1. THÔNG BÁO TUYỂN ADMIN DIỄN ĐÀN 2013
    Tìm kiếm nhà trọ - Ở ghép
    THÔNG BÁO BÁN ÁO SPKT.NET CHO THÀNH VIÊN DIỄN ĐÀN


    HÃY TÌM KIẾM Ở ĐÂY TRƯỚC KHI ĐẶT CÂU HỎI
    {xen:phrase loading}

Cảm biến đo lường thông minh

Thảo luận trong 'Đo lường-Cảm biến' bắt đầu bởi zkming, 17 Tháng tám 2006.

  1. zkming New Member

    Số bài viết: 33
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0
    Cảm biến đo lường thông minh

    Ngày nay kỹ thuật đo lường đã đạt được những thành tựu rực rỡ nhờ việc sử dụng kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý và vi điều khiển. Để thực hiện được những tính năng mới cho theíet bị đo như: Tự động chọn thang đo, tự đọng xử lý thông tin đo, tự đồng bù sai số ảnh hưởng… Người ta đã sử dụng các bộ vi xử lý hay vi điều khiển kết hợp với các cảm biến (CB) mới gọi là CB thông minh (Intelligent Sensor).



    [IMG]




    Như chúng ta đã biết trong các hệ thống thông tin đo lường và điều khiển, các bộ làm nhiệm vụ cảm nhận thông tin đo từ đối tượng, biến đại lượng cần đo thành đại lượng điện. Đây là khâu vấp phải sai số lớn nhất trong hệ thống đo hay dụng cụ đo, bởi vì sai số của các loại CB phụ thuộc chủ yếu vào nguyên lý cấu tạo của CB (dựa trên các hiệu ứng vật lý) ta gọi là sai số phương pháp, ngoài ra các yếu tố khách quan như nhiệt độ, độ ẩm của môi trường, chế độ làm việc của CB cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của dụng cụ đo và hệ thống đo. Vì vậy, để nâng cao độ chính xác của phép đo trước tiên phải nâng cao các tính năng kỹ thuật của CB. Điều này chỉ có thể thực hiện được nếu ta biết áp dụng các thành tựu của công nghệ điện tử và tin học.

    Nhờ áp dụng các bộ vi xử lý, các nhà đo lường đã tạo ra các CB thông minh, chúng có những chức năng mới ưu việt hơn hẳn mà các CB thông thường không thực hiện được. Ta hãy liệt kê sau đây một số chức năng mới đó:

    - Chức năng thu thập dữ liệu đo từ nhiều đại lượng đo khác nhau với các dải đo khác nhau

    - Chức năng chương trình hóa quá trình đo, tức là đo theo một chương trình đã định sẵn, chương trình này có thể thay đổi bằng thiết bị lập trình

    - Có thể gia công sơ bộ kết quả đo theo các thuật toán đã định sẵn và đưa ra kết quả (hiển thị trên màn hình hoặc máy in).

    - Có thể thay đổi tọa độ bằng cách đưa thêm vào các thừa số nhân thích hợp.

    - Tiến hành tính toán đưa ra kết quả đo khi thực hiện các phép đo gián tiếp, hợp bộ hay đo thống kê.

    - Hiệu chỉnh sai số của phép đo.

    - Bù các kết quả đo bị sai lệch do ảnh hưởng của sự biến động các thông số của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm…

    - Điều khiển các khâu của dụng cụ đo cho phù hợp với đại lương đo. Ví dụ: Tự động chọn thang đo.

    - Mã hóa tín hiệu đo

    - Ghép nối với các thiết bị ngoại vi như: Màn hình máy in, bàn phím, với các kênh liên lạc để truyền đi xa theo chu kỳ hay theo địa chỉ.

    - Có thể ghép nối với bộ nhớ để nhớ số liệu của kết quả đo hay các giá trị tức thời của tín hiệu đo

    - Có khả năng tự động khắc độ.

    - Sử dụng vi xử lý có thể thực hiện cá phép tính như: Cộng, từ, nhân, chia, tích phân, vi phân, phép tuyến tính hóa đặc tính phi tuyến của CB, điều khiển quá trình đo, điều khiển sự làm việc của các khâu khác nhau như: Chuyển đổi tương tự số (A/D) hay các bộ dồn kênh mux (Multiplixer)…

    - Sử dụng vi xử lý có thể phát hiện những vị trí hỏng hóc trong thiết bị đo và hệ thống đo để đưa ra thông tin về chúng nhờ cài đặt chương trình kiểu tra tự động và chẩn đoán kỹ thuật.


    Rõ ràng, CB thông minh đã tạo ra một tiến bộ vượt bậc cho kỹ thuật đo lường. Nó thực sự nâng cao những tính năng cũ và tạo ra các tính năng mới hiện đại cho dụng cụ đo và hệ thống thông tin đo lường, điều khiển.

