Tài liệu Luận văn tốt nghiệp cảm biến lực

TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN TỰ ðỘNG HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC ðỀ@ TÀI Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ Tài liệu học tập và nghiên cứu CẢM BIẾN LỰC Cán bộ hướng dẫn TS. Trần Thanh Hùng Võ Hiếu Thảo - 1041423 Sinh viên thực hiện Nguyễn Minh Hải - 1041388 Cần Thơ, tháng 12 năm 2008 1 TRƯỜNG ðẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN TỰ ðỘNG HÓA LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ðẠI HỌC CẢM BIẾN LỰC Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Cán bộ hướng dẫn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải TS. Trần Thanh Hùng MSSV: 1041388 Võ Hiếu Thảo MSSV: 1041423 Luận văn ñược bảo vệ tại: Hội ñồng chấm luận văn tốt nghiệp Bộ môn ……………………………………, Khoa Công nghệ, Trường ðại học Cần Thơ vào ngày .... tháng ..... năm … 2 BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 3 BẢN NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Nhận xét của giáo viên phản biện: ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... ...................................................................................................................................... 4 LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp tại trường, chúng tôi ñã nhận ñược sự chỉ dẫn nhiệt tình của các thầy cô trong Bộ môn Tự ðộng Hóa – Khoa Công Nghệ Trường ðại Học Cần Thơ và sự hợp tác, giúp ñỡ nhiệt tình của các thầy cô trong phân xưởng Cơ Khí – Trường ðại học Cần Thơ. Chúng tôi vô cùng biết ơn gia ñình ñã tạo ñiều kiện, chăm sóc, ñộng viên chúng tôi trong cuộc sống nói chung, ñặc biệt là trong suốt thời gian thực hiện luận văn nói riêng. Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến quý thầy cô ñã tận tình dạy dỗ và truyền thụ những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian chúng tôi cắp sách ñến trường. Trân trọng biết ơn quý thầy cô! ðặc biệt, chúng tôi vô cùng biết ơn thầy Trần Thanh Hùng ñã tận tình giúp ñỡ, tạo ñiều kiện tốt nhất cũng như ñã ñọc và chỉnh sửa bài luận ñể chúng tôi hoàn thành Trung Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu ñề tàitâm của mình. Do thời gian thực hiện ñề tài và kiến thức bản thân còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện ñề tài không tránh khỏi nhiều sai sót, kết quả ñạt ñược khá tốt nhưng chưa ñến mức tối ưu. Chúng tôi rất mong ñược sự thông cảm, ñóng góp của quý thầy cô. Chúng tôi mong rằng các sinh viên các khóa sau sẽ kế thừa, phát huy và hoàn thiện ñề tài này một cách xuất sắc ñể có thể cho ra sản phẩm xuất sắc, có cơ hội ñến với người tiêu dùng hoặc phát triển thành nhiều dạng ứng dụng sử dụng nguyên tắc của mô hình trên (cân ñiện tử, ño lực chính với ñộ chính xác cao, hồi tiếp lực cho tay robot,…) Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 29 tháng 11 năm 2008 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Minh Hải Võ Hiếu Thảo 5 TÓM TẮT ............................................................................................................. 1 Abstract ................................................................................................................ 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ................................................................................ 3 1.1 ðẶT VẤN ðỀ .......................................................................................... 3 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ðỀ............................................................................ 3 1.3 PHẠM VI CỦA ðỀ TÀI .......................................................................... 4 1.4 PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT .......................................................... 