Đồ Án Nghiên cứu về cảm biến,ứng dụng thiết kế mô hình nhà thông minh

Lời Nói đầu

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới trên nhiều mặt thì khoa học công nghệ nói chung và nghành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng cũng đã có nhiều phát triển vượt bậc góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và hoạt động ổn định là những yếu tố cần thiết làm cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao
Đã từ lâu các bộ cảm biến được sử dụng như những bộ phận để cảm nhận và phát hiện, nhưng chỉ từ vài ba chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện vai trò quan trọng trong kỹ thuật và công nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực đo lường, kiểm tra và điều khiển tự động.
Vì ứng dụng của chúng lớn vậy, nên có thể nói việc tìm hiểu về các loại cảm biến, cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động của chúng là rất quan trọng. Hiện nay vấn đề tự động hóa trong công nghiệp để giảm bớt lao động chân tay và nâng cao năng suất lao động là một trong những đề tài được các bạn sinh viên,các thầy cô ở những trường kĩ thuật quan tâm và nghiên cứu nhiều nhất.Chính vì vậy em đã chọn đề tài : “NGHIÊN CỨU VỀ CẢM BIẾN,ỨNG DỤNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ THÔNG MINH” cho báo cáo thực tập tốt nghiệp của mình.
Nội dung báo cáo này gồm 4 chương:
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN
CHƯƠNG 2 : CƠ CẤU HIỂN THỊ
CHƯƠNG 3 : CẢM BIẾN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH
CHƯƠNG 4 : THI CÔNG MÔ HÌNH

Dù rất cố gắng khi thực hiện luận văn này nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót,rất mong đón nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô và các bạn.Xin trân thành cảm ơn.


MỤC LỤC
DANH SÁCH CÁC HÌNH 4
DANH SÁCH CÁC BẢNG 6
LỜI NÓI ĐẦU 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CẢM BIẾN 8
1.1 Khái niệm và phân loại cảm biến: 8
1.1.1 Khái niệm: 8
1.1.2 Phân loại cảm biến 8
1.2 Đường cong chuẩn của cảm biến 9
1.2.1 Khái niệm 9
1.2.2 Phương pháp chuẩn cảm biến 10
1.2.2.1 Chuẩn đơn giản 11
1.2.2.2 Chuẩn nhiều lần 11
1.3 Các đặc trưng cơ bản 12
1.3.1 Độ nhạy của cảm biến 12
1.3.2 Độ nhạy trong chế độ tĩnh và tỷ số chuyển đổi tĩnh 13
1.3.3 Độ nhạy trong chế độ động 13
1.4 Độ tuyến tính 14
1.4.1 Khái niệm 14
1.4.1.1 Đường thẳng tốt nhất 15
1.4.1.2 Độ lệch tuyến tính 15
1.4.2 Sai số và độ chính xác 16
1.4.3 Độ nhanh và thời gian hồi áp 17
1.4.4 Giới hạn sử dụng của cảm biến 18
1.5 Nguyên lý chung chế tạo cảm biến 19
1.5.1 Nguyên lý chế tạo các cảm biến tích cực 19
1.5.2 Hiệu ứng nhiệt điện 20
1.5.2.1 Hiệu ứng hoả điện 20
1.5.2.2 Hiệu ứng áp điện 21
15.2.3Hiệu ứng cảm ứng điện từ 21
1.5.2.4 Hiệu ứng quang điện 22
1.5.2.5 Hiệu ứng quang - điện - từ 22
1.5.2.6 Hiệu ứng Hall 23
1.5.3 Nguyên tắc chế tạo cảm biến thụ động 23
1.6 Mạch đo 24
1.6.1 Sơ đồ mạch đo 24
1.6.2 Một số phần tử cơ bản của mạch đo 26
1.6.2.1 Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) 26
1.6.2.2 Bộ khuếch đại đo lường IA 26
1.6.2.3 Khử điện áp lệch 27
CHƯƠNG 2: CƠ CẤU HIỂN THỊ 30
2.1 Vi điều khiển 30
2.1.1 Tổng quan về 8051 30
2.1.2 Vi điều khiển AT89S52 31
2.1.2.1 Giới thiệu chung 31
2.1.2.2 Cấu trúc bên trong vi điều khiển 35
2.1.2.3 Hoạt động định thời của AT89S52 35
2.1.2.4 Các thanh ghi của bộ định thời. 36
2.1.2.5 Các chế độ định thời của timer 1 và timer 0 39
2.1.2.6 Tổ chức ngắt của AT89S52 39
2.2 Hiển thị nhiệt độ bằng LCD 43
2.2.1 Phân loại LCD 43
2.2.2 Giới thiệu sơ đồ chân LCD 43
2.2.3 Khả năng hiển thị của LCD 45
2.2.4 Nguyên tắc hiển thị kí tự trên LCD 47
2.3 Giao tiếp với bộ hiển thị tương tự - số (ADC) 48
2.3.1 Giới thiệu về ADC 48
2.3.2 Tìm hiểu về ADC 0804 48
CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH VÀ SƠ ĐỒ MẠCH NGUYÊN LÝ 51
3.1 Cảm biến đo nhiệt độ. 51
3.1.1 Phân loại cảm biến nhiệt 51
3.1.2 Cặp nhiệt điện ( Thermocouples ). 51
3.1.3 Thermistor 52
3.1.4 Bán dẫn 53
3.1.5 Nhiệt kế bức xạ ( còn gọi là hỏa kế- pyrometer ). 55
3.1.6 Cảm biến nhiệt độ LM35 56
3.2 Cảm biến chuyển động 57
3.2.1 PIR 57
3.2.1.1 Cấu tạo ,nguyên lý đầu dò PIR 57
3.2.2 Kính hội tụ 61
3.2.3 Một số mạch ứng dụng 62
3.2.4 Các sơ đồ mạch điện tham khảo 66
CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH 72
4.1 Sơ đồ nguyên lý 72

