Or you want a quick look: 1. Linh kiện cần thiết làm mạch đo nhiệt độ Pt100
Pt100 là cảm biến nhiệt độ hay RTD Pt100 là gì ? Platinum resistance thermometers hay RTD Pt100 là tên gọi của dòng cảm biến nhiệt độ hoạt động theo ngyên lý nhiệt điện trở tức là sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ của cảm biến. Cảm Biến Nhiệt Độ Pt100 được dùng nhiều và phổ biến nhất hiện nay. Hầu như nhà máy nào cung sử dụng dòng cảm biến Pt100.
1. Linh kiện cần thiết làm mạch đo nhiệt độ Pt100
1.1 Vi điều khiển Pic16F877A trong mạch đo cảm biến nhiệt độ Pt100
a. Giới thiệu
- PIC là một họ vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology.
- Dòng PIC đầu tiên là PIC1650 sau đó phát triển lên nhiều dòng khác nhau như:
- Pic10F
- Pic12F
- Pic16F
- Pic18F
- Pic24F
- Pic32F
Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …
b. Đặc điểm thực thi tốc độ cao CPU RISC là:
1.2 Cảm biến nhiệt độ Pt100
a. Giới thiệu
Cảm biến nhiệt độ pt100 dạng dây hay còn được gọi là đầu dò nhiệt độ pt100 được sử dụng phổ biến nhất do thiết kế nhỏ gọn, đơn giản nhưng vẫn đo nhiệt độ chính xác tại các nhiệt độ có thang đo từ 400oC trở xuống. Trong thực tế thang đo nhiệt độ cần giám sát nhất thường từ 400oC trở xuống cho nên cảm biến nhiệt độ pt100 dạng dây gần như đáp ứng các yêu cầu cơ bản trong công nghiệp .
b. Thông số kỹ thuật
- Độ dài dây: 50cm.
- Dải đo: -200 Độ -> 420 Độ.
c. Các thông số kĩ thuật để đo nhiệt PT100.
- Dây cảm biến nhiệt PT100 bao gồm một đầu dò ống trụ có đường kính 4mm và chiều dài ống trụ là 30mm ,2 dây đầu ra có chiều dài 70cm
- Dải nhiệt độ đo được là từ -200ºC đến 500ºC
- Sơ đồ cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ
- Điện trở của ống trụ RPT100 = RPT + R3 + R2
- L2,L3 được nối với 2 dây đầu ra
d. Nguyên tắc hoạt động
Khi có sự thay đổi nhiệt độ trên đầu dò thì dẫn đến sự thay đổi điện trở của ống trụ .Mỗi giá trị nhiệt độ khác nhau tương ứng với mỗi giá trị điện trở khác nhau.Ở 10 ºC thì đo được giá trị điện trở RPT100 =107,6 Ω . Khi tăng 1ºC thì RPT tăng sấp xỉ 0,4Ω
e. Thiết kế sơ đồ phần cứng nhiệt độ Pt100
Do giá trị trả về của dây đo nhiệt PT100 là giá trị điện trở nên mình sử dụng một mạch phân áp và khuếch đại điện áp để biến đổi thành điện áp và khuếch đại nó lên để dùng ADC của VĐK để đo . Đây là sơ đồ phần cứng với khối hiển thị mình dùng LCD
Với sơ đồ trên thì mình tính được công thức tính giá trị nhiệt độ như sau: Ta có : ADC= (1+R2/R3) x V0 x 1023/5. Theo phân áp ta có V0=5x RPT100/( RPT100+R1). Với RPT100 = R0 + 0.4 x tºC : R0 là điện trở của dây nhiệt ở 0ºC. Vậy ta có công thức tính nhiệt độ t =(R1/((1+R2/R3)x1023/ADC -1) – R0)/0.4 (ºC).
1.3 LCD1602 cho đề tài đo nhiệt độ Pt100
b. Thông số kỹ thuật
- Điện áp hoạt động là 5 V.
- Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm
- Chữ đen, nền xanh lá
- Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
- Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết.
c. Sơ đồ chân LCD
Số chân Ký hiệu chân Mô tả chân
Trong 16 chân của LCD được chia ra làm 3 dạng tín hiệu như sau:
- Các chân cấp nguồn: Chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là Vdd nối với nguồn+5V. Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở.
- Các chân điều khiển: Chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi. ChânR/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi. Chân E là chân cho phép dạng xung chốt.