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................... 6 2.1 STRAINGAUGE ...................................................................................... 6 2.1.1 ðịnh nghĩa strain gauge .................................................................... 6 2.1.2 Nguyên tắc hoạt ñộng và ứng dụng .................................................. 6 2.1.3 Cấu tạo ............................................................................................. 7 2.1.4 Chất keo dán .................................................................................... 7 2.1.5 Các mạch cầu gauge ........................................................................ 8 Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu 2.1.6 Hoạt ñộng của cầu ........................................................................... 9 2.1.7 Bù nhiệt .......................................................................................... 12 2.2 LOADCELL............................................................................................ 12 2.3 KHẢO SÁT BỘ CHUYỂN ðỔI ADC................................................... 14 2.3.1 Sơ ñồ bộ chuyển ñổi ADC.............................................................. 14 2.3.2 Các thanh ghi quan trọng trong ADC............................................. 15 2.3.3 Yêu cầu của bộ ADC ...................................................................... 16 2.3.4 Vận hành bộ chuyển ñổi ADC ....................................................... 17 2.4 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC CÁC LINH KIỆN QUAN TRỌNG ............... 18 2.4.1 Vi mạch LM741 ............................................................................. 18 2.4.2 LCD 16x2 Họ HD44780 ................................................................ 19 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THI CÔNG.................................................... 23 3.1 THIẾT KẾ LOADCELL......................................................................... 23 3.1.1 Yêu cầu ........................................................................................... 23 6 3.1.2 Vật liệu ........................................................................................... 24 3.1.3 Hình dạng ....................................................................................... 24 3.2 TÍNH TOÁN BỘ KHUẾCH ðẠI........................................................... 31 3.2.1 Lựa chọn linh kiện khuếch ............................................................. 31 3.2.2 Tính toán ñiện áp ra của cầu Wheatstone ....................................... 32 3.2.3 Tính toán mạch khuếch ñại ............................................................ 33 3.3 MẠCH CHUYỂN ðỔI ADC VÀ HIỂN THỊ ........................................ 35 3.3.1 Lựa chọn vi ñiều khiển ................................................................... 35 3.3.2 Hiển thị ........................................................................................... 36 3.4 THIẾT KẾ BỘ NGUỒN ......................................................................... 36 3.5 THIẾT KẾ PHẦN MỀM ......................................................................... 36 3.5.1 Lưu ñồ ............................................................................................ 36 3.5.2 Source code .................................................................................... 37 3.6 TEST MẠCH .......................................................................................... 39 KẾTtâm LUẬN VÀ liệu KIẾNĐH NGHỊ ............................................................................ 