Xem mẫu
- 3.1.6. M¹ch c«ng suÊt.
Nh− ta ®· biÕt, kh«ng khÝ ®−îc thæi b»ng qu¹t vµo buång ®èt trong
buång ®èt cã phÇn tö ®èt nãng sö dông ®iÖn. ë ®©y kh«ng xÐt ®Õn tèc ®é cña
qu¹t giã nªn nhiÖt ®é cña lß sÊy sÏ thay ®æi theo nhiÖt l−îng to¶ ra cña phÇn tö
®èt nghÜa lµ thay ®æi theo dßng ®iÖn ch¹y qua phÇn tö ®èt. V× vËy muèn ®iÒu
khiÓn nhiÖt ®é ta ph¶i ®iÒu khiÓn ®−îc ®é lín dßng ®iÖn ®i qua phÇn tö ®èt
nãng.
Cã nhiÒu c¸ch ®Ó ®iÒu khiÓn nh−ng ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn b»ng 2
Thyristor nèi song song ng−îc ®−îc sö dông nhiÒu. Nh−ng nguyªn t¾c lµm
viÖc cña 2 Thyristor nèi song song ng−îc t−¬ng tù nh− Triac nªn ng−êi ta
th−êng thay 2 Thyristor nèi song song ng−îc b»ng Triac. Khi cã xung ®iÒu
khiÓn t¸c ®éng vµo cùc cæng cña Triac th× Triac sÏ më cho dßng ®i qua, ta cã
thÓ ®iÒu khiÓn gãc më cña Triac ®¶m b¶o ®iÖn ¸p cung cÊp cho phÇn tö ®èt
trong lß sÊy thay ®æi tõ 0 tíi gi¸ trÞ lín nhÊt. Vµ trong hệ thống điều khiển ta
phải cã tÝn hiệu đồng pha và tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Trong s¬ ®å nguyªn lý tõ
®iÖn ¸p h×nh sin ta t¹o ra ®−îc mét xung vu«ng trªn ch©n P3.2 (INT0) ®ång
pha víi sãng h×nh sin. Xung vu«ng này sẽ được đưa đến vi điều khiển để xử
lý. Xung vu«ng nµy sÏ g©y ra ng¾t trong vi ®iÒu khiÓn. Với ngắt này vi điều
khiển đã cã thể biết thời điểm bắt đầu một chu kỳ sin. ta thấy gãc mở α chÝnh
là thời gian trễ của xung ®iÒu khiÓn so víi gèc h×nh sin. Để tạo ra được góc
mở α, sau khi dïng ngắt ph¸t hiện gốc h×nh sin ta chỉ cần nạp cho Timer của
vi điều khiển một gi¸ trị tương ứng với gãc mở. ViÖc ®iÒu khiÓn gãc më cho
Triac sÏ ®−îc lËp tr×nh trong vi ®iÒu khiÓn.
3.2. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña hÖ thèng.
§Ó vÏ m¹ch nguyªn lý vµ m¹ch in chóng t«i sö dông phÇn mÒm orcad
9.2. §©y lµ mét phÇn mÒm rÊt tiÖn dông cho viÖc thiÕt kÕ m¹ch.
PhÇn mÒm orcad gåm 2 phÇn chÝnh: Capture CIS (ThiÕt kÕ m¹ch
nguyªn lý) vµ Layout plus (T¹o m¹ch in).
