PHẦN I
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Chương I
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TOÀ NHÀ
BẰNG VI XỬ LÝ 89C51
I. Yêu cầu của đề tài:
Trong cuộc sống hiện tại, khoa học kỹ thuật phát triển rất nhanh, những
công cụ ra đời sẽ giúp giải phóng sự lao động trí óc: nghiên cứu, cải tiến,
sáng tạo. Chỉ tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao nâng cao được chất
lượng và hiệu suất công việc, hầu như công nghệ tự động ra đời là đáp ứng
nhu cầu đó. Cho nên, em đã nghiên cứu về đề tài “ Điều khiển giám sát nhà
cao tầng dùng vi xử lý 89C51 qua mạng RS-485. Các kít vi xử lý này có thể
hoạt động hoàn toàn độc lập theo một chương trình lập sẵn. Bên cạnh đó,
chúng còn có thể được giám sát và điều khiển các thiết bị trong từng phòng
thông qua gởi lệnh đến đúng kít vi xử lý cần điều khiển để thi hành lệnh đó.
Ngoài việc điều khiển các thiết bị dùng điện trong phòng, ta còn có thể đảm
bảo an ninh cho từng phòng bằng hệ thống phát hiện cháy, phát hiện trộm
bằng cảm biến quang.
Một chuyên gia về công nghệ nhà thông minh ( Home Automation ) –
Kenne P.Wacks – đã viết một bài báo giới thiệu về ngôi nhà thông minh như
sau:
“ Hơn 6 năm qua, một công nghệ mới gọi là công nghệ nhà thông minh
đã được nghiên cứu và phát triển. Công nghệ này sẽ tạo nên một thế hệ mới
của các thiết bị cung cấp cho người dùng chúng. Những công nghệ trước đó
cùng với khái niệm ngôi nhà thông minh sau này sẽ tạo nên những sản phẩm
và loại hình dịch vụ mới mẻ trong tương lai. Một số ít các công ty đang giới
thiệu về ngôi nhà tự động. Một vài công ty lớn và các viện nghiện cứu đang
thăm dò công nghệ mới nhưng đầy tiềm năng này.
Mạng truyền thông trong nhà sẽ cung cấp những cơ sở hạ tầng để liên
kết các thiết bị cảm biến, bộ điều khiển và bảng điều khiển trong nhà. Điều
này sẽ trở nên khả thi bằng cách tạo ra sự phát triển công nghệ truyền thông
trong những ngôi nhà tự động.
Trong ngôi nhà thông minh từ “thiết bị” không chỉ đề cập đến các dụng
cụ trong nhà bếp, thiết bị video/audio, các hệ thống có thể dịch chuyển , các
thiết bị chiếu sáng, thiết bị sưởi ấm, làm lạnh, hệ thống an ninh... Công nghệ
này sẽ bật đèn xanh cho các công ty nghiên cứu cho ra đời những sản phẩm
và hình thức dịch vụ mới. Các sản phẩm này sẽ có chung điểm tương đồng
nào đó hay là những thuộc tính tương tự nhau. Các thuộc tính đó là:
Vai trò của các thiết bị trong nhà thông minh: hầu hết các thiết bị
trong nhà đều có vỏ bằng nhựa hay kim loại. Một vài thiết bị vận hành độc lập
với các thiết bị khác. Tuy nhiên cũng có những dụng cụ cần có một thiết bị
khác điều khiển nó. Các thiết bị trong ngôi nhà thông minh đều có thể truyền
dữ liệu. Ta sẽ nhóm các thiết bị này lại chung một nhóm. Ví dụ: hệ thống an
ninh, hệ thống Audio/Video. Trong tương lai các hệ thống này có thể cho
phép máy giặt hay máy rửa chén yêu cầu bộ phận nung nóng nước, chuẩn bị
nước nóng khi chúng cần đến.