44 cứu Trung Học Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................. 45 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG .................................................................................. 46 7 TÓM TẮT Bài luận này sẽ giới thiệu những kiến thức cơ bản về strain gauge, Loadcell và hướng thiết kế một loadcell ñơn giản. Phần tìm hiểu về strain gauge và loadcell sẽ thực hiện bằng cách tìm tài liệu trên mạng internet (datasheet và các bài luận nghiên cứu). Phần thiết kế một loadcell ñơn giản sẽ ñược tiến hành bằng thực nghiệm (chế tạo mô hình). Kết quả về phần tìm hiểu strain gauge và loadcell nhóm ñã khái quát ñược cấu tạo cũng như phương thức hoạt ñộng. Về phần chế tạo mô hình, nhóm ñã làm ñược một mô hình hệ thống cảm biến lực với ñầy ñủ loadcell, bộ khuếch ñại, bộ ñọc dữ liệu và hiển thị. Tuy nhiên mô hình hoạt ñộng với chính xác chưa ñược cao (sai số bộ khuếch ñại + giải thuật lập trình chưa tối ưu). Nếu các lỗi này ñược khắc phục trong tương lai, có thể phát triển thành nhiều dạng ứng dụng sử dụng nguyên tắc của mô hình trên (cân ñiện tử, ño lực chính với ñộ chính xác cao, hồi tiếp lực cho tay robot,…) Abstract In this thesis, the basic knowledge of straingauge, loadcell and the method of design a simple loadcell are discussed. To learn about strain gauges and loadcells, we search on Trung tâm liệu ĐHandCần Thơ @theTài liệu tậpa simple và nghiên internet for Học their datasheets reports. From theory, wehọc develop loadcell, cứu and use computer to simulate its responses, such as strain-stress property. Then an amplifier is designed for conditioning the loadcell signal. Finally, a microcontroller is used to read results by an ADC and display to an LCD. Experimental results so that the system works, but not very accurate because of errors from amplifier, ADC and algorithm. By fixing these errors, this model can be employed for many kind of applications such as electric scale, high accurate force sensor, feedback force control,…). Keywork: Loadcell, khuếch ñại, force sensor (cảm biến lực). 8 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
 1.1 1.2 1.3 1.4 ðặt vấn ñề Lịch sử giải quyết vấn ñề Phạm vi của ñề tài Phương hướng giải quyết 1.1 ñẶT VẤN ðỀ Hiện nay, trong kỹ thuật thường xuất hiện các từ như strain gauge, loadcell, force sensor…. Vậy strain gauge là gì? loadcell là gì? Chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài luận này ( về cấu tạo, phương thức hoạt ñộng) sau ñó dùng các kiến thức ñó ñể làm thành một mô hình hệ thống cảm biến ño lực ñơn giản. 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ðỀ Cảm biến lực là một vấn ñề rất quan trọng và ñược nghiên cứu khá nhiều nếu giải quyết tốt sẽ ñược ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống: xây dựng, ño lường, robot … Hiện nay thì cảm biến lực ñã có bước phát triển vượt bậc, ñược ứng dụng rất rộng rãi trong robot.tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Trung Nói ñến “cảm biến lực” chúng ta không thể bỏ qua strain gauge và loadcell. Strain gauge, loadcell ñã có từ những năm 80 của thế kỷ trước, có rất nhiều tài liệu trình bày về vấn ñề này, tuy nhiên hầu hết là ở dạng tiếng Anh. Tài liệu tiếng Việt thì không phổ biến, theo chúng tôi ñược biết thì ñề tài “ðO LỰC VÀ ỨNG SUẤT” của sinh viên Hà Thanh Lâm và Phạm Trọng Quỳnh ñã trình bày khá rõ ràng, tuy nhiên họ chỉ tập trung vào phần ño lực và ứng suất mà không ñi sâu vào thiết kế một loadcell. Ở ñây ñể tiện việc theo dõi chúng tôi trình bày một số kiến thức cơ bản về strain gauge, loadcell, và ñề ra hướng thiết kế một loadcell ñơn giản ñồng thời dùng mô hình này làm nền ñể phát triển các mô hình khác cao hơn. ðề tài ñặt ra là thiết kế loadcell, sau