- Víi viÖc lµm m¹ch in, v× m¹ch cã nhiÒu d©y nèi nªn chóng t«i sö dông
m¹ch in 2 líp. S¬ ®å nguyªn lý vµ s¬ ®å m¹ch in cña hÖ thèng nh− sau:
3.2.1. S¬ ®å nguyªn lý.
+5V +5V
J6
CAM BIEN
R13
3K
3 3K
U7
Temp
2 J5 INT0
R15 1 6
INT0
1 AC1
2 5
AC2
75 1
CON3 2 4
1uF CON2 4N35
N guon
+5V
D3 U6 +5V
BRIDGE L7805/TO220
1 3 1 J4
1
VIN VOUT CON1
C15
GND
+
R11 C18 100uF C16
C17 22K 104 104
AC1 2 31000uF LED
D4
TU BIEN AP
2
-
+5V
J1
R3 CON16A Female
4
20K 1 2 +5V
VO P3.5
AC2 3 4
RS_LCD
P3.6 P3.4
5 6
D0 D1
7 8
RW_LCD D2 Enable_LCD
9 10 D3
D5
+5V D4 11 12
D7
+5V D6 13 14
15 16
PHAN TU DOT
J7
R18 R17 Q3 1
+5V
U8 2
1 6
5 TRIAC 1
Dien tro
CON2 2
2 4 3
P1.5
4
4N35 5
keo
+5V 6
7
8
9
C21 C22 C23 J2
104 104 104 CON9
H×nh 3.13 - S¬ ®å nguyªn lý m¹ch nguån, LCD vµ c«ng suÊt.
- +5V
40
U1 ADC0804 U2
DB0 D0
6 18 39 21
VCC
Temp +IN DB0 P0.0/AD0 P2.0/A8
DB1 D1
7 17 38 22
-IN DB1 P0.1/AD1 P2.1/A9
DB2 D2
16 37 23
DB2 P0.2/AD2 P2.2/A10
DB3 D3
9 15 36 24
Vref VREF/2 DB3 P0.3/AD3 P2.3/A11
DB4 D4
R2 14 35 25
DB4 P0.4/AD4 P2.4/A12
C2 DB5 D5
10K 4 13 34 26
CLKIN DB5 P0.5/AD5 P2.5/A13
DB6 D6
19 12 33 27
CLKR DB6 P0.6/AD6 P2.6/A14
DB7 D7
11 32 28
DB7 P0.7/AD7 P2.7/A15
RD_ADC 2
150p
RD
WR_ADC 3 SDA RxD
5 1 10
WR INTR P1.0/T2 P3.0/RXD
CS_ADC 1 SCL TxD
+5V 2 11
CS P1.1/T2-EX P3.1/TXD
AGND
RD_ADC INT0
3 12
GND
INT0
P1.2 P3.2/INT0
WR_ADC INT1
20 4 13
+5V VCC/VREF P1.3 P3.3/INT1
CS_ADC P3.4
C1 5 14
P1.4 P3.4/T0 P3.5
104 6 15
P1.5 P1.5 P3.5/T1
10
Q0 P3.6
R1 +5V 7 16
8
P1.6 P3.6/WR
Q1 P3.7
630 11.0592M 8 17
P1.7 P3.7/RD
19 30
XTAL1 ALE/PROG
D1 C3 Y1 18 29
2.5V XTAL2 PSEN
1N4148 R4 10uF
SW1 33 +5V 31
GND
Vref EA/VPP
RST
R5 C4 C5 9
RST
D2 10K 100 33 AT89C52
5.1V
20
RST
+5V
R6
4.7K
U3 74148 Dip 16 J3 SIP 8
16
Key 1 Q0
1 2 10 9 1
VCC
D0 Q0
Key 2 Q1
3 11 7 2
D1 Q1
SW2 Key 3
+5V 4 12 6 3
D2 Q2
Key 1 Key 4
5 13 4
D3
Key 3 Key 1 Key 5
6 1 15 5
D4 EO
SW3 Key 6
7 2 14 INT1 6
D5 GS
Key 2 Key 7
C11 C12 8 3 7
D6
Key 8
104 104 R7 9 4 8
D7
SW4 10K
GND
Key 3 5
EI
SW5 R8
Key 4 Key 4 Key 2 1K 8
C13 C14
104 104
+5V
+5V
C6 104 +5V C7 1uF
U4 4.7k
16
MAX232 DIP 16 U5 R9
8
1 4.7k
VCC
C1+ 2 R10 1 5
VCC
V+ S0 SDA
C8 2
S1
1uF 3 3
C1- S2
4 6
C2+ V- SCL 6
SCL
C9
GND
1uF 5 7
C10
C2- PP 24C16
RS232 1uF
P1
TxD 11 14 5
4
T1IN T1OUT
10 7 9
T2IN T2OUT 4
RxD Serial Eprom
12 13 8
R1OUT R1IN
9 8 3
GND
R2OUT R2IN 7
2
6
15
1
CONNECTOR DB9 Male
H×nh 3.14 - S¬ ®å nguyªn lý cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn
sÊy n«ng s¶n d¹ng h¹t (m¹ch chÝnh).
