tõ 10 Ω ÷ 103 Ω ë 250 C ). §iÖn trë RC cña c¶m biÕn
khi bÞ chiÕu s¸ng gi¶m rÊt nhanh khi ®é räi t¨ng lªn. Trªn h×nh 2.2.1.3.1 lµ mét thÝ
dô cu thÓ vÒ sù thay ®æi cña ®iÖn trë cña mét tÕ bµo quang dÉn nh− lµ hµm cña ®é
räi s¸ng.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 102 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
H×nh 2.17: Sù phô thuéc cña ®iÖn trë vµo ®é räi s¸ng
C¸c tÝnh chÊt cña mét tÕ bµo quang dÉn cã thÓ ®−îc biÓu diÔn b»ng mét
m¹ch t−¬ng ®−¬ng, trong ®ã ®iÖn trë tèi RC 0 m¾c song song víi mét ®iÖn trë RC P
x¸c ®Þnh bëi hiÖu øng quang ®iÖn do chiÕu ¸nh s¸ng vµ cã d¹ng:
RC P = a.Φ γ− (3.26)
Trong ®ã a phô thuéc m¹nh vµo vËt liÖu, nhiÖt ®é vµ phæ bøc x¹ ¸nh s¸ng, γ
cã gi¸ trÞ tõ 0,5 ÷ 1.
V× vËy khi chiÕu s¸ng ®iÖn trë sÏ lµ:
RC = PRC 0 RC
P 0.RC RC
+ = γ
γ
-
-
a. 0RC
.a. 0 RC
Φ+
Φ (3.27)
Th«ng th−êng RCP << RC 0 cho nªn RC = a.Φ γ− . Sù phô thuéc cña ®iÖn trë
vµo th«ng l−îng ¸nh s¸ng kh«ng tuyÕn tÝnh . Tuy nhiªn cã thÓ tuyÕn tÝnh hãa nã
b»ng c¸ch sö dông mét ®iÖn trë m¾c song song víi tÕ bµo quang dÉn.
§iÖn trë RC (khi bÞ chiÕu s¸ng) phô thuéc vµo nhiÖt ®é:§é nh¹y nhiÖt cña tÕ
bµo quang dÉn cµng nhá khi bÞ ®é räi s¸ng cµng lín. Gi¸ trÞ cña ®iÖn trë sÏ bÞ gi¶m
tuy rÊt chËm ë nh÷ng ®iÌu kiÖn lµm viÖc giíi h¹n khi ®é räi s¸ng vµ ®iÖn ¸p ®Æt vµo
qu¸ lín. Ng−êi ta rót ra kÕt luËn r»ng hiÖu øng giµ hãa nµy t−¬ng ®èi râ rµng ë
nh÷ng vËt liÖu cã hÖ sè nhiÖt cao.
3.2.2.1.3.2.§é nh¹y
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 103 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
Theo s¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña mét tÕ bµo quang dÉn, ®é dÉn ®iÖn cña tÕ
bµo lµ tæng thÓ cña ®é dÉn trong tèi vµ ®é dÉn khi chiÕu s¸ng:
GC =GC 0 + GC P (3.28)
Trong ®ã:
+ GC 0 =1/RC 0 lµ ®é dÉn trong tèi.
+ GC P =1/RC P =1/ a.Φ γ− lµ ®é dÉn quang.
Khi ®Æt ®iÖn ¸p V vµo tÕ bµo quang dÉn, sÏ cã dßng ®iÖn I ch¹y qua nã:
I = GC.V = GC 0.v + GC P.V = I0 + IP (3.29)
Trong ®iÒu kiÖn sö dông th«ng th−êng th× I0 << IP do ®ã dßng quang ®iÖn cña
tÕ bµo quang dÉn ®−îc x¸c ®Þnh bëi biÓu thøc:
IP = a
V .Φ γ− (3.30)
§èi víi luång bøc x¹ cã phæ x¸c ®Þnh, tû lÖ chuyÓn ®æi tÜnh:
Φ
1 =
a
V . 1−Φ y (3.31)
Vµ ®é nh¹y: ΔΦ
ΔI =
a
Vγ . 1−Φ y (3.32)
Tõ hai biÓu thøc nµy ta cã thÓ thÊy:
+ NÕu tÝnh ®Õn c¸c gi¸ trÞ cña γ th× tû lÖ chuyÓn ®æi tÜnh vµ ®é nhay cã cïng
®é lín.
+ TÕ bµo quang dÉn lµ mét c¶m biÕn kh«ng tuyÕn tÝnh, ®é nh¹y cña nã gi¶m
khi bøc x¹ t¨ng( trõ tr−êng hîp ®Æc biÖt khi γ = 1).