ñó xây dựng ñược một mô hình có cả phần cứng và phần mềm tương ñối ñơn giản. ðề tài là cơ sở ñể những người nghiên cứu khác vận dụng và phát triển thành những sản phẩm có giá trị sử dụng trong thực tế. Chúng tôi hy vọng các sinh viên các khóa sau sẽ kế thừa ñề tài này ñể cho ra một cái cân ñiện tử khá chính xác ñể ñưa vào cuộc sống hoặc có thể phát triển thành nhiều dạng ứng dụng sử dụng nguyên tắc của mô hình trên (ño lực chính với ñộ chính xác cao, hồi tiếp lực cho tay robot,…) ðề tài là cơ sở ñể những người thực hiện luận văn tốt nghiệp các khóa sau tham khảo và phát triển. 1.3 PHẠM VI CỦA ðỀ TÀI Yêu cầu của ñề tài ñặt ra là tìm hiểu strain gauge, loadcell; thiết kế load cell ñơn giản và hiển thị ra LCD. Do trong ñề tài có rất nhiều kiến thức mới (sử dụng các phần mềm mô phỏng, ngôn ngữ lập trình…) nên chúng tôi ñặt ra phạm vi: 9  Tìm hiểu về strain gauge và loadcell ( kiến thức cơ bản ).  Thiết kế mô hình loadcell ñơn giản: o Mô hình cơ khí. o Mạch khuếch ñại tín hiệu. o Mạch hiển thị. o Loadcell hoạt ñộng càng chính xác càng tốt. 1.4 PHƯƠNG HƯỚNG GIẢI QUYẾT ðề tài “ CẢM BIẾN LỰC ” gồm 2 phần:  Tìm hiểu loadcell, strain gauge: tìm tài liệu trên mạng (Anh + Việt) bao gồm datasheet cũng như các báo cáo nghiên cứu.  Thiết kế một mô hình hệ thống cảm biến lực với ñầy ñủ loadcell, bộ khuếch ñại, bộ ñọc dữ liệu và hiển thị. Chia ra làm phần cứng và phần mềm với phân công công việc cụ thể: o Phần cứng Võ Hiếu Thảo. o Phần mềm Nguyễn Minh Hải. Tuy nhiên, ñể ñề tài ñược tiến hành thuận lợi và có một hệ thống hoạt ñộng tốt nhất thì Trung Học Thơ @ này Tàiñòiliệu học tậpviên vàphải nghiên cứu cứng và phầnliệu mềm ĐH khôngCần thể tách rời, ñiều hỏi các thành hợp tác chặt phần tâm chẻ với nhau, không xem nhẹ phần nào (phần cứng, phần mềm), phải ñoàn kết, . . . 10 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 2.1 2.2 2.3 2.4 Sơ lược về strain gauge Giới thiệu loadcell Khảo sát bộ chuyển ñổi ADC Giới thiệu sơ lược các linh kiện quan trọng 2.1 STRAIN GAUGE 2.1.1 ðịnh nghĩa strain gauge Strain - gauge ( Miếng ño biến dạng ) là một cấu kiện ñiện trở ñược dùng ñể dán lên một bộ phận bị biến dạng. Sự biến dạng của bộ phận này thông qua lớp keo dán truyền sang Strain gauge và làm thay ñổi ñiện trở của nó. Cách ñịnh nghĩa khác: Strain Gauge là một ñiện trở ñặc biệt chỉ nhỏ bằng móng tay, có ñiện trở thay ñổi khi bị nén hay kéo dãn và ñược nuôi bằng một nguồn ñiện ổn ñịnh, ñược dán lên tải. 2.1.2 Nguyên tắc hoạt ñộng và ứng dụng Dây dẫn bị kéo căng sẽ trở nên mỏng và dài kết quả là ñiện trở giữa 2 ñầu dây dẫn tăng lên. Ngược lại, khi dây dẫn bị nén lại nó cũng trở nên dầy ngắn và ñiệnĐH trở giữa ñầu dây@ sẽ Tài liệu học tập và nghiên cứu Trung tâmvà Học liệu Cần2 Thơ giảm xuống. Như vậy dây dẫn này có thể dùng làm thiết bị ño lực vật lý, giá trị lực tác dụng có thể suy ra từ việc ño giá trị ñiện trở giữa 2 ñầu dây dẫn. Strain gauge thường ñược sử dụng trong nghiên cứu kỹ thuật cơ khí và ñược phát triển ñể H 2.1 ño ñạc ứng lực gây ra bởi máy móc. Kiểm tra thiết bị bay là một lĩnh vực ứng dụng của strain gauge, cụ thể strain gauge sẽ ñược dán lên một bộ phận quan trọng bất kỳ của khung máy ñể ño ứng lực. Hầu hết strain gauge hiện nay ñều rất nhỏ. Strain gauge dùng trong cơ khí ñược chế tạo như hình H2.1. Hiện nay, strain - gauge ñã ñược sản xuất khá nhiều với nhiều thương hiệu khác nhau, trong ñó nỗi tiếng có các hãng như: Hottinger Baldwin, Messttechnik, Micromesures Vishay... 