- 3.2.2. S¬ ®å m¹ch in.
H×nh 3.15 - S¬ ®å m¹ch in.
3.3. Mét sè thµnh phÇn kh¸c
3.3.1. Nguån nu«i.
Nguån nu«i cho hÖ thèng bé xö lý lµ thµnh phÇn kh«ng thÓ thiÕu ®−îc
bëi v× kh«ng cã mét hÖ thèng ®iÖn tö hoÆc thiÕt bÞ ®iÖn nµo cã thÓ ho¹t ®éng
mµ kh«ng cã nguån nu«i. Cã nhiÒu c¸ch kh¸c nhau ®Ó thiÕt kÕ mét nguån
nu«i tuú thuéc vµo tõng m¹ch ®iÖn cô thÓ. Tr−íc hÕt lµ thiÕt bÞ sÏ ho¹t ®éng
theo kiÓu s¸ch tay hay ®Ó bµn ®Ó quyÕt ®Þnh dïng nguån nu«i b»ng pin hay
chØnh l−u tõ ®iÖn ¸p l−íi.
§èi víi hÖ thèng nµy chóng t«i sö dông nguån tõ l−íi ®iÖn.
* Nguån nu«i tõ l−íi ®iÖn: Sö dông bé n¾n tõ m¹ng l−íi ®iÖn còng lµ mét
kh¶
- n¨ng lùa chän ®Ó cã mét nguån nu«i thay thÕ cho pin. Nh÷ng bé phËn quan
träng cña nguån nu«i lÊy tõ l−íi ®iÖn lµ bé chØnh l−u vµ khèi läc.
• Bé chØnh l−u cã thÓ l¾p r¸p tõ c¸c ®i«t riªng lÎ (Nh− lo¹i 1N4007) hoÆc
sö dông lo¹i ®· l¾p s½n thµnh mét cÇu hoµn chØnh.
• Bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p.
Khi cã t¶i th× ®iÖn ¸p nguån th−êng tôt xuèng. C¸c bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p
®ãng mét vai trß quan träng ®èi víi ho¹t ®éng cña vi m¹ch ®iÒu khiÓn v× nã
cho phÐp t¹o ra mét ®iÖn ¸p æn ®Þnh dïng cho bé xö lý vµ m¹ch liªn quan
ngay c¶ khi ®iÖn ¸p lèi vµo cã thÓ thay ®æi. Ngµy nay c¸c nhµ s¶n xuÊt ®·
cung cÊp nhiÒu lo¹i vi m¹ch æn ®Þnh ®iÖn ¸p víi gi¸ rÊt rÎ. Ng−êi ta cã xu
h−íng lùa chän bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p lo¹i 78xx víi 3 ch©n ra. Bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p
kiÓu nµy ®−îc rÊt nhiÒu nhµ s¶n xuÊt cung cÊp vµ còng cã nhiÒu d¹ng ®ãng vá
kh¸c nhau. §Ó cÊp ®iÖn ¸p nguån nu«i cho bé xö lý 8051 ta chän bé æn ®Þnh
®iÖn ¸p lo¹i 7805 ®Ó nhËn ®−îc ®iÖn ¸p +5V ë lèi ra. C¸c vi m¹ch 7805 th«ng
th−êng cã thÓ chÞu ®−îc dßng ®iÖn lèi ra ®Õn 1A vµ cã thÓ ®−îc nu«i b»ng
®iÖn ¸p lèi 1 chiÒu trong kho¶ng 9 ®Õn 20V. V× vËy trong m¹ch nguån, ®iÖn
¸p 220V sÏ ®−îc chØnh l−u b»ng cÇu chØnh l−u vµ cho qua bé æn ®Þnh ®iÖn ¸p
7805 vµ ®Çu ra cña 7805 ta sÏ ®−îc ®iÖn ¸p 5V.