Sự hợp nhất các chuẩn truyền thông: các thiết bị trong tương lai
đều có một chuẩn truyền thông chung, có cùng dây nối đặc biệt. Tiêu chuẩn
của ngôi nhà thông minh là sẽ làm nhẹ bớt đi công việc của các nhà sản xuất
về việc phải sáng chế ra giao thức truyền thông và cung cấp các đường dây
dẫn dữ liệu.
Yêu cầu của đề tài mà em được giao:
Thiết kế phần cứng mạch báo cháy tự động.
Mạch động lực điều khiển thiết bị dùng điện bằng vi xử lý.
Mạch phát hiện trộm bằng cảm biến: dùng LED hồng ngoại.
Mạch giao tiếp máy tính của từng vi xử lý.
Lập trình giao tiếp bằng ngôn ngữ visual basic.
II. Hướng thực hiện đề tài
Để thực hiện được phần cứng đảm bảo yêu cầu như trên, em đã thiết
kế mạch mô phỏng cảm biến quang phát hiện trộm và cảm biến quang đếm
người ra vào phòng. Do mạch cảm biến cháy có giá trị rất cao nên em đã
dùng một IC đo nhiệt độ để mô phỏng. Đó là IC nhiệt LM 335. Dùng vi xử lý
89C51 để điều khiển mạch động lực đóng tắt các thiết bị.
Chuẩn truyền thông nối tiếp thông dụng hiện nay là RS-232C, tuy nhiên
chuẩn truyền thông này chỉ dùng truyền số liệu trên khoảng cách ngắn (15m).
Nên để có thể truyền dữ liệu từ kit vi xử lý về máy tính ở khoảng cách xa hơn
ta dùng chuẩn RS-485. Để chuyển đổi từ chuẩn RS-232C sang chuẩn RS485 ta cần phải có một mạch điện chuyển đổi.
PC
3
TXD
7
RTS
2
RXD
Kit vi xử lí
I
Max
232
75176
Kit vi xử lí
II
Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi xử lí
Sơ đồ khối mạch chuyển đổi như sau:
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 2
Kit vi xử lý em thiết kế có những chức năng sau:
Đo nhiệt độ hiện tại trong phòng hiển thị lên LED 7 đoạn, ngoài chức
năng đo nhiệt độ, mạch này còn thay thế cho cảm biến cháy. Khi nhiệt độ trên
IC LM335 tăng lên, tùy theo từng mức được lập sẵn trong chương trình mà
nó sẽ báo chuông, hay sẽ gởi dữ liệu về máy tính để cho biết trạng thái hiện
tại trong phòng theo giao thức truyền dữ liệu theo kiểu hỏi vòng.
Ngoài ra, mạch còn có chức năng đếm số người đi ra hay vào
phòng. Trong phòng để đảm bảo tính tự động hoàn toàn sẽ không có công
tắc điện của những thiết bị mà vi xử lý có thể điều khiển. Nếu số người trong
phòng lớn hơn hay bằng 1 thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực
kích đóng các thiết bị như quạt, máy lạnh, đèn. Nếu người trong phòng là
không thì vi xử lý sẽ gởi một tín hiệu đến mạch động lực tắt các thiết bị trong
phòng. Tuy nhiên, trên mạch có hai nút nhấn hay một số nút nhấn để người
trong phòng có thể điều khiển có tín hiệu hồi tiếp về cho nên vi xử lý sẽ nhận
biết các thiết bị đó đang đóng hay mở. Khi người dùng nhấn nút tương ứng
thì tùy vào trạng thái của thiết bị mà vi xử lý sẽ kích đóng hay ngắt thiết bị đó.
Phần này sẽ làm cho mạch được linh động, không tuân theo chương trình
phần mềm cài sẵn một cách cứng ngắt.