+ §é nh¹y tû lÖ thuËn víi ®iÖn ¸p ®Æt vµo tÕ bµo quang dÉn.§iÒu nµy chØ
®óng khi ®iÖn ¸p ®ñ nhá ®Ó hiÖu øng joule kh«ng lµm thay ®æi nhiÖt ®é (v× nhiÖt ®é
cao sÏ lµm gi¶m ®é nh¹y)
3.2.2.1.4. øng dông cña tÕ bµo quang dÉn
TÕ bµo quang dÉn ®−îc chó ý sö dông bëi chóng cã tû lÖ chuyÓn ®æi tÜnh vµ
®é nh¹y cao cho phÐp ®¬n gi¶n hãa trong viÖc øng dông.
Nh−ng tÕ bµo quang dÉn cung cã mét sè nh−îc ®iÓm nh−:
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 104 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
- Håi ¸p phô thuéc mét c¸ch kh«ng tuyÕn tÝnh vµo th«ng l−îng .
- Thêi gian håi ®¸p lín.
- C¸c ®Æc tr−ng kh«ng æn ®Þnh(giµ hãa).
- Mét sè lo¹i ®ßi hái ph¶i lµm nguéi.
Trong thùc tÕ, c¸c tÕ bµo quang dÉn th−êng ®−îc øng dông trong hai tr−êng
hîp :
- §iÒu khiÓn r¬ le: Khi cã th«ng l−îng ¸nh s¸ng chiÕu lªn tÕ bµo
quang dÉn, ®iÖn trë R cña nã gi¶m xuèng ®¸ng kÓ ®ñ ®Ó cho dßng ®iÖn I chay qua
tÕ bµo. Dßng ®iÖn nµy ®−îc sö dông trùc tiÕp hoÆc th«ng qua khuÕch ®¹i ®Ó ®ãng
më r¬ le.
a) §iÒu khiÓn trùc tiÕp b) §iÒu khiÓn th«ng qua Tranzito khuÕch
®¹i
H×nh 3.18: Dïng tÕ bµo quang dÉn ®Ó ®iÒu khiÓn R¬Le
- Thu tÝn hiÖu quang: tÕ bµo quang dÉn cã thÓ ®−îc sö dông ®Ó biÕn ®æi xung
quang thµnh xung ®iÖn. Sù ng¾t qu·ng cña xung ¸nh s¸ng chiÕu lªn tÕ bµo quang
dÉn sÏ ®−îc ph¶n ¸nh trung thùc qua xung ®iÖn cña m¹ch ®o, do vËy c¸c th«ng tin
mµ xung ¸nh s¸ng mang ®Õn sÏ ®−îc thÓ hiÖn trªn xung ®iÖn. Ng−êi ta øng dông
m¹ch ®o kiÓu nµy ®Ó ®Õm vËt hoÆc ®o tèc ®é quay cña ®Üa.
3.2.2.1.5. øng dông cña c¶m biÕn quang ®Ó ®o c−êng ®é ¸nh s¸ng.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 105 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
H×nh 3.19: S¬ ®å m¹ch nguyªn lý m¹ch ®o c−êng ®é ¸nh s¸ng.
Nguyªn lý m¹ch do:
Dùa vµo nguyªn lý thay ®æi ®iÖn trë cña quang trë R1 theo c−êng ®é ¸nh
s¸ng chiÕu vµo bÒ mÆt ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®−îc c−êng ®é ¸nh s¸ng th«ng qua th«ng
sè ®iÖn trë cña quang trë.
C¸c linh kiÖn D1,C1,C2,C3,U3 7805 nh»m t¹o ra mét ®iÖn ¸p 5V tõ nguån
24V ®Ó cung cÊp cho m¹ch so s¸nh.
Trong m¹ch so s¸nh, mét ®iÖn ¸p biÕn ®æi tõ 0 ÷ 5V øng víi c−êng ®é ¸nh
s¸ng ®−îc t¹o ra nhê R2,R3,R1...§iÖn trë R2,R3 nh»m gi¶m dßng qua quang trë.
§iÖn ¸p lÊy ra gi÷a R1,R2 ®−îc ®−a vµo mét ®Çu so s¸nh thuËt to¸n LM324 khi
kh«ng cã ¸nh s¸ng chiÕu vµo th× ®iÖn ¸p ë ch©n 3 cña thuËt to¸n ~5V, khi cã ¸nh
s¸ng chiÕu vµo th× R1 tiÕn dÇn tíi 0 Ω, do ®ã ¸p t¹i ch©n 3 tiÕn dÇn tíi 0 V tïy vµo
c−êng ®é ¸nh s¸ng.