KẾT LUẬN 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1. 1 Đường cong chuẩn cảm biến 10
Hình 1. 2 Phương pháp chuẩn cảm biến 11
Hình 1. 3 Xác định các khoảng thời gian đặc trưng cho chế độ quá độ 18
Hình 1. 4 Sơ đồ hiệu ứng nhiệt điện 20
Hình 1. 5 Ứng dụng hiệu ứng hỏa điện 21
Hình 1. 6 Ứng dụng hiệu ứng áp điện 21
Hình 1. 7 Ứng dụng hiệu ứng cảm ứng điện từ 22
Hình 1. 8 Ứng dụng hiệu ứng quang – điện- từ 22
Hình 1. 9 Ứng dụng hiệu ứng Hall 23
Hình 1. 10 Sơ đồ mạch đo nhiệt độ băng cặp nhiệt 25
Hình 1. 11 Mạch đo điện thế bề mặt 25
Hình 1. 12 Sơ đồ bộ khuếch đại thuật toán 26
Hình 1. 13 Sơ đồ bộ khuếch đai đo lường gồm ba KDTT ghép nối điện trở 27
Hình 1. 14 Sơ đồ mạch khử điện áp lệch 28
Hình 1. 15 Mạch lặp lại điện áp 28
Hình 1. 16 Sơ đồ mạch cầu 29
Hình 2. 1 Cấu trúc bên trong vi điều khiển 30
Hình 3. 1 Cặp nhiệt điện 52
Hình 3. 2 thermistor 53
Hình 3. 3 Bán dẫn 54
Hình 3. 4 Cảm biến nhiệt độ LM35 56
Hình 3. 5 Đầu dò PIR 57
Hình 3. 6 Nguyên lý làm việc của loại đầu dò PIR như hình sau 58
Hình 3. 7 Nguyên lý phát hiện chuyển động ngang của các nguồn thân nhiệt 59
Hình 3. 8 Nguyên lý làm việc của đầu dò PIR đối với người qua lại 59
Hình 3. 9 Dùng vật liệu pyroelectric để cảm ứng với tia nhiệt 60
Hình 3. 10 Kính hội tụ 61
Hình 3. 11 kính Fresnel 62
Hình 3. 12 Mạch điện điển hình dùng cho đầu dò PIR 63
Hình 3. 13 Sơ đồ nguyên lý IC LM324 64
Hình 3. 14 Mạch đa hài 2 tầng 65
Hình 3. 15 Mạch tắt mở đèn bằng đầu dò PIR (Dùng TRIAC, nguồn vào AC 66
Hình 3. 16 Mạch tắt mở đèn bằng đầu dò PIR (dùng relay, nguồn vào AC) 68
Hình 3. 17 Mạch cảm biến chuyển động 69
Hình 3. 18 Mạch dò PIR phát hiện người vật di chuyển ngang 70
Hình 3. 19 Mạch tắt mở đèn theo cảm ứng nguồn nhiệt di động 71
Hình 3. 20 Mạch dò di động dùng đầu dò PIR 71
Hình 3. 21 Sơ đồ nguyên lý 72




DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1. 1 Phân loại cảm biến 9
Bảng 2. 1 Bảng đặc tính của 8051 đầu tiên . 31
Bảng 2. 2 chức năng riêng 33
Bảng 2. 3 Thanh ghi TMOD 37
Bảng 2. 4 Thanh ghi TCON 38
Bảng 2. 5 Thanh ghi IE 40
Bảng 2. 6 Giới thiệu sơ đồ chân LCD 44
Bảng 2. 7 nội dung hiển thị 45
Bảng 2. 8 Tập lệnh của LCD 46