Giả sử khi nhiệt độ ngoài trời giảm xuống khoảng 15 oC thì cũng
không cần bật máy lạnh làm gì . Tuy nhiên, vi xử lý cứ nhận thấy có người
trong phòng là nó sẽ đóng nguồn cho máy lạnh hoạt động. Người trong
phòng có thể tắt máy lạnh bằng nút nhấn trên mạch vi xử lý. Ta có thể khắc
phục được nhược điểm này bằng cách viết chương trình cho vi xử lý so sánh
nhiệt độ hiện tại trong phòng với nhiệt độ chuẩn ( 15 oC chẳng hạn ). Nếu
nhiệt độ đo được bé hơn 15oC thì sẽ tắt máy lạnh đi. Do mạch sử dụng ADC
0809 sai số tương đối không nhiều, tuy nhiên do mạch gia công tín hiệu ra
của IC nhiệt LM335 cho nên nhiệt độ càng thấp thì áp ra càng nhỏ và ADC sẽ
đổi ra sai số tương đối cao. Sai số này là do mạch gia công gây ra đồng thời
cộng thêm sai số của chính bản thân ADC 0809. Cho nên không đảm bảo
rằng mạch hoạt động đúng như thiết kế ở nhiệt độ nhỏ hơn 15oC.
Mạch cảm biến quang dùng để phát hiện trộm đặt ở những thiết bị
hay dụng cụ cần gìn giữ.
III. Vấn đề kết nối mạng
Thuật ngữ mạng đã trở nên rất quen thuộc khi mạng thông tin Internet
ngày càng trở nên rất gần gũi với con người chúng ta. Nếu quản lý thiết bị
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 3
trong phòng theo phương pháp thông thường sẽ không kinh tế và tiết kiệm.
Ta cần phải làm sao để tiết kiệm cho được càng nhiều càng tốt. Cho nên để
tránh lãng phí ta nên điều khiển các thiết bị bằng máy tính. Chỉ cần một nhân
viên cũng có thể tắt hay mở thiết bị trong từng phòng. Nếu ta tắt các thiết bị
bằng tay thì sẽ không kinh tế, khi khách ra khỏi phòng mà quên tắt các thiết bị
thì sẽ lãng phí rất nhiều năng lượng điện. Tiết kiệm được phần năng lượng
hao phí đó ta sẽ giúp cho việc giảm giá thành khi kinh doanh cho thuê phòng
chẳng hạn.
Máy tính có khả năng đóng tắt các thiết bị thông qua vi xử lý, đồng lưu
trữ trạng thái các thiết bị trước đó.
PC
RTS
RXD
TXD
Khối chuyển đổi
RS-485 sang R-232
B
A
B
B
A
A
Khối chuyển đổi
Khối chuyển đổi
mức TTL sang RSmức TTL sang RS485
485
Điều
Điều
RXD
RXD
TXD
TXD
khiển
khiển
Kit vi xử lí phòng 1
Kit vi xử lí phòng 2
B
A
Khối chuyển đổi
mức TTL sang RS485
Điều
RXD
TXD
khiển
Kit vi xử lí phòng 3
Sơ đồ khối mạch kết nối giữa máy tính và các kit vi
xử lí
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 4
Chương II
GIỚI THIỆU VỀ CÁC MẠCH BÁO CHÁY
Cảm biến dựa vào các đặc tính vật lý của vật liệu, các hiện tượng vật lý
để chuyển đổi các đại lượng phi điện thành các tín hiệu điện để đơn giản
trong quá trình đo lường và tính toán.
Mô tả toán học của các cảm biến là một hàm truyền được ký hiệu là H.
Phương trình mô tả cảm biến được biểu diễn như sau:
Đại lượng ra (điện)=H x đại lượng vào (phi điện)
· Các đặc tính chuẩn của cảm biến:
_ Độ nhạy.
_ Độ ổn định
_ Nhiễu (có khả năng hoạt động trong mọi trường có tín
hiệu gây nhiễu hay nhiễu do chính cảm biến sinh ra trong quá
trình hoạt động).