2.1.3 Cấu tạo Dây dẫn của strain gauge rất mỏng, nếu là dây tròn thì ñường kính vào khoảng 1 miliinch, thường dùng băng kim loại mỏng cố ñịnh trên nền làm bằng vật liệu cách ñiện. Dạng strain gauge mới nhất ñược thể hiện ở hình trên, có tên là “bonded gauge”. Thông thường ñiện trở strain gauge khi chưa chịu ứng lực là từ 30 Ohms ñến 30 kOhms. Giá trị ñiện trở này chỉ thay ñổi khoảng 1% khi chịu ứng lực tối ña ( full force ). Giới hạn này 11 ñược ñưa ra do giới hạn ñàn hồi của vật liệu làm strain gauge cũng như vật liệu làm mẫu kiểm tra. Lực ñủ lớn làm cho ñiện trở strain gauge thay ñổi lớn hơn 1% giá trị ñiện trở strain gauge sẽ làm biến dạng vĩnh viễn vật mẫu hay strain gauge. Vì vậy trong sử dụng strain gauge như một dụng cụ thực hành thì phải ño ñạc sự thay ñổi ñặc biệt nhỏ với ñộ chính xác rất cao. ðáp ứng yêu cầu khắt khe ñó, người ta ñã ñưa ra một mạch ño cầu strain gauge. Không giống cầu Wheatone, mạch cầu strain gauge không dùng máy dò cân bằng không (nullbalance) và cần người vận hành bảo trì trạng thái cân bằng cho mạch, mà dựa trên ñộ không cân bằng ñể ño ñược biến dạng. Một miếng ño lý tưởng phải có một ñiện trở rất lớn, một hệ số ño cực ñại và một mức giới hạn ñàn hồi cao, ñồng thời lại không bị ảnh hưởng nhiệt ñộ cao tác ñộng. Thêm vào ñó, hệ số miếng ño luôn luôn bất biến cho dù mức biến dạng có lớn ñến ñâu ñi chăng nữa. ðể miếng ño có thể hoạt ñộng một cách thích hợp theo sức căng cũng như sức nén, sợi ñiện trở phải càng mỏng càng tốt ñể cho lớp keo có thể truyền hoàn toàn mức biến dạng của bộ phận sang miếng ño. 2.1.4 Chất keo dán Keo cyanoacrylate: Rất thực dụng cho việc áp dụng bình thường trong thời gian ngắn, nhiệt ñộ áp dụng dưới 1000C. Sẽ khô cứng trong vài giây dưới tác dụng của sức ép. Keo epoxy: Rất có hiệu quả, ổn ñịnh trong thời gian lâu ñược nhiệt ñộ ñến 300oc. Keo gốm: Khó áp dụng hơn vì cần thiết bị ñặt biệt có vẻ mong manh yếu ớt, không cho phép dùng ñược những biến dạng lớn.,sử dụng ñược ñến 600oc. Hàn: ðây là cách thức thực tế nhất ñể dùng ở nhiệt ñộ cao cho các miếng ño trong vỏ bọc kim loại rất ñặc. Cần chú ý là bề mặt ñể dán phải ñược tẩy sạch dầu mỡ và sau ñó ñược trung hòa bằng hóa chất. tạo raliệu bề mặt có tính chấtThơ lý tưởng ñược loạihọc keo này, mặtnghiên phải ñược cứu làm Trung tâmðểHọc ĐH Cần @ñối Tài liệu tậpbềvà sạch vết rỉ ñể tạo ra bề mặt nhẵn nhưng không quá bóng. 2.1.5 Các mạch cầu strain gauge Vì ñiện trở của train – gauge thay ñổi rất nhỏ nên ñể ño ñược nó ta phải mắc mạch thành dạng cầu Wheatstone. Có 3 kiểu mắc cầu Wheatstone: Full bridge, Haft bridge, quarter bridge. Full bridge : Gồm 4 Strain - gauge tích cực Vout =GF.ε .V H 2.2 Haft bridge: Gồm 2 gauge tích cực và 2 ñiện trở Vout = 0,5.GF.ε .V H 2.3 12 Quarter bridge: Gồm 1 gauge tích cực và 3 ñiện trở Vout = 0,25.GF.ε .V H 2.4 ñó GF là hệ số gauge (gauge ∆R / R ∆R / R ∆R = = (1 ≤ GF ≤ 2) GF = ∆L / L ε Rε Vout: ñiện thế ra ñơn vị microVolt. E: biến dạng dài tương ñối ñơn vị là micro strain. V: ñiện thế áp vào cầu. ∆L :Biến dạng dài tỉ ñối ∆R : sự thay ñổi ñiện trở theo ∆L Với cách mắc như hình H2.5 ta có: P ε1 = ε 4 = A.E ε 2 = ε 3 = −υ .ε1 Trong factor) ñược ñịnh nghĩa. và ε = ε1 − ε 2 + ε 3 − ε 4 Trung Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu ν: hệtâm số Poisson. A: tiết diện ngang. E: Modun ñàn hồi. H 2.5 2.1.6 Hoạt ñộng của cầu Bình thường cầu sẽ cân bằng, ñiện áp ño ñược bằng 0, khi có lực tác dụng làm thay ñổi hình dạng strain gauge thì ñiện trở gauge thay ñổi, cầu mất cân bằng khi ñó áp ño ñược sẽ khác 0. Tuy nhiên giá trị này là rất nhỏ (vào khoảng vài miliVolts) vì vậy cần khuếch ñại giá trị này lên khoảng 5-10 V nhằm phù hợp với các hệ thống thu nhận và phân tích dữ liệu số như máy vi tính. Có nhiều dạng mạch mạch khuếch ñại tín hiệu xuất ra từ cầu strain gauge nhưng phổ biến là dùng IC với mã sản phẩm là RS stock no.846-171 và mạch khuếch ñại dùng opam 741.  