- Các chân dữ liệu D7÷D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD.
d. Địa chỉ ba vùng nhớ
- Bộ điều khiển LCD có ba vùng nhớ nội, mỗi vùng có chức năng riêng. Bộ điều khiển phải khởi động trước khi truy cập bất kỳ vùng nhớ nào. a. Bộ nhớ DDRAM
- Bộ nhớ chứa dữ liệu để hiển thị (Display Data RAM: DDRAM) lưu trữ những mã ký tự để hiển thị lên màn hình. Mã ký tự lưu trữ trong vùng DDRAM sẽ tham chiếu với từng bitmap kí tự được lưu trữ trong CGROM đã được định nghĩa trước hoặc đặt trong vùng do người sử dụng định nghĩa. b. Bộ phát kí tự ROM – CGROM
- Bộ phát kí tự ROM (Character Generator ROM: CGROM) chứa các kiểu bitmap cho mỗi kí tự được định nghĩa trước mà LCD có thể hiển thị, như được trình bày bảng mã ASCII. Mã kí tự lưu trong DDRAM cho mỗi vùng kí tự sẽ được tham chiếu đến một vị trí trong CGROM. Ví dụ: mã kí tự số hex 0x53 lưu trong DDRAM được chuyển sang dạng nhị phân 4 bit cao là DB[7:4] = “0101” và 4 bit thấp là DB[3:0] = “0011” chính là kí tự chữ ‘S’ sẽ hiển thị trên màn hình LCD. c. Bộ phát kí tự RAM – CGRAM
- Bộ phát kí tự RAM (Character Generator RAM: CG RAM) cung cấp vùng nhớ để tạo ra 8 kí tự tùy ý. Mỗi kí tự gồm 5 cột và 8 hàng.
e. Các lệnh điều khiển của LCD
LỆNH RS RW D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Mô tả clock
6.Cursor/display shift
- Lệnh thiết lập chức năng giao tiếp “Function set”:
- Bit DL (data length) = 1 thì cho phép giao tiếp 8 đường data D7 ÷ D0, nếu bằng 0 thì cho phép giao tiếp 4 đường D7 ÷ D4.
- Bit N (number of line) = 1 thì cho phép hiển thị 2 hàng, nếu bằng 0 thì cho phép hiển thị 1 hàng.
- Bit F (font) = 1 thì cho phép hiển thị với ma trận 5×8, nếu bằng 0 thì cho phép hiển thị với ma trận 5×11.
- Các bit cao còn lại là hằng số không đổi.
Lệnh xoá màn hình “Clear Display”: khi thực hiện lệnh này thì LCD sẽ bị xoá và bộ đếm địa chỉ được xoá về 0.
- Lệnh di chuyển con trỏ về đầu màn hình “Cursor Home”: khi thực hiện lệnh này thì bộ đếm địa chỉ được xoá về 0, phần hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó. Nội dung bộ nhớ RAM hiển thị DDRAM không bị thay đổi.
- Lệnh thiết lập lối vào “Entry mode set”: lệnh này dùng để thiết lập lối vào cho các kí tự hiển thị,
- Bit I/D = 1 thì con trỏ tự động tăng lên 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị, khi I/D = 0 thì con trỏ sẽ tự động giảm đi 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị.
- Bit S = 1 thì cho phép dịch chuyển dữ liệu mỗi khi nhận 1 byte hiển thị.
Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị “Display Control”:
- Bit D: cho phép LCD hiển thị thì D = 1, không cho hiển thị thì bit D = 0.
- Bit C: cho phép con trỏ hiển thị thì C= 1, không cho hiển thị con trỏ thì bit C = 0.
- Bit B: cho phép con trỏ nhấp nháy thì B= 1, không cho con trỏ nhấp nháy thì bit B = 0.
- Với các bit như trên thì để hiển thị phải cho D = 1, 2 bit còn lại thì tùy chọn, trong thư viện thì cho 2 bit đều bằng 0, không cho phép mở con trỏ và nhấp nháy, nếu bạn không thích thì hiệu chỉnh lại.
- Lệnh di chuyển con trỏ “Cursor /Display Shift”: lệnh này dùng để điều khiển di chuyển con trỏ hiển thị dịch chuyển
- Bit SC: SC = 1 cho phép dịch chuyển, SC = 0 thì không cho phép.
- Bit RL xác định hướng dịch chuyển: RL = 1 thì dịch phải, RL = 0 thì dịch trái. Nội dung bộ nhớ DDRAM vẫn không đổi.
- Vậy khi cho phép dịch thì có 2 tùy chọn: dịch trái và dịch phải.
- Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự “Set CGRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự.
- Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM hiển thị “Set DDRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM lưu trữ các dữ liệu hiển thị.
- Hai lệnh cuối cùng là lệnh đọc và lệnh ghi dữ liệu LCD.
f. Bảng mã ASCII sử dụng cho LCD
g. Bảng địa chỉ cho LCD
Ví dụ: Đối với LCD1602 thì sẽ giữ lại theo bảng trên là:
2. Hoạt động của mạch đọc nhiệt độ Pt100
Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd 16×2 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu được gửi vào từ cảm biến nhiệt độ Pt100. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị nhiệt độ, độ ẩm ra ngoài màn hình để hiển thị giá trị. Đồng thời kiểm tra giá trị nhiệt độ có lớn hơn giới hạn quy định không, nếu có thì bật loa kêu để cảnh báo.
3. Cụ thể hoạt động của mạch đo nhiệt độ Pt100 các bạn xem video bên dưới nhé:
Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác
Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1 Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4 Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện
Sẽ còn các phần khác nữa nhé.
Chúc các bạn thành công…!!!