_ Tầm đo .
_ Độ tuyến tính (cảm biến có độ tuyến tính càng cao càng
tốt).
· Hệ thống báo cháy thường gồm 3 loại mạch báo cháy thông
dụng:
_ Mạch báo cháy nhiệt.
_ Mạch báo cháy khói.
_ Mạch báo cháy lửa.
Hầu hết các linh kiện điện tử đều có đặc tính nhiệt thay đổi theo nhiệt
độ. Nhưng để làm cảm biến ta chỉ chọn vật liệu có độ nhạy cao và hàm truyền
tốt mà thôi.
Đây là loại cảm biến tương đối phức tạp và tinh vi, sử dụng các linh
kiện điện tử chuyên dụng. Các linh kiện điện tử này có khá nhiều trên thị
trường linh, kiện ở Việt Nam hiện nay. Nó sử dung nguyên tắc dòng hay áp
trên các linh, kiện này sẽ thay đổi khi nhiệt độ tại nơi đặt thiết bị thay đổi. Tùy
theo loại mà có thể sẽ tăng hay giảm các đại lượng điện theo nhiệt độ. Loại
cảm biến này rất nhạy nhưng nó sẽ rất gây ra tình trạng báo động nhầm khi
có một nguồn nhiệt để gần cảm biến. Ví dụ như thân nhiệt con người chẳng
hạn.
I.
Chuyển đổi nhiệt điện :
Chuyển đổi nhiệt điện là những chuyển đổi dựa trên các quá trình nhiệt
như đốt nóng, làm lạnh, trao đổi nhiệt… Thực tế khi đo lường các đại lượng
không điện theo phương pháp điện thường dùng hai hiện tượng, đó ( là hiệu
ứng nhiệt điện và hiệu ứng thay đổi nhiệt trở của dây dẫn hay chất bán dẫn
khi nhiệt độ thay đổi.
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 5
Tương ứng với hai hiện tượng trên, người ta phân thành hai loại:
chuyển đổi cặp nhiệt điện và chuyển đổi nhiệt điện trở.
1. Chuyển đổi cặp nhiệt điện:
a. Nguyên lý làm việc của cặp nhiệt điện : chủ yếu dựa trên
hai hiện tượng sau:
Nếu hai dây dẫn khác nhau nối với nhau tại hai điểm 1 và 2, và một
trong hai điểm đó ( ví dụ ta lấy tại điểm 1) được đốt nóng thì trong mạch sẽ
xuất hiện một dòng điện gây bởi sức điện động gọi là sức điện động nhiệt
điện, là hiệu số các hàm số nhiệt độ
ET = f(t1)- f(t2)
Mạch điện như còn gọi là cặp nhiệt điện hay cặp điện ngẫu.
Điểm được đốt nóng gọi là đầu công tắc ( điểm 1 ), điểm còn lại gọi là
đầu tự do( điểm thứ 2 ) là hằng số f(t2)=const thì:
ET = f(t1) – C
Biểu thức trên là cơ sở của phép đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện.
Theo phương pháp này, việc đo nhiệt độ t1 sẽ dẫn đến việc đo sức điện động
của cặp nhiệt điện khi giữ cố định nhiệt độ đầu tự do của nó.
Vật liệu dùng để chế tạo cặp nhiệt điện ngẫu cần đảm bảo các yêu cầu
sau: quan hệ giữa sức điện động nhiệt điện với nhiệt độ là một hàm đơn trị,
tính chất nhiệt điện không thay đổi, độ bền hóa học và cơ học phải cao, dẫn
nhiệt tốt, có trị số suất điện động nhiệt lớn.
Cặp nhiệt điện được nối với nhau bằng phương pháp hàn đặc biệt và
đặt trong thiết bị bảo vệ nhằm tránh bị ăn mòn hóa học, thiết bị này được chế
tạo từ vật liệu bền cơ học, không thấm khí, không bị ăn mòn.
