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 một dây

Thảo luận trong 'Đo lường-Cảm biến' bắt đầu bởi truongthinhs, 19 Tháng tám 2006.

  1. truongthinhs Giảng Viên

    Số bài viết: 533
    Đã được thích: 3
    Điểm thành tích: 0
    <span style="font-size:18pt;line-height:100%"><span style="color:#FF0000">Cảm biến một dây - Ngô Diên Tập /Đại Học Quốc Gia Hà Nội </span> </span>

    <span style="color:#3366FF">Do những tiến bộ của công nghệ, các cảm biến không chỉ được nâng cao về mặt chất lượng mà nhiều loại cảm biến mới đã lần lượt ra đời; cảm biến một dây là một thí dụ. Trước hết xin nói về tên gọi: cảm biến một dây không có nghĩa là cảm biến này chỉ có một dây ra mà thuật ngữ một dây (1 wire) được dùng chỉ để nhấn mạnh một đặc điểm của loại cảm biến này là đường dẫn tín hiệu lối ra và đường dẫn điện áp nguồn nuôi có thể dùng chung trên một dây dẫn và không chỉ chung cho một cảm biến mà nhiều cảm biến có thể sử dụng chung một đường dẫn. Trên hình 1 là một cảm biến nhiệt độ một dây nhưng ta vẫn thấy rõ là có 4 dây dẫn ra.

    [IMG]

    Hình 1: Một loại cảm biến một dây đang lưu hành trên thị trường

    Nhớ lại hối cuối những năm 60 của thế kỷ trước, các bậc đàn anh đưa tín hiệu đo lường từ dưới lỗ khoan (kỹ thuật carota) lên trên mặt đất bằng chính đường dẫn điện từ nguồn acquy nuôi cho thiết bị đo đặt trong lỗ khoan được xem như một kỳ tích thì bây giờ với sự ra đời của cảm biến một dây, thành tựu trên được thực hiện chỉ bằng một hai mối hàn; lý do là mọi thứ đã được tích hợp sẵn trên cảm biến!

    Do sử dụng chung đường dẫn số liệu đo lường với đường cấp điện áp nguồn nên các cảm biến một dây đặc biệt thích hợp với các ứng dụng đo lường đa điểm, khi mà số lượng các đường dẫn số liệu đo lường và đường cấp điện áp nguồn trở thành một con số rất lớn. Chẳng hạn, với một kho bảo quản có 40 phòng, trong mỗi phòng cần đo nhiệt độ tại 3 điểm (3 cảm biến nhiệt độ) và độ ẩm tại một điểm (1 cảm biến độ ẩm); nếu tính trung bình mỗi điểm đo cần 4 đường dẫn thì tại điểm tập trung số dây dẫn lên đến 640 dây, nghĩa là cần đến một bó cáp cực kỳ lớn ! Trong những trường hợp này, các cảm biến một dây sẽ làm thay đổi hoàn toàn giải pháp kỹ thuật.

    Những tháng gần đây đã có một số cảm biến một dây được giới thiệu với thị trường, nhưng về mặt cấu trúc và nguyên lý hoạt động đều có những điểm chung, cho nên để đơn giản ta tìm hiểu cảm biến một dây thông qua việc tìm hiểu chi tiết loại cảm biến nhiệt độ một dây DS1820.

    DS1820 là một sản phẩm của công ty Dallas (Hoa Kỳ), đây cũng là công ty đóng góp nhiều vào việc cho ra đời bus một dây và các cảm biến một dây. Hình dạng bên ngoài của cảm biến một dây DS1820 được mô tả trên hình 2, trong đó dạng vỏ TO-92 với 3 chân là dạng thường gặp và được dùng trong nhiều ứng dụng, còn dạng vỏ SOIC với 8 chân được dùng để đo nhiệt độ bề mặt, kể cả da người!