BiÕn trë R6 ®Ó t¹o ra mét ®iÖn ¸p (0 ÷ 5V), lµ ®iÖn ¸p ®Æt ®Ó so s¸nh víi ®iÖn
¸p t¹o ra tõ ch©n cña quang trë. Nh− vËy ®Ó x¸c ®Þnh mét ®iÓm c−êng ®é s¸ng nµo
®ã th× ta ®Æt mét ®iÖn ¸p t−¬ng øng trªn ch©n 2, khi ¸nh s¸ng xuèng d−íi ng−ìng
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 106 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
th× trªn ch©n 3 sÏ cã mét ®iÖn ¸p lín h¬n ®iÖn ¸p ®Æt, ë ®Çu ra cña so s¸nh thuËt
to¸n sÏ cã møc ®iÖn ¸p cao (5V). §iÖn ¸p nµy sÏ kÝch më transistor C828 qua ®iÖn
trë b¶o vÖ R4, khi transistor më sÏ cã mét ®iÖn ¸p 24V vµo cuén d©y Relay, ë ch©n
tiÕp ®iÓm cña Relay ta cã thÓ cÊp nguån 24V ®Ó ®−a vµo PLC xö lý
PhÇn m¹ch in:
H×nh 3.20: S¬ ®å m¹ch in m¹ch ®o c−êng ®é ¸nh s¸ng.
3.2.2.1.6. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm víi c¶m biÕn quang.
Dông cô thÝ nghiÖm:
+ C¶m biÕn quang.
+ M¸y ®o c−êng ®é ¸nh s¸ng EXTECH.
- M¸y cã thÓ ®o c−êng ®é ¸nh s¸ng tõ 0 ÷ 100000 lux.
- M¸y cã hai thang ®o:
NÕu ta ®o tõ 0 ÷ 19999 lux th× ®Æt ë thang ®o x10.
NÕu ta ®o tõ 20000 ÷ 500000 lux th× ta ®Æt ë thang ®o x 100.
+ §ång hå v¹n n¨ng. (ChØ thÞ sè).
+ æn ¸p, cã thÓ ®iÒu chØnh ®iÖn ¸p tõ 0 ÷ 220 V. §Ó ®iÒu chØnh sù s¸ng
tèi cña bãng ®Ìn lµm thÝ nghiÖm.
+ §Ìn sîi ®èt c«ng suÊt 60 W.
Do trong bµi ta cÇn ®o ¸nh s¸ng tõ 30000 ÷ 80000 lux nªn ë m¸y ®o c−êng
®é ¸nh s¸ng ta ®Æt ë thang ®o x 100.
Trong qu¸ tr×nh lµm thÝ nghiÖm ta thu ®−îc kÕt qu¶ cho ë b¶ng sau:
Sè lÇn
thÝ
nghiÖm
§iÖn ¸p ra
§¬n vÞ
(mV)
C−êng ®é ¸nh
s¸ng x 100
§¬n vÞ (lux)
è lÇn
hÝ
ghiÖm
§iÖn ¸p ra
§¬n vÞ
(mV)
C−êng ®é ¸nh
s¸ng x100
§¬n vÞ (lux)
1 574 8 13 49 526
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 107 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
2 473 23 14 48,8 530
3 242 100 15 47,5 597
4 226 172 16 47,3 610
5 196 184 17 47,1 630
6 125 220 18 46 660
7 103 224 19 45,2 693
8 91,2 254 20 45 675
9 82,4 295 21 44,9 686
10 78,5 360 22 44,4 700
11 76 392 23 44,2 710
12 73 400 24 44 720
B¶ng 3.6: KÕt qu¶ thÝ nghiÖm víi c¶m biÕn quang.
Tõ b¶ng kÕt qu¶ trªn ta tæng hîp vµ xö lý sè liÖu ta tæng hîp hµm sè vÒ sù
phô thuéc cña ®iÖn ¸p vµo c−êng ®é s¸ng:
§Ó viÖc t×m hµm phô thuéc ®−îc ®¬n gi¶n ta xö lý vµ lÊy 10 sè liÖu nh− ë
b¶ng sau ®©y:
Sè lÇn
thÝ nghiÖm
§iÖn ¸p ra (y)
§¬n vÞ
(mV)
C−êng ®é ¸nh s¸ng (x)
x 100
§¬n vÞ (lux)
1 574 8
2 473 23
3 242 100
4 196 184
5 91.2 254
6 76 392
7 49 530
8 46 660
9 45 675
10 44 720
∑ y = 1836,2 ∑ x = 3546
62,183=y 6,354=x
∑ 2y =672756,44 ∑ 2x = 1953154
yσ = 183,19 yσ =263,77
2y =33716,3 2x =125741,16
TÝnh to¸n hÖ sè t−¬ng quan ρ ta cã:
ρ =
yx σσ
μ
.
11 (3.33)
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 108 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
víi μ11 = n
1 .∑ −n kk yxyx
1
)..( (3.34)
Thay sè vµo ta cã:
⇒ μ11 = 10
1 .(247076,8 – 65111,65)
⇒ μ11 =18196,51.