Thiết bị trên thường là các ống được chế tạo bằng thép đặc biệt. Đối
với cặp nhiệt điện quí , ống bảo vệ chế tạo bằng thạch anh và gốm. Để cách
điện người ta dùng Amian (3000C ), ống thạch anh ( với 10000C ) hoặc ống
sứ đến 1400C.
b. Những nguyên nhân gây sai số và hiệu chỉnh cho đúng:
Ta biết rằng phương trình biến đổi của cặp nhiệt điện trong trường hợp
chung, một cách gần đúng có thể biểu diễn dưới dạng :
ET =A.t+B.t2 +C.t3
ET : là sức điện động nhiệt .
T: hiệu nhiệt độ giữa đầu công tắc và đầu tự do.
A, B, C :các hằng số phụ thuộc vào vật liệu của dây làm cặp
nhiệt điện.
Và độ nhạy của nó được tính như sau:
ST » A+2Bt +3Ct
Độ nhạy không phải là hằng số mà phụ thuộc vào nhiệt độ.
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 6
Do vậy các cặp nhiệt điện công nghiệp thường cho trước một bảng sức
điện động ứng với các nhiệt độ khác nhau trong khoảng 10C với đầu tự do ở
00C.
c. Chuyển đổi nhiệt điện trở:
Nhiệt điện trở là chuyển đổi có điện trở thay đổi theo sự thay đổi nhiệt
độ của nó.
Tùy theo tác dụng nhiệt của dòng điện cung cấp chạy qua chuyển đổi
người ta phân ra: nhiệt điện trở đốt nóng và nhiệt điện trở không đốt nóng.
Trong nhiệt điện trở không đốt nóng dòng điện chạy qua rất nhỏ không
làm tăng nhiệt độ của điện trở và nhiệt độ của nó bằng nhiệt độ môi trường.
Nhiệt điện trở loại này dùng để đo nhiệt độ và các đại lượng cơ học như đo
sự dịch chuyển.
Nhiệt điện trở đốt nóng, dòng điện chạy qua rất lớn làm nhiệt độ của nó
tăng lên cao hơn nhiệt độ môi trường , nên có sự tỏa nhiệt ra môi trường
xung quanh. Nhiệt điện trở loại này được dùng trong việc đo lưu lượng, lưu
tốc của dòng chảy, phân tích các chất hóa học… Nhiệt điện trở được chế tạo
bằng dây hoặc chất bán dẫn. Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo là có hệ số
nhiệt độ lớn, bền hóa học, điện trở suất rất lớn, khó nóng chảy…
Để giảm tổn hao nhiệt dẫn, chiều dài của nhiệt điện trở cần phải lớn
hơn đường kính dây gấp nhiều lần .
2. Các loại cảm biến nhiệt:
a. Thermocouples:
Thermocouples biến đổi đại lượng nhiệt độ thành dòng điện hay điện
áp DC nhỏ. Nó gồm có hai dây kim loại khác nhau nối với nhau tại hai đầu
mối nối. Khi các mối nối được đặt tại các vị trí khác nhau, trong dây dẫn xuất
hiện sức điện động. Sức điện động này tỉ lệ với chênh lệch nhiệt độ giữa hai
đầu mối nối. Thermocouples có hệ số nhiệt dương.
b. Thermistor:
Thermistor là điện trở có độ nhạy nhiệt rất cao nhưng phi tuyến vả có
hệ số nhiệt âm. Điện trở giảm phi tuyến đối với sự tăng nhiệt độ vì Thermistor
là điện trở nên dòng điện qua nó sinh ra nhiệt gây nên sai số rất lớn. Do đó
phải hạn chế dòng qua nó rất nhỏ.
c. Điện trở dò nhiệt (RTDs):
Cảm biến loại này dựa vào đặc tính trở phụ thuộc nhiệt độ của vật liệu.