    Một CB thông minh có cấu trúc như sau:

    [IMG]

    Từ đối tượng đo, qua các CB đo lường thông thường (S: sensor) tín hiệu sau cảm biến được đwa vào chuyển đổi chuẩn hóa (CĐCH) (transmiter), các tín hiệu này có thể là từ đại lượng đo hay là các đại lượng của yếu tố ảnh hưởng (ví dụ nhiệt độ môi trường) dùng để loại trừ sai số do ảnh hưởng của chúng đến phép đo. Các bộ CĐCH làm nhiêm vụ tạo ra tín hiệu chuẩn (thường là điện áp từ 0 đến 5 V hay 0 đến 10V) để đưa vào bộ dồn kênh Max làm nhiệm vụ đưa các tín hiệu lần lượt vào chuyển đổi tương tự số (A/D) trước khi đưa vào bộ vi xử lý.

    Việc thực hiện một bộ CB thông minh có thể tiến hành theo hai phương pháp:

    - Nếu bộ CB ở đầu vào là CB thông thường thì đầu ra của chúng được đưa vào một vi mạch công nghệ bao gồm các CĐCH, Mux, A/D và vi xử lý trong một khối có đầu ra qua bộ ghép nối để đưa thông tin đi xa hay vào máy tính cấp trên hay bộ ghi chương trình EPROM.

    - Nếu bản thân B là vi mạch (ví dụ cảm biến nhiệt độ) thì cả CB lẫn thiết bị sau nó đều được đặt trong một khối công nghệ mạch lai.

    Cấu trúc như ở hình trên của CB thông mình là phổ biến. Sự hoạt động của CB là do vi xử lý đảm nhận. Trong quá trình hoạt động xảy ra sự trao đổi lệch giữa các khâu thông qua một ngôn ngữ chung (thường là hợp ngữ ASSEMBLY).

    Các chương trình phần mềm đảm bảo mọi hoạt động của CB bao gồm:

    - Chương trình thu thập dữ liệu đo bằng khởi động các thiết bị như ngăn xếp, cổng thông tin nối tiếp, đọc dữ liệu từ cổng vào ADC, điều khiển hoạt động của MUX, ADC…

    - Chương trình biến đổi và xử lý thông tin đo: Biến đổi các giá trị đo được thành mã BCD, mã 7 thanh, mã ASCII, các chương trình xử lý số liệu…

    - Chương trình giao diện: Đưa hiển thị ra LED hay màn hình, máy in, đọc bàn phím và xử lý chương trình bàn phím, đưa kết quả cổng thông tin hay truyền vào mạng hay gửi cho máy tính cấp trên.

    Một khả năng nổi trộ của CB thông minh so với CB thông thường đó là khả năng xử lý tức là sử dụng khả năng tính toán của MP để nâng cap độ chính xác, loại trừ sai số phi tuyến, bù mọi ảnh hưởng của các yếu tố môi trường.

    Các phép xử lý đó là:

    - Xử lý khắc độ tự động tức là đưa tín hiệu chuẩn có độ chính xác cao vào CB, nhớ lại các giá trị như ở đầu ra của CB sau đó so sánh dữ liệu cần đo và lấy ra các giá trị chuẩn tương ứng đã được khắc độ với cách đó ta loại trừ được sai số phi tuyến của CB.

    - Xử lý tuyến tính hóa từng đoạn: Nếu đặc tính đầu ra của CB là một hàm phi tuyến thay cho phép khắc độ tự động ở trên, ta có thể thay đặc tính phi tuyến đó bằng một đường gấp khúc tuyến tính hóa từng đoạn với sai dố e0 cho trước.

    - Gia công kết quả đo: Trong một tập hợp các số liệu đó tác có thể lập chương trình để gia công kết quả đo tức là tìm ra giá trị thực và khoảng biến động của nó hay là tìm hiểu thực giải tích của đường cong thực nghiệm.

    - Có thể là sai số cộng tính, nhân tính, bù sai số do các yếu tố ảnh hưởng…

    - Chức năng tính toán các thông số cần thiết như tính toán các chức năng khác, tính phần trăm, tính tổng, tính tỷ số…

    Như vậy, một cảm biến thông minh đã tạo ra những khả năng mới hơn hẳn các cảm biến thông thường như: đa năng hóa các thiết bị đo, khả năng xử lý nâng cao độ chính xác, khả năng thông tin, tăng độ tác động nhanh, nâng cao tính ổn định, độ tuyến tính hạn chế đến loại bỏ các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của dụng cụ đo cũng như hệ thống đo.

    Cùng với sự phát trienẻ của vi xử lý các cảm biến đo lường thông minh ngày càng được hoàn thiện và có tính năng tốt hơn, hiện đại hơn, đóng góp vào sự hiện đại hóa của kỹ thuật đo lường.

    Tác giả bài viết: PGS. TS Phạm Thượng Hàn

Chia sẻ trang này