Vµ σx. σy =263,77.183,19 = 48320,02.
VËy hÖ sè t−¬ng quan ρ lµ:
ρ = 02,48320 51,18196 = 0,37.
Nh− vËy ta thÊy gi÷a x vµ y cã quan hÖ kh«ng tuyÕn tÝnh. Qua sè liÖu ta thu
®−îc ta dù b¸o hµm cña hai ®¹i l−îng x vµ y trªn cã d¹ng hyperbol víi x>0 vµ y>0.
Hµm cã d¹ng y =
x
a , víi x>0 vµ y>0.
§Æt Y = y vµ X =
x
1 ta cã: Y = a.X
TÝnh to¸n víi Y = y vµ X =
x
1 ta ®−îc sè liÖu cho ë b¶ng 2.3.1.6c sau:
Sè lÇn
thÝ nghiÖm
§iÖn ¸p ra
§¬n vÞ y
(mV)
C−êng ®é ¸nh s¸ng x 100
§¬n vÞ x (lux)
1 574 0,125
2 473 0,043
3 242 0,01
4 196 0,0054
5 91.2 0,0039
6 76 0,006
7 49 0,002
8 46 0,0015
9 45 0,0048
10 44 0,0014
∑Y = 1836,2 ∑ X = 0,203
62,183=Y 0203,0=X
∑ 2Y =672756,44 ∑ 2X = 0,0177
Yσ = 183,19 Xσ =0,037
2Y =33716,3 2X =0,00041
¸p dông ph−¬ng ph¸p b×nh ph−¬ng cùc tiÓu ta cã ®iÒu kiÖn:
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 109 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
∑
=
−
n
k
kk XaY
1
).( = S = min. (3.35)
LÊy vi ph©n theo a ta cã:
-2∑
=
−
n
k
kk XaY
1
).( .Xk = 0 (3.36)
⇒ a.
2
1 k
n
k
X∑
=
= ∑
=
n
k
kk YX
1
.
⇒ a = ∑
=
n
k
kk YX
1
. /
2
1 k
n
k
X∑
=
víi Xk.Yk = 96,82.
Thay sè vµo ta cã: a =
0177,0
82,96 = 5470.
VËy ta cã: Y = 5470.X .
Thay y = Y vµ x =
X
1 ta cã hµm sè biÓu diÔn sù t−¬ng quan cña hai ®¹i
l−îng x vµ y lµ:
y =
x
5470
Tõ hµm trªn ta vÏ ®−îc ®å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña ®iÖn ¸p vµo c−êng
®é ¸nh s¸ng chiÕu vµo quang trë, h×nh 3.21.
H×nh 3.21: §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña ®iÖn ¸p cña quang trë
vµo c−êng ®é ¸nh s¸ng.
0
100
200
300
400
500
600
700
0 200 400 600 800 c−êng ®é s¸ng
(X100) lux
®i
Ön
¸
p
(m
V
)
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 110 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
Do ®Ò tµi cña ta chØ nghiªn cøu vÒ mét sè lo¹i c©y rau thuéc lo¹i C3 cho nªn
c−êng ®é ¸nh s¸ng phï hîp cho c¸c lo¹i c©y nµy lµ tõ 30000÷80000 lux.
Nh−ng do trong ®Ò khi tµi ta lµm thÝ nghiÖm ta chØ lµm víi bãng ®Ìn sîi ®èt
cã c«ng suÊt lµ 60W nªn c−êng ®é ¸nh s¸ng kh«ng ®ñ ®−îc 80000 lux
3.3. thuËt to¸n ®iÒu khiÓn m« h×nh
3.3. 1. Ho¹t ®éng cña hÖ thèng.
S¬ ®å tæng thÓ m« h×nh hÖ thèng.
H×nh 3.22: S¬ ®å tæng thÓ m« h×nh hÖ thèng.
Trong m« h×nh ta sö dông:
• M¸y tÝnh c¸ nh©n PC.
• Bé lËp tr×nh PLC S7 _ 200.
• Hai ®éng c¬: - §éng c¬ phun s−¬ng cã c«ng suÊt 0,37 KW.
- §éng c¬ cuèn m¸i.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 111 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
• HÖ thèng c¶m biÕn gåm: - Hai c¶m biÕn nhiÖt.
- Mét c¶m biÕn quang.
• HÖ thèng ®−êng èng dÉn vµ c¸c vßi phun s−¬ng.
• BÓ ®Ó cung cÊp n−íc s¹ch cho ®éng c¬.
∗ Ho¹t ®éng cña hÖ thèng:
Khi ng−êi ®iÒu khiÓn Ên Start th× hÖ thèng b¾t ®Çu lµm viÖc.