Nó có hệ số nhiệt dương nhỏ, nhưng đo rất chính xác.
d. IC cảm biến nhiệt độ bán dẫn:
IC cảm biến bán dẫn kết hợp với mạch gia công bên trong. Nhờ đó IC
có thể tạo tín hiệu điện áp ra tỷ lệ với nhiệt độ tuyệt đối, với độ nhạy nhiệt và
độ chính xác cao. IC loại này khá phổ biến trên thị trường hiện nay. Với IC
thông dụng hiện nay là LM335.
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 7
II.
Mạch phát hiện khói ( dùng cảm biến quang hay cảm biến
ion ):
1. Mạch phát hiện khói dùng phương pháp quang ( cảm biến
quang):
Loại này được sử dụng linh kiện thu phát quang . Người ta sử dụng
linh kiện phát quang ( LED hồng ngoại ) chiếu một tia sáng qua vùng cần bảo
vệ và một linh kiện thu quang ( Photodiode, Phototransistor, quang trở…). Khi
có khói bay lên vùng cần bảo vệ sẽ che chắn hay làm yếu đi cường độ ánh
sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi cường độ ánh sáng thay đổi đến một giá trị
nào đó thì bộ cảm biến sẽ nhận dạng được và phát ra tín hiệu báo động.
a. Điện trở quang:
Điện trở quang là một linh kiện bán dẫn thụ động không có lớp chuyển
tiếp PN. Vật liệu để chế tạo điện trở quang là Cds (Cadmiun Sulfid) , CdSe
(Cadmiun Selenid ), ZnS ( Zine Sulfid ) hoặc các tinh thể khác.
Khi bị chiếu ánh sáng, độ dẫn điện ( điện dẫn suất ) của vật liệu bán
dẫn gia tăng do các hạt mang điện tích được gia tăng ra thêm.
s=e(nmn + pmp )
n và p : là mật độ electron và lỗ trống
mn , mp : là độ di động của electron và lổ trống
Với phương trình trên đô dẫn điện có thể gia tăng nhờ hai cách:
_ Gia tăng mật độ các hạt mang điện tích.
_ Gia tăng độ di động hiệu dụng.
Các đặc tính quan trọng của một điện trở quang : Điện trở
quang có ba đặc tính quan trọng:
Ÿ
Độ dẫn suất ( sphot ):
Là hàm số của mật độ năng lượng u với độ dài sóng không thay đổi
của ánh sáng :
sphot (u); l=const.
Ÿ Độ nhạy của quang trở đối với quang phổ:
Đó chính là sự thay đổi dẫn suất sphot hàm số của l khi
mật độ năng lượng không thay đổi :
u= const
Srel(λ)=
Vận tốc làm việc:
σ
(λ)
phot
σphot max
Vận tốc làm việc là thời gian hồi đáp ( Reponse times) của một quang
trở khi có sự thay đổi từ sáng sang tối hay từ tối sang sáng (rise ). Thời gian
lên được xác định là thời gian cần thiết để quang trở đạt 65 % trị số cuối
cùng khi được chiếu sáng từ 0 lux sang 10 lux.
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 8
Thời gian trễ được xác định là khoảng thời gian cần thiết để một quang
trở thay đổi còn 35% giá trị của nó (so với lúc được chiếu sáng – khoảng 10
lux trong 1 s) khi không còn được chiếu sáng.
Với cường độ ánh sáng mạnh, quang trở làm việc nhanh hơn. Quang
trở có khuynh hướng làm việc chậm đi khi trời lạnh. Quang trở làm việc chậm
hơn nếu được cất giữ trong bóng tối và làm việc nhanh hơn nếu được cất giữ
ngoài ánh sáng.
Các đặc tính quan trọng khác của điện trở quang:
Tiếng ồn –NEP.