Mạch khuếch ñại sử dụng IC với mã sản phẩm RS stock no.846-171: 13 Cách mắc mạch: H 2.6 Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Trong ñó: H 2.7 14 R1,R3 : R2,R6 : R4 : R5,R8 : R6 : R7 : R9 : R10,R11: C1,C6,C7: C2,C5 : C3,C4 : T1BD : T2BD : T3BD : 100k 100R 68R 10R 100R 47R 1k 680R 100nF 10nG 10µF 135 136 108. Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu 15 R1,R2 cho phép ñịnh giá trị ñộ khuếch ñại theo công thức: A = 1+ R1 . R2 R3,R4 cho phép ñịnh ngõ ra về vùng 0 trong trường hợp cầu không cân bằng.  Mạch khuếch ñại sử dụng LM 741 H 2.8 Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Với: R2: R3: R1: 10k 1M 10K ðộ khuếch ñại ñược tính bằng công thức: A = 1 + R3 , biến trở R1 cho phép chuẩn ngỏ ra R2 về giá trị 0 khi cầu không cân bằng.  Modul ADC của vi ñiều khiển PIC 16F887 Modul ADC (Analog Digital Converter) của vi ñiều khiển Pic 16F887 có 2 chế ñộ chuyển ñổi ñó là 8bit va 10bit, có 14 ngõ vào Analog. Ngoài ra các chân 4 và 5 còn lần lượt là chân diện thế tham chiếu âm dương (Vref- , Vref+) của bộ chuyển ñổi. 2.1.7 Bù nhiệt Phần lớn các strain gauge hiện nay ñều có khả năng tự ñộng cân bằng. Thí dụ, một strain gauge ñược cân bằng nhiệt về lý thuyết sẽ không cho thấy sự thay ñổi ñiện trở nào khi miếng thép mà miếng ño ñược dán lên sẽ giãn nở khi nhiệt ñộ thay ñổi. ðặc tính tự cân bằng này có 16 ñược là nhờ việc xử lý nhiệt áp dụng cho kim loại dùng ñể chế tạo ra miếng ño. Cách xử lý nhiệt này chỉ có hiệu quả trong một tầm nhiệt ñộ giới hạn nào ñó. Bằng cách dùng cầu Wheatstone ta cũng có thể chế tạo mạch cân bằng nhiệt ñộ. Như ñã biết, sự thay ñổi nhiệt ñộ của 2 nhánh cầu kề nhau sẽ tự triệt tiêu nên miếng ño cân bằng ñược nối vào mạch cầu Wheatstone cùng nhánh với miếng ño hữu công A. Do cách tính biến dạng P ε1 = ε 4 = A. E ε 2 = ε 3 = −υ .ε 1 và ε = ε1 − ε 2 + ε 3 − ε 4 Nên khi bị giãn nở vì nhiệt thì ở cách mắc full bridge cũng như hafl bridge sự giãn nở trên 2 gauge là như nhau và sẽ tự triệt tiêu lẫn nhau. 2.2 loadcell Một cầu strain gauge ñược mắc theo một trong các dạng trên và ñược dán vào nơi bị biến dạng nhiều nhất của một khối kim loại ñược thiết kế ñặc biệt ñể ño biến dạng ñược gọi là loadcell. Một số loadcell có thể tích hợp bộ khuếch ñại bên trong. Loadcell ñược sử dụng phổ biến ñể trọng lượng. Loadcell có nhiều hình dạng và tải trọng khác nhau, mỗi hình dạng ñược thiết kế cho phù hợp với mục ñích ứng dụng. Ví dụ: Dùng cho cân ñóng bao, cân băng tải, cân xe nâng… Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu H 2.9 Dùng cho cân ñóng bao, cân băng tải, cân phối liệu H Dùng cho các ứng dụng chịu sự tác ñộng của gas, nước biển, hoặc dùng trong công nghiệp thực phẩm 17 H Chuyên dùng cho các loại cân móc, cân treo…. Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Chuyên dùng cho cân ôtô, cân xe tải 18 Tải trọng của loadcell ñược quyết ñịnh bởi vật liệu chế tạo, vật liệu có ñộ cứng càng cao thì tải trong của loadcell càng lớn. 2.3 KHẢO SÁT BỘ CHUYỂN ðỔI ADC 2.3.1 Sơ ñồ bộ chuyển ñổi ADC Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu H Trong ñó VCFG1, VCFG0, GO/DONE, ADON là các bít ñiều khiển bộ ADC. 2.3.2 Các thanh ghi quan trọng trong ADC  Thanh ghi ADCON0 Bit7-6 (ADCS1 – ADCS0): Chọn tốc ñộ làm việc cho bộ chuyển ñổi.  • 00 – Fosc/2 • 01 – Fosc/4 19 • 10 – Fosc/8 • 11 – Frc (dao ñộng nội max = 500KHz). Bảng minh họa:  Bit 5-2 (CHS 3-0): chọn ngõ vào Analog • 0000-1101 tương ứng với AN0 – AN13 • 1110 là CVRef • 1111 fixed Ref  Bit 1 (GO/DONE) : • Giá trị 1: bộ ADC cho phép bắt ñầu chuyển ñổi. • Giá trị 0: bộ ADC cho phép ngưng bắt ñầu chuyển ñổi.  Bit 0 (ADON): Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu • Giá trị 1: cho phép bộ ADC hoạt ñộng. • Giá trị 0: cấm bộ ADC hoạt ñộng.  Thanh ghi ADCON1.  Bit 7 (ADFM): chọn ñịnh dạng lưu kết quả: • Giá trị 1: lưu về bên phải. • Giá trị 0: lưu về bên trái. 20