C¶m biÕn nhiÖt ®Æt trong nhµ l−íi nhËn tÝn hiÖu b»ng c¸ch c¶m biÕn nhiÖt ®é
kh«ng khÝ trong nhµ l−íi do nhµ l−íi hÊp thô nhiÖt cña ¸nh n¾ng mÆt trêi chiÕu
xuèng. Khi c¶m biÕn nhËn ®−îc tÝn hiÖu nhiÖt ®−a qua bé biÕn ®æi t−¬ng tù sè sau
®ã ®−îc ®−a vµo PLC ®Ó diÒu khiÓn. NÕu nhiÖt ®é lín h¬n nhiÖt ®é giíi h¹n ®Ó c©y
sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn (Ta ®Æt t > 300C) th× PLC ph¸t tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®éng c¬
b¬m s−¬ng ho¹t ®éng. Trong qu¸ tr×nh ®éng c¬ phun s−¬ng ho¹t ®éng th× c¶m biÕn
nhiÖt ®é vÉn ho¹t ®éng b×nh th−êng nã vÉn c¶m biÕn nhiÖt ®é trong nhµ l−íi vµ
cung cÊp tÝn hiÖu vÒ cho PLC nÕu nhiÖt ®é gi¶m tíi giíi h¹n cho phÐp (t < 250C)
th× PLC sÏ ph¸t tÝn hiÖu ®Ó ng¾t nguån cung cÊp cho ®éng c¬ phun s−¬ng, lóc ®ã
®éng c¬ phun s−¬ng sÏ dõng.
C¶m biÕn quang ®−îc ®Æt trªn m¸i cña nhµ l−íi nh»m môc ®Ých lµ c¶m biÕn
c−êng ®é ¸nh s¸ng mÆt trêi chiÕu xuèng. Khi c−êng ®é ¸nh s¸ng mÆt trêi chiÕu
C¶m
biÕn
®iÒu
khiÓn
m¸y b¬m
KhuÕch
®¹i tÝn
hiÖu
H×nh 3.23:S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu tiÕt nhiÖt ®é trong nhµ l−íi
Nguån
nu«i
Xö lý
tÝn hiÖu
(PLC)
ChuyÓn
®æi tÝn
hiÖu
M¸y tÝnh
pc
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 112 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
xuèng nhá h¬n giíi h¹n cho phÐp, ®èi víi c¸c lo¹i c©y C3 (C¸c c©y rau C3 nh− cµ
chua, khoai t©y,cñ c¶i...) lµ 30000 ÷ 80000 lux. ( Tµi liÖu Trång Trät §¹i C−¬ng
do Hµ ThÞ Thanh B×nh chñ biªn).
Nh−ng trong ®Ò tµi ta ®Æt ë ng−ìng 40000 lux. Khi c−êng ®é ¸nh s¸ng mÆt
trêi chiÕu xuèng nhá h¬n 40000 lux (t−¬ng ®−¬ng ®iÖn ¸p ra ë ch©n cña c¶m biÕn
quang lµ lín h¬n 73 mV), th× tÝn hiÖu ®−îc ®−a qua bé so s¸nh sau ®ã truyÒn tÝn
hiÖu tíi PLC , PLC sÏ truyÒn tÝn hiÖu ra ®iÒu khiÓn ®éng c¬ cuèn m¸i, cuèn m¸i
l¹i.
Khi c¶m biÕn quang c¶m biÕn ®−îc c−êng ®é ¸nh s¸ng mÆt trêi lín h¬n
40000 lux (t−¬ng ®−¬ng ®iÖn ¸p ra ë ch©n cña c¶m biÕn quang lµ nhá h¬n 73 mV)
th× tÝn hiÖu truyÒn qua bé so s¸nh sau ®ã truyÒn tíi PLC , PLC sÏ truyÒn tÝn hiÖu
ra ®iÒu khiÓn ®éng c¬ cuèn m¸i ®¶o chiÒu quay vµ tr¶i m¸i ra che l¹i.
3.3. 2. Giíi h¹n cña ®Ò tµi.
Do m« h×nh ta chØ sö dông 1m3 cho nªn viÖc ®iÒu tiÕt nhiÖt ®é sÏ chÞu ¶nh
h−ëng rÊt lín cña m«i tr−êng v× thÕ mµ trong qu¸ tr×nh phun s−¬ng nhiÖt ®é cã thÓ
sÏ kh«ng gi¶m tíi nhiÖt ®é thÝch hîp ®Ó cho c©y sinh tr−ëng vµ ph¸t triÓn lµ tõ 180C
÷ 240C mµ chØ gi¶m ®−îc vµi ®é C.