Hệ số nhiệt độ của quang trở
Điện trở tối ( Dark Reasistance )
Đặc tính độ dốc
Điện thế hoạt động
Công suất tiêu tán cao nhất
Độ nhạy R[VW-1)
Điện trở quang với sự gia tăng độ di động mn,p
Điện trở quang với vật liệu không pha tạp chất
1. Mạch phát hiện khói dùng nguyên lý ion (cảm biến ion):
Dưới tác dụng của các tia phóng xạ và tia Rơnghen, chất khí (khói ) sẽ
bị ion hoá. Nếu bình ion hoá được đặt một điện áp thì các điện tử và ion sẽ
chuyển động có hướng và khi đó sẽ tạo thành dòng điện ion. Khi có dòng
điện sẽ kích hoạt tín hiệu báo động.
Dòng ion phụ thuộc vào điện áp đặt lên bình, tính chất của tác nhân
ion, môi trường ion hóa, vật liệu của thành bình và các vật thể khác nằm trên
đường đi của các tác nhân ion hóa. Các tác nhân ion hóa là các tia phóng xạ
như tia a, tia b, tia g, tia Ronghen.
Chuyển đổi ion hóa có thể nhiều loại khác nhau, song bất kỳ loại nào
cũng cần có nguồn phóng xạ và thiết bị thu các suất phẩm của quá trình ion
hóa để tạo thành dòng điện. Thiết bị đó gọi là bộ thu bức xạ.
Bộ thu bức xạ có nhiệm vụ biến đổi năng lượng bức xạ hạt nhân thành
điện năng. Bộ thu bức xạ dựa vào hiện tượng ion hóa các tia phóng xạ đi
qua nó hoặc dựa vào hiện tượng ion hóa chất khí khi cho tia phóng xạ đi qua
nó hoặc dựa vào hiện tượng phát quang của một số chất dưới tác dụng của
năng lượng bức xạ hạt nhân.
Có ba loại bình thu bức xạ:
Bình ion hóa .
Máy đếm phóng điện trong chất khí.
Máy đếm nhấp nháy.
Trong hình đặc tính Volt Ampere của bình ion hóa và cấu tạo của một
bình ion hóa bằng tia a. Dòng quang điện thường rất nhỏ( 10 -3 _10-7 )mA.
Điện áp đặt lên điện cực cao áp ( vỏ bình) cỡ hàng nghìn Volt, dòng điện ion
lấy qua cực lưới được khuếch đại bằng các bộ khuếch đại đo lường.
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 9
Để tránh dòng điện rò, cách điện giữa các cực lưới và vỏ (cực cao áp)
phải đạt tới (108 – 1013 ) MW, vì thế điện cực lưới được bọc bởi cực bảo vệ
nối đất với mạch đo lường để thu dòng điện rò từ cực cao áp.
Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hóa không khí
trong hộp cảm biến. Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng
điện chạy giữa hai điện cực đã được nạp điện. Khi các phần tử khói lọt vào
trong vùng cảm nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong vùng cảm nhận
và làm giảm luồng điện giữa hai điện cực. Khi luồng điện giảm xuống tới một
giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát điện và phát tín hiệu báo động.
Nói chung thì loại cảm biến phát hiện khói kiểu ion hóa nhạy hơn và
hiệu quả hơn loại dùng các linh kiện quang điện tử, nhưng linh kiện và vật
liệu rất khó kiếm. Loại phát hiện khói dùng quang dù ít nhạy hơn nhưng linh
kiện rất dễ tìm và lắp đặt tương đối dễ dàng. Tuy nhiên cả hai loại này có thể
báo động nhằm do bụi hay khói lan vào. Cho nên khi thiết kế cần phải xem
xét và qui định nồng độ khói nhất định để thiết bị hoạt động chính xác.
III.