3.3.2. Bé nhí ®Æc biÖt.
ë mét sè tr−êng hîp bé nhí cña vi xö lý kh«ng ®ñ ®Ó l−u gi÷ ch−¬ng
tr×nh nªn ta ph¶i sö dông thªm bé nhí ngoµi. Ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn nµy chØ
lµ mét øng dông nhá nªn kh«ng cÇn sö dông thªm bé nhí ngoµi nµy. Nh−ng
trong m¹ch vÉn thiÕt kÕ thªm bé nhí ngoµi (Serial Eprom - 24C16) ®Ó sö dông
cho phÇn ph¸t triÓn sau nµy.
3.3.3. RS232 vµ MAX232.
§Ó mét thiÕt bÞ giao tiÕp víi m¸y tÝnh ta cÇn th«ng qua cæng COM trªn m¸y
tÝnh, v× vËy trªn m¹ch cÇn cã ch©n c¾m RS232. Cæng COM trªn m¸y lµm viÖc víi
®iÖn ¸p -12V ®Õn +12V mµ vi ®iÒu khiÓn l¹i lµm viÖc víi ®iÖn ¸p trong kho¶ng 0 -
5V. V× vËy cÇn cã bé phËn ®Ó t−¬ng thÝch chóng vµ ®ã lµ MAX 232.Trong khu«n
- khæ cña ®Ò tµi kh«ng sö dông ®Õn viÖc giao tiÕp víi m¸y tÝnh nªn ë ®©y chóng t«i
kh«ng giíi thiÖu nhiÒu.
Ch¦¥ng 4
Tæng hîp hÖ thèng ®iÒu chØnh nhiÖt ®é khÝ sÊy
- Mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®Òu ®−îc x©y dùng theo s¬ ®å khèi h×nh 4.1
X E U Y
Bé ®iÒu khiÓn §èi t−îng
Z
H×nh 4.1 - S¬ ®å khèi hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng.
X: TÝn hiÖu vµo.
Y: TÝn hiÖu ra.
U: TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t¸c ®éng lªn ®èi t−îng.
E: Sai lÖch ®iÒu khiÓn.
Z: TÝn hiÖu ph¶n håi.
Muèn tæng hîp bé ®−îc ®iÒu khiÓn cho ®èi t−îng ®Ó hÖ kÝn cã ®−îc chÊt
l−îng nh− mong muèn th× tr−íc tiªn ph¶i hiÓu vÒ ®èi t−îng, tøc lµ ph¶i cã mét
m« h×nh to¸n häc m« t¶ ®èi t−îng. Ta kh«ng thÓ ®iÒu khiÓn ®èi t−îng khi
kh«ng hiÓu biÕt hoÆc hiÓu sai lÖch vÒ nã. KÕt qu¶ tæng hîp bé ®iÒu khiÓn phô
thuéc rÊt nhiÒu vµo m« h×nh m« t¶ ®èi t−îng.
4.1. M« h×nh to¸n häc m« t¶ ®èi t−îng.
Th«ng th−êng ®Ó x©y dùng m« h×nh m« t¶ ®èi t−îng ng−êi ta sö dông
hai ph−¬ng ph¸p: ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt vµ ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm.