ViÖc ta sö dông c¶m biÕn quang ë trªn m¸i còng gÆp ph¶i mét sè nh−îc
®iÓm nh−: Nh÷ng h«m trêi cã giã t©y dï c−êng ®é ¸nh s¸ng cña mÆt trêi yÕu nh−ng
kh«ng khÝ rÊt nãng, lóc ®ã c¶m biÕn nhËn tÝn hiÖu b¸o vÒ cho PLC, PLC ®iÒu khiÓn
®éng c¬ cuèn m¸i vµo ®iÒu ®ã sÏ cã h¹i cho c©y rau.
Mét giíi h¹n n÷a cña ®Ò tµi lµ: Ta chØ ®iÒu tiÕt tõ nhiÖt ®é cao xuèng nhiÖt ®é
thÊp mµ kh«ng ®iÒu tiÕt theo h−íng ng−îc l¹i, v× thÕ mµ khi gÆp ph¶i nh÷ng h«m
nhiÖt ®é ngoµi trêi h¹ thÊp xuèng d−íi nhiÖt ®é thÝch hîp ®Ó c©y sinh tr−ëng vµ ph¸t
triÓn th× hÖ thèng ngõng lµm viÖc vµ ph¶i sö dông tíi biÖn ph¸p kh¸c ®Ó gi÷ Êm cho
c©y rau.
Do ®Ò tµi cña ta chØ nghiªn cøu vÒ mét sè lo¹i c©y rau thuéc lo¹i C3 cho nªn
c−êng ®é ¸nh s¸ng phï hîp cho c¸c lo¹i c©y nµy lµ tõ 30000÷80000 lux.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 113 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
Nh−ng do trong ®Ò khi tµi ta lµm thÝ nghiÖm ta chØ lµm víi bãng ®Ìn sîi ®èt
cã c«ng suÊt lµ 60W nªn c−êng ®é ¸nh s¸ng kh«ng ®ñ ®−îc 80000 lux.
NÕu ta sö dông lo¹i bãng ®Ìn cã c«ng suÊt lín h¬n thi nhiÖt ®é táa vµo quang
trë sÏ lín ®iÒu ®ã sÏ lµm gi¶m ®é nh¹y cña quang trë .
MÆt kh¸c do ®éng c¬ ta sö dông ®Ó cuèn m¸i lµ ®éng c¬ mét chiÒu víi ®iÖn
¸p ®Þnh møc lµ 24V, nªn trong ®Ò tµi ta ®Æt cho c¶m biÕn quang ë ng−ìng c−êng ®é
¸nh s¸ng ®Ó PLC t¸c ®éng lµ 40000 lux. NÕu c¶m biÕn quang nhËn ®−îc tÝn hiÖu lµ
c−êng ®é ¸nh s¸ng ë møc thÊp h¬n 40000 lux (t−¬ng ®−¬ng ®iÖn ¸p ra ë ch©n cña
c¶m biÕn quang lµ nhá h¬n 73 mV) th× PLC t¸c ®éng vµo ®éng c¬ cuèn m¸i cuèn
m¸i l¹i, cßn khi c¶m biÕn quang nhËn ®−îc tÝn hiÖu lµ c−êng ®é ¸nh s¸ng ë møc
trªn 40000 lux (t−¬ng ®−¬ng ®iÖn ¸p ra ë ch©n cña c¶m biÕn quang lµ lín h¬n 73
mV) th× PLC t¸c ®éng vµo ®éng c¬ cuèn m¸i ®¶o chiÒu quay vµ tr¶i m¸i ra che l¹i.
3.4. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®iÒu tiÕt nhiÖt ®é trong nhµ l−íi
3.4.1. Ph©n ®Þnh nh÷ng ®Çu vµo vµ nh÷ng ®Çu ra
PH©n c«ng tÝn hiÖu vµo
Ký hiÖu §Þa chØ PhÇn tö
ON I0.0 Nót Ên khëi ®éng, th−êng më.
I0.1 C«ng t¾c hµnh tr×nh trong, th−êng ®ãng.
I0.2 C«ng t¾c hµnh tr×nh ngoµi, th−êng më.
S1 AIW0 C¶m biÕn nhiÖt ®é.
S2 AIW2 C¶m biÕn quang.
PH©n c«ng tÝn hiÖu ra
Ký hiÖu §Þa chØ PhÇn tö
M1 Q0.0 §éng c¬ b¬m s−¬ng.
M2 Q0.1 §éng c¬ cuèn m¸i cuèn cuèn m¸i l¹i.
M3 Q0.2 §éng c¬ cuãn m¸i tr¶i m¸i ra.
3.4.2. L−u ®å thuËt to¸n
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 114 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
S1=1 khi nhiÖt ®é trong nhµ l−íi lín h¬n 250C.