Mạch phát hiện cháy :
Dưới tác động của các dòng ánh sáng với bước sóng thích hợp chiếu
vào Catot, điện tử đi từ Catot bị bắn ra, tạo thành dòng điện. Chuyển đổi
quang điện được phân chia thành ba loại:
1. Tế bào quang điện:
Là phần tử quang điện sử dụng hiệu ứng quang điện ngoài. Đó là một
đèn chân không hay có khí mà Catot của nó sẽ phát ra các điện tử dưới tác
dụng của dòng ánh sáng.
2. Quang điện trở:
Là loại chuyển đổi quang điện dựa vào hiệu ứng quang điện. Điện trở
của một vài chất bán dẫn thay đổi dưới tác dụng của dòng ánh sáng. Các
chất có hiệu ứng quang điện trong mạch đó là muối Sunfil Cadmi,…
3. Photo diode:
Là chuyển đổi quang điện, dưới tác dụng của ánh sáng, lớp khóa của
một số mặt ghép các chất bán dẫn sẽ trở thành nguồn dòng điện.
Với hiệu ứng quang điện, ta có thể phát sinh một điện áp ở lớp chuyển
tiếp pn, khi lớp chuyển tiếp này được chiếu sáng. Tùy theo chức năng và cấu
trúc, có thể phân Photodiode thành nhiều loại:
Diode quang pn.
Diode quang pin.
Diode quang loại Schockley.
Diode quang với các hiệu ứng khác.
Photodiode được dùng với mạch khuếch đại có tổng trở cao:
Rất tuyến tính.
Ít nhiễu.
Dãi tần rộng.
( Word Converter - Unregistered ) http://www.word-converter.net SVTH: Lê Hoàng Dũng
Trang 10
Nhẹ và có sức bền cơ học.
Tuổi thọ cao.
IV.
Đo nhiệt độ bằng thạch anh:
Một ứng dụng cổ điển của thạch anh là thực hiện bộ dao động có độ
vững lớn, chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ. Với tinh thể thạch anh có phương tinh
thể xác định trước nó đặc trưng cho sự thay đổi nhiệt độ ảnh hưởng tần số
dao động.
Ngược lại, khi dùng làm cảm biến đo nhiệt độ, thạch anh có phương tinh thể
làm sao cho tần số dao động gần như tuyến tính với nhiệt độ tinh thể của
thạch anh. Cảm biến này rất chính xác và nhạy, mặt khác việc xác định nhiệt
độ dẫn đến việc đếm tần số có hai điều lợi:
_ Việc đo rất chính xác.
_ Việc chuyển đổi ra dạng số rất dễ dàng với thông tin liên quan
đến tần số.
1. Cộng hưởng cơ của thạch anh:
Trong tinh thể thạch anh được cắt theo dạng tiết diện vuông, tam giác
hoặc tròn, các đặc tính phụ thuộc vào dạng hình học, và kích thước của
chúng cũng như phương tinh thể. Thạch anh là một chất áp điện. Trong
trường hợp mặt phẳng thu điện tích thẳng góc với trục điện sẽ xuất hiện các
điện tích trái dấu trên mặt phẳng. Đó là hiệu ứng áp điện trực tiếp.
_ Một sự thay đổi bề dày của bản thạch anh, nén lại hoặc bè ra
tùy thuộc theo dấu của điện áp khi đưa vào các bề mặt, đó là hiệu ứng áp
điện ngược.
_ Một bản thạch anh có thể xảy ra các dao động cơ liên quan
đến các loại biến dạng khác nhau: sự kéo dài ra, uốn cong, cắt. Tần số dao
động được xác định bởi dạng thức hình học, kích thước và phương của tinh
thể và có thể diễn tả bởi công thức sau:
f =
n
l
c
ρ
c: Độ lớn đàn hồi, phụ thuộc vào phương tinh thể.
r: Trọng lượng riêng của thạch anh.
l: Kích thước của bản thạch anh theo phương truyền động.
n: Số nguyên ; 1
- Xem thêm -