Ph−¬ng ph¸p lý thuyÕt lµ ph−¬ng ph¸p lËp m« h×nh dùa trªn c¸c ®Þnh
luËt cã s½n vÒ quan hÖ vËt lý bªn trong vµ quan hÖ giao tiÕp cña m«i tr−êng
bªn ngoµi. C¸c quan hÖ nµy ®−îc m« t¶ theo quy luËt lý - ho¸, quy luËt c©n
b»ng,… d−íi d¹ng nh÷ng ph−¬ng tr×nh to¸n häc. VÝ dô ®èi t−îng lµ c¸c lo¹i
®éng c¬, m¸y biÕn ¸p, m¸y ph¸t ®iÖn, m¹ch khuÕch ®¹i, m¹ch tÝch ph©n, vi
ph©n.
Ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm lµ dùa trªn c¬ së quan s¸t tÝn hiÖu ra y(t) cña
®èi t−îng khi ®Æt vµo ®èi t−îng mét tÝn hiÖu ®Çu vµo u(t). Ph−¬ng ph¸p nµy
cÇn ®é chÝnh x¸c cao nªn th−êng ¸p dông trong phßng thÝ nghiÖm.
- Trong ®Ò tµi nµy ®èi t−îng ë ®©y lµ nhiÖt ®é dßng khÝ. Khi cã nguån cÊp
cho sîi ®èt, nhiÖt ®é cña sîi ®èt lµm nãng nguån kh«ng khÝ do qu¹t thæi tíi.
Trong khu«n khæ ®Ò tµi thùc hiÖn trong phßng thÝ nghiÖm nªn ta thùc hiÖn
theo ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm b»ng c¸ch: l¾p m¹ch ®iÒu khiÓn vµo ®èi t−îng,
khëi ®éng qu¹t giã ®Ó cho nã ho¹t ®éng ë mét tèc ®é æn ®Þnh. Sau ®ã ®ãng
trùc tiÕp nguån ®iÖn 220V lªn sîi ®èt. Theo nguyªn t¾c ®iÒu khiÓn Triac th×
®iÖn ¸p trªn t¶i thay ®æi tõ 0 ®Õn 220V t−¬ng øng víi gãc më thay ®æi tõ π vÒ
00 nghÜa lµ thêi gian kÝch xung sÏ thay ®æi tõ 10 - 0ms (do tÇn sè ®iÖn ¸p xoay
chiÒu ®Æt vµo Triac lµ 50Hz nªn chu kú lµ 1/50 = 0.02s = 20ms, suy ra nöa chu
kú tøc lµ tõ 0 ®Õn π lµ 10ms). Sau ®ã dïng ®ång hå bÊm gi©y ®Ó ®o tÝn hiÖu
®Çu ra. Nh− ta ®· biÕt, nÕu tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ hµm 1(t) th× tÝn hiÖu ®Çu ra lµ
hµm qu¸ ®é h(t). ë ®©y tÝn hiÖu ®Çu vµo lµ hµm 10*1(t) nªn tÝn hiÖu ®Çu ra lµ
y(t). TÝn hiÖu ra thu ®−îc khi lµm thùc nghiÖm ®−îc thÓ hiÖn trong b¶ng sau:
Thêi NhiÖt Thêi NhiÖt Thêi NhiÖt
®é(0C) ®é(0C) ®é(0C)
gian(s) gian(s) gian(s)
2.155 1 22.20 20 64.8 31
3.378 2 24.55 21 71.1 32
6.47 5 26.82 22 77.14 33
- 8 7 29.71 23 85.125 34
9.79 9 33.27 24 93.12 35
11.76 11 37.11 25 98.97 36
13.38 13 41.76 26 107.82 37
15.19 15 46.75 27 116.03 38
16.89 16 51.14 28 125.89 39
18.68 17 54.55 29 138.55 39
24.41 19 57.87 30
H×nh 4.2 - B¶ng gi¸ trÞ ®o ®−îc khi lµm thùc nghiÖm.