S2=1 khi c−êng ®é ¸nh s¸ng lín h¬n 40000 lux
3.4.3. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn
//Chuong trinh dieu khien
//Dang STL
NETWORK 1 //Bat dong co bom suong
LD I0.0
AW>= AIW0, +19200
S Q0.0, 1
Q0.0 =1
S2=1
Start
S1=1
Q0.1 = 0
Q0.2 = 1
Q0.1 = 1
Q0.2 = 0
Stop
S2S1
Sai
§óng §óng
Sai
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 115 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
NETWORK 2 //Tat dong co bom suong
LD I0.0
AW<= AIW0, +16000
R Q0.0, 1
NETWORK 3 //Bat dong co cuon hoac keo mai che
LD I0.0
AW<= AIW2, +4672
LPS
A I0.2
S Q0.1, 1
R Q0.2, 1
LPP
NOT
AN I0.1
R Q0.1, 1
S Q0.2, 1
NETWORK 4 //Dung dong co cuon mai che
LDN I0.1
R Q0.1, 1
NETWORK 5 //Dung dong co keo mai che
LD I0.2
R Q0.2, 1
//Dang LAD
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 116 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
3.5. KÕt luËn ch−¬ng iiI.
Qua nghiªn cøu vµ t×m hiÓu lý thuyÕt ë ch−¬ng III nµy chóng t«i ®· lµm
®−îc mét sè c«ng viÖc nh−:
- T×m hiÓu vÒ mét sè ph−¬ng ph¸p ®iÒu tiÕt nhiÖt ®é phæ biÕn ®−îc sö dông
hiÖn nay. Tõ ®ã chóng t«i quyÕt ®Þnh chän ph−¬ng ph¸p phun s−¬ng ®Ó phôc vô
cho ®Ò tµi nµy.
- TÝnh to¸n, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o ra hai c¶m biÕn: C¶m biÕn quang vµ C¶m biÕn
nhiÖt ®é.
- còng ë trong ch−¬ng III nµy, chóng t«i ®· x©y dùng ®−îc thuËt to¸n ®iÒu
khiÓn cña m« h×nh lµ c¬ së quan träng cho kh©u tiÕp theo lµ lËp tr×nh ®iÒu khiÓn hÖ
thèng.
Tuy nhiªn, do cßn nhiÒu h¹n chÕ nªn m« h×nh ch−a hoµn toµn nh− thùc tÕ,
nh−ng ®©y sÏ lµ phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®Ó cã thÓ x©y dùng ®−îc hÖ thèng ®iÒu tiÕt
nhiÖt ®é trong nhµ l−íi.
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 117 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
KÕt luËn vµ ®Ò nghÞ
1. KÕt luËn
Sau mét thêi gian nghiªn cøu ®Ò tµi, mÆc dï gÆp nhiÒu khã kh¨n nh−ng víi
nç lùc cña b¶n th©n cïng víi sù h−íng dÉn tËn t×nh cña thÇy gi¸o ThS. Ng« TrÝ
D−¬ng ®Õn nay ®Ò tµi tèt nghiÖp cña t«i ®· c¬ b¶n hoµn thµnh. Tõ kÕt qu¶ nghiªn
cøu ®−îc trong ®Ò tµi: "Nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ m« h×nh ®iÒu tiÕt nhiÖt ®é trong
nhµ l−íi ”. Chóng t«i ®−a ra mét sè kÕt luËn vµ ®Ò nghÞ sau:
• MÆt tÝch cùc.
- §Ò tµi ®· nªu ®−îc qu¸ tr×nh ph¸t triÓn cña ngµnh tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n
xuÊt ë trong n−íc vµ trªn thÕ giíi, ph©n tÝch vai trß, ý nghÜa øng dông còng nh− h¹n
chÕ cña nã trong s¶n xuÊt, ®Æc biÖt lµ trong lÜnh vùc n«ng nghiÖp.
- Nghiªn cøu vµ t×m hiÓu vÒ mét sè lo¹i c¶m biÕn: C¶m biÕn nhiÖt vµ c¶m
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 118 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
biÕn quang. Tõ ®ã tÝnh to¸n, thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o ra hai c¶m biÕn nµy víi ®é chÝnh
x¸c t−¬ng ®èi cao.
- Nghiªn cøu vÒ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn cô thÓ lµ bé ®iÒu khiÓn logic kh¶ tr×nh
PLC S7-200 víi khèi xö lý CPU224.
- Nghiªn cøu phÇn mÒm S7-200. Tõ ®ã lËp tr×nh ®iÒu khiÓn hÖ thèng víi s¬
®å c«ng nghÖ thùc tiÔn.
- X©y dùng m« h×nh thùc, ch¹y thö nghiÖm lÊy kÕt qu¶ so s¸nh víi lý thuyÕt.
• MÆt h¹n chÕ.
- Do cßn rÊt nhiÒu h¹n chÕ vÒ mÆt thiÕt bÞ vµ dông cô nªn c¸c c¶m biÕn nhiÖt
®é vµ c¶m biÕn quang sö dông trong m« h×nh ®−îc chØnh ®Þnh ch−a thùc sù chuÈn
theo lý thuyÕt nªn ë ®Çu ra vÉn cã nh÷ng sai sè nhÊt ®Þnh.
- MÆt kh¸c do thêi gian cã h¹n nªn viÖc ®iÒu khiÓn ®éng c¬ phun s−¬ng ë
trong m« h×nh míi chØ dõng l¹i ë møc lµ ®ãng më cho ®éng c¬ ho¹t ®éng mµ ch−a
®iÒu khiÓn ®−îc c«ng suÊt (Tèc ®é) cña ®éng c¬ phun s−¬ng lín hay nhá theo sù
thay ®æi cña nhiÖt ®é lín hay nhá ë trong nhµ l−íi.
• MÆt nhËn thøc.
- Qua qu¸ tr×nh nghiªn cøu, t×m hiÓu c¸c tµi liÖu ®Ó thùc hiÖn ®Ò tµi ngoµi
nh÷ng hiÓu biÕt v« cïng quan träng vÒ sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ tù ®éng ho¸,
viÖc øng dông cña tù ®éng ho¸ vµo mäi lÜnh vùc cña ®êi sèng x· héi … §Ò tµi cßn
gióp t«i tiÕp cËn víi nh÷ng kiÕn thøc vÒ ®iÒu khiÓn logic vµ c¸c phÇn mÒm lËp tr×nh
®ang ®−îc øng dông réng r·i trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng hiÖn nay nh−:
simatic, psoc, matlab…
- H¬n thÕ n÷a ®Ò tµi cßn gióp t«i cã thªm kiÕn thøc thùc tÕ vÒ ¸p dông tù
®éng ho¸ vµo trong n«ng nghiÖp, mét lÜnh vùc v« cïng quan träng ®ang ®−îc §¶ng
vµ Nhµ n−íc rÊt quan t©m vµ ®©y còng lµ nhiÖm vô rÊt quan träng cña mét kü s− tù
§å ¸n tèt nghiÖp NguyÔn V¨n Tó _ Líp
T§H46
Khoa c¬ ®iÖn - 119 - Tr−êng §HNNI_ Hµ
Néi
®éng ho¸ n«ng nghiÖp, nh»m gióp nÒn n«ng nghiÖp n−íc nhµ ph¸t triÓn ®Ó héi nhËp
víi khu vùc vµ thÕ giíi.
2. §Ò nghÞ.
Trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ m« h×nh ®iÒu khiÓn do thêi gian vµ nhËn thøc cßn h¹n chÕ
nªn viÖc t×m hiÓu x©y dùng m« h×nh ch−a ®óng víi m« h×nh s¶n xuÊt thùc tÕ. MÆc dï vËy
em rÊt mong ®Ò tµi cña m×nh ®−îc c¸c b¹n khãa sau tiÕp tôc nghiªn cøu, hoµn thiÖn vµ
ph¸t triÓn thªm nh÷ng mÆt mµ ®Ò tµi ch−a lµm ®−îc.
Qua t×m hiÓu em nhËn thÊy mét triÓn väng rÊt to lín cña hÖ thèng trång rau
s¹ch cã sù kÕt hîp gi÷a c¸c biÖn ph¸p kü thuËt: ®iÒu tiÕt tiÓu khÝ hËu vµ kü thuËt trång
c©y kh«ng dïng ®Êt, trång rau trong dung dÞch (hay trång rau thñy canh) trong nhµ
l−íi vµ nhµ kÝnh. V× thÕ em rÊt mong c¸c b¹n khãa sau t×m hiÓu, nghiªn cøu theo h−íng
kÕt hîp c¶ hai biÖn ph¸p kü thuËt nµy. §Ó nã nhanh chãng ®−îc hoµn thiÖn vµ ®−îc øng
dông réng r·i vµo trong n«ng nghiÖp, ®Ó n«ng nghiÖp n−íc ta cã ®ñ s¶n phÈm rau s¹ch vµ
an toµn ®Ó cung cÊp cho ng−êi tiªu dïng.
Cuèi cïng em kÝnh mong quý thÇy c« trong bé m«n §iÖn kü thuËt, cïng quý thÇy
c« trong khoa C¬ §iÖn t¹o ®iÒu kiÖn tèt h¬n n÷a vÒ thêi gian còng nh− thiÕt bÞ vµ tµi liÖu
®Ó ®Ò tµi cã thÓ hoµn thµnh tèt h¬n vµ cã tÝnh øng dông thùc tÕ cao.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
K46 Nguyen Van Tu - Nhiet do nha luoi.pdf