Dùa trªn sè liÖu ®o ®−îc b¶ng trªn ta vÏ ®−îc hµm qu¸ ®é thùc nghiÖm
nh− sau:
45
40
35
30
Nhiệt độ
25
20
15
10
5
0
qu¸ Thời gian 100
0 H×nh 4.3 - Hµm50 ®é thùc nghiÖm y(t). 150
Dùa vµo ®å thÞ trªn, nÕu dÞch chuyÓn gèc to¹ ®é th× hµm y(t) ë ®©y gièng
hµm qu¸ ®é h(t) cña kh©u qu¸n tÝnh bËc mét. MÆt kh¸c theo kÕt qu¶ nghiªn
cøu cña mét sè ®Ò tµi th× nhiÖt lµ qu¸ tr×nh cã trÔ nªn hµm truyÒn cña ®èi
t−îng sÏ lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt cã trÔ. Víi viÖc ®o trªn ta kh«ng thÓ biÕt
chÝnh x¸c ®−îc thêi gian trÔ lµ bao nhiªu nªn lÊy thêi gian trÔ τ b»ng c¸ch lÊy
nhiÖt ®é thay ®æi tõ 0 - 10 b»ng thêi gian thay ®æi tõ 1 - 20 (tøc lµ thêi gian tõ
- 0 - 10 = 3,378 - 2,155 = 1,223s) => τ = 2,155 - 1,223 = 0.8(s). Nh− vËy hµm
truyÒn ®¹t cña ®èi t−îng cã d¹ng:
k k
−τs −0 ,8. s
G(s) = =
e e
1 + Ts 1 + Ts
§Ó x¸c ®Þnh T vµ k ta lµm nh− sau:
* Khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm 1(t)
−t
G ( s)
Tõ H(s) = chuyÓn ®æi Laplace ng−îc ta cã h(t) = k(1- ).
e T
s
−1
Vµ nh− vËy ë thêi ®iÓm T th× h(T)= k (1 − e ) ≈ 0,632.k
Nãi c¸ch kh¸c, t¹i ®óng thêi ®iÓm T hµm sè h(t) sÏ ®¹t ®−îc 63,2% gi¸
trÞ cùc ®¹i.
Ta ®i ®Õn x¸c ®Þnh T nh− sau:
• KÎ ®−êng tiÖm cËn víi h(t) t¹i t = ∞ ®Ó cã k = h(∞)
• X¸c ®Þnh ®iÓm cã tung ®é b»ng 0,632.k cña h(t).
• Hoµnh ®é cña ®iÓm võa x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T cÇn t×m.
* Khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm A*1(t).
Do tÝn tuyÕn tÝnh cña ®èi t−îng, ®¸p øng y(t) t¹i thêi ®iÓm T còng cã gi¸
trÞ ®óng b»ng 63,2% gi¸ trÞ cùc ®¹i y(∞) cña nã. Nh− vËy thuËt to¸n trªn vÉn
®−îc ¸p dông khi tÝn hiÖu vµo lµ hµm A*1(t) nh− sau:
y (∞ )
• KÎ tiÖm cËn víi y(t) t¹i t ->∞ ®Ó cã y(∞), sau ®ã suy ra: k =
A
• X¸c ®Þnh ®iÓm cã tung ®é b»ng 0,632.y(∞) cña y(t).
• Hµnh ®é cña ®iÓm cÇn x¸c ®Þnh chÝnh lµ tham sè T cÇn t×m.
Víi ®å thÞ trªn y(∞) = 39 => k = 39/10 = 3,9.
Sau kho¶ng thêi gian T, tÝn hiÖu ®Çu ra y(t) sÏ ®¹t ®−îc gi¸ trÞ xÊp xØ b»ng
63,2% gi¸ trÞ cùc ®¹i y(∞) cña nã, tøc lµ khi ®ã nã cã gi¸ trÞ: 0,632.y(∞) =
24,468.
=> T = 36(s)
3,9 − 0 ,8 s
Nh− vËy hµm truyÒn cña ®èi t−îng lµ: G(s) = e
1 + 36 s
nguon tai.lieu . vn