    [IMG]

    Hình 2: Dạng đóng vỏ và bề ngoài của cảm biến DS1820

    Các đặc điểm kỹ thuật của cảm biến DS1820 có thể kể ra một cách tóm tắt như sau:

    Sử dụng giao diện một dây nên chỉ cần có một chân ra để truyền thông.
    Độ phân giải khi đo nhiệt độ là 9 bit. Dải đo nhiệt độ -55oC đến 125oC, từng bậc 0,5oC, có thể đạt độ chính xác đến 0,1oC bằng việc hiệu chỉnh qua phần mềm.
    Rất thích hợp với các ứng dụng đo lường đa điểm vì nhiều đầu đo có thể được nối trên một bus, bus này được gọi là bus một dây (1-wire bus) và sẽ được trình bày chi tiết trong số tạp chí tới đây.
    Không cần thêm linh kiện bên ngoài.
    Điện áp nguồn nuôi có thể thay đổi trong khoảng rộng, từ 3,0 V đến 5,5 V một chiều và có thể được cấp thông qua đường dẫn dữ liệu.
    Dòng tiêu thụ tại chế độ nghỉ cực nhỏ.
    Thời gian lấy mẫu và biến đổi thành số tương đối nhanh, không quá 200 ms.
    Mỗi cảm biến có một mã định danh duy nhất 64 bit chứa trong bộ nhớ ROM trên chip (on chip), giá trị nhị phân được khắc bằng tia laze.
    Đầu đo nhiệt độ số DS1820 đưa ra số liệu để biểu thị nhiệt độ đo được dưới dạng mã nhị phân 9 bit. Các thông tin được gửi đến và nhận về từ DS1820 trên giao diện 1-wire, do đó chỉ cần hai đường dẫn gồm một đường cho tín hiệu và một đường làm dây đất là đủ để kết nối vi điều khiển đến điểm đo. Nguồn nuôi cho các thao tác ghi/đọc/chuyển đổi có thể được trích từ đường tín hiệu, không cần có thêm đường dây riêng để cấp điện áp nguồn.

    Mỗi vi mạch đo nhiệt độ DS1820 có một mã số định danh duy nhất, được khắc bằng laser trong quá trình chế tạo vi mạch nên nhiều vi mạch DS1820 có thể cùng kết nối vào một bus 1-wire mà không có sự nhầm lẫn. Đặc điểm này làm cho việc lắp đặt nhiều cảm biến nhiệt độ tại nhiều vị trí khác nhau trở nên dễ dàng và với chi phí thấp. Theo chuẩn 1-wire độ dài tối đa cho phép của bus là 300 m. Số lượng các cảm biến nối vào bus không hạn chế.

    Để nâng cao độ phân giả lên trên 9 bit ta phải tính toán thêm bằng phần mềm dựa trên các số liệu lưu trữ trên các thanh ghi nhiệt độ, COUNT REMAIN và COUNT PER C trong nhóm các thanh ghi nháp (scratchpad). việc tính toán dựa theo phương trình sau:
    [IMG]

    Khi sử dụng phương trình này cảm biến một dây DS1820 được nâng cấp trở thành một cảm biến nhiệt độ có độ phân giải cao.

    Bộ nhớ ROM 64–BIT

    Mỗi cảm biến nhiệt độ DS1820 có một dãy mã 64 bit duy nhất được lưu trữ trong bộ nhớ ROM từ khi sản xuất bằng kỹ thuật laze. Ý nghĩa của 64 bit mã được giải thích trên hình 3:

    [IMG]

    Hình 3: Nội dung dãy mã 64-bit trên bộ nhớ ROM

    Như vậy dãy mã được chia ra thành 3 nhóm, trong đó:

    Tám bit đầu tiên là mã định danh họ một dây, mã của DS1820 là 10h.
    48 bit tiếp theo là mã số xuất xưởng duy nhất, nghĩa là mỗi cảm biến DS1820 chỉ có một số mã.
    Tám bit có ý nghĩa nhất là byte mã kiểm tra CRC (cyclic redundancy check), byte này được tính toán từ 56 bit đầu tiên của dãy mã trên ROM (xem hình 3).
    Để truy cập lên cảm biến một dây DS1820 ta phải sử dụng hai nhóm lệnh: các lệnh ROM và các lệnh chức năng (function commands) bộ nhớ, các lệnh này có thể được mô tả ngắn gọn như sau:

    Sau khi thiết bị chủ (thường là một vi điều khiển) phát hiện ra một xung presence pulse, nó có thể xuất ra một lệnh ROM. Có 5 loại lệnh ROM, mỗi lệnh dài 8 bit. Thiết bị chủ phải đưa ra lệnh ROM thích hợp trước khi đưa ra một lệnh chức năng để giao tiếp với cảm biến DS18S20.

    Lệnh ROM

    - READ ROM (33h)

    Cho phép đọc ra 8 byte mã đã khắc bằng laser trên ROM, bao gồm: 8 bit mã định tên linh kiện (10h), 48 bit số xuất xưởng, 8 bit kiểm tra CRC. Lệnh này chỉ dùng khi trên bus có 1 cảm biến DS1820, nếu không sẽ xảy ra xung đột trên bus do tất cả các thiết bị tớ cùng đáp ứng.

    - MATCH ROM (55h)

    Lệnh này được gửi đi cùng với 64 bit ROM tiếp theo, cho phép bộ điều khiển bus chọn ra chỉ một cảm biến DS1820 cụ thể khi trên bus có nhiều cảm biến DS1820 cùng nối vào. Chỉ có DS1820 nào có 64 bit trên ROM trung khớp với chuỗi 64 bit vừa được gửi tới mới đáp ứng lại các lệnh về bộ nhớ tiếp theo. Còn các cảm biến DS1820 có 64 bit ROM không trùng khớp sẽ tiếp tục chờ một xung reset. Lệnh này được sử dụng cả trong trường hợp có một cảm biến một dây, cả trong trường hợp có nhiều cảm biến một dây.

    - SKIP ROM (CCh)

    Lệnh này cho phép thiết bị điều khiển truy nhập thẳng đến các lệnh bộ nhớ của DS1820 mà không cần gửi chuỗi mã 64 bit ROM. Như vậy sẽ tiết kiệm được thời gian chờ đợi nhưng chỉ mang hiệu quả khi trên bú chỉ có một cảm biến.

    - SEARCH ROM (F0h)

    Lệnh này cho phép bộ điều khiển bus có thể dò tìm được số lượng thành viên tớ đang được đấu vào bus và các giá trị cụ thể trong 64 bit ROM của chúng bằng một chu trình dò tìm.

    - ALARM SEARCH (ECh)

    Tiến trình của lệnh này giống hệt như lệnh Search ROM, nhưng cảm biến DS1820 chỉ đáp ứng lệnh này khi xuất hiện điều kiện cảnh báo trong phép đo nhiệt độ cuối cùng. Điều kiện cảnh báo ở đây được định nghĩa là giá trị nhiệt độ đo được lớn hơn giá trị TH và nhỏ hơn giá trị TL là hai giá trị nhiệt độ cao nhất và nhiệt độ thấp nhất đã được đặt trên thanh ghi trong bộ nhớ của cảm biến.

    Lệnh chức năng bộ nhớ

    Sau khi thiết bị chủ (thường là một vi điều khiển) sử dụng các lệnh ROM để định địa chỉ cho các cảm biến một dây đang được đấu vào bus, thiết bị chủ sẽ đưa ra các lệnh chức năng DS1820. Bằng các lệnh chức năng thiết bị chủ có thể đọc ra và ghi vào bộ nhớ nháp (scratchpath) của cảm biến DS1820. khởi tạo quá trình chuyển đổi giá trị nhiệt độ đo được và xác định chế độ cung cấp điện áp nguồn. Các lệnh chức năng có thể được mô tả ngắn gọn như sau:

    - WRITE SCRATCHPAD (4Eh)

    Lệnh này cho phép ghi 2 byte dữ liệu vào bộ nhớ nháp của DS1820. Byte đầu tiên được ghi vào thanh ghi TH (byte 2 của bộ nhớ nháp) còn byte thứ hai được ghi vào thanh ghi TL (byte 3 của bộ nhớ nháp). Dữ liệu truyền theo trình tự đầu tiên là bit có ý nghĩa nhất và kế tiếp là những bit có ý nghĩa giảm dần. Cả hai byte này phải được ghi trước khi thiết bị chủ xuất ra một xung reset hoặc khi có dữ liệu khác xuất hiện.

    - READ SCRATCHPAD (BEh)

    Lệnh này cho phép thiết bị chủ đọc nội dung bộ nhớ nháp. Quá trình đọc bắt đầu từ bit có ý nghĩa nhấy của byte 0 và tiếp tục cho đến byte rhứ 9 (byte 8 - CRC). Thiết bị chủ có thể xuất ra một xung reset để làm dừng quá trình đọc bất kỳ lúc nào nếu như chỉ có một phần của dữ liệu trên bộ nhớ nháp cần được đọc.

    - COPYSCRATCHPAD (48h)

    Lệnh này copy nội dung của hai thanh ghi TH và TL (byte 2 và byte 3) vào bộ nhớ EEPROM. Nếu cảm biến được sử dụng trong chế dộ cấp nguồn l bắt đầu việc đo.

    - CONVERT T (44h)

    Lệnh này khởi động một quá trình đo và chuyển đổi giá trị nhiệt độ thành số (nhị phân). Sau khi chuyển đổi giá trị kết quả đo nhiệt độ được lưu trữ trên thanh ghi nhiệt độ 2 byte trong bộ nhớ nháp Thời gian chuyển đổi không quá 200 ms, trong thời gian đang chuyển đổi nếu thực hiện lệnh đọc thì các giá trị đọc ra đều bằng 0.

    - READ POWER SUPPLY (B4h)

    Một lệnh đọc tiếp sau lệnh này sẽ cho biết DS1820 đang sử dụng chế độ cấp nguồn như thế nào, giá trị đọc được bằng 0 nếu cấp nguồn bằng chính đường dẫn dữ liệu và bằng 1 nếu cấp nguồn qua một đường dẫn riêng.

    Đến đây ta có thể thấy là việc sử dụng các lệnh vừa trình bày là một công việc không đơn giản, nhất là với những bạn đọc chưa từng tìm hiểu về kỹ thuật vi xử lý. Cũng vì vậy mà trong khuôn khổ một bài viết ta chưa thể hiểu hể cách làm chủ hoạt động của một cảm biến một dây. Trong phần sau sẽ trình bày thêm về cách ghép nối cảm biến một dây với vi điều khiển và tổ chức của bus một dây.

    Có lẽ cảm biến nhiệt độ một dây DS1820 là một trong số ít các cảm biến một dây khó giao tiếp nhất (tất nhiên ta có thể tự an ủi là nếu làm chủ được DS1820 thì các cảm biến một dây khác cũng trở nên dễ dàng bị khống chế !). Trường hợp cảm biến độ ẩm một dây DS2438 lại hoàn toàn khác, sự phức tạp về mặt cấu tạo đã được nhà sản xuất đảm nhận nên người dùng được hưởng nhiều thuận lợi.

    Về các cảm biến độ ẩm ta đều biết: để xác định chính xác độ ẩm tương đối thì cả ba thông số là nhiệt độ của cảm biến, điện áp lối ra của cảm biến và điện áp nguồn nuôi phải được xác định (đo) chính xác. Vì vậy nếu có một cách nào đấy thực hiện hiện được ba phép đo kể trên một cách đồng thời hoặc được thực hiện chỉ bằng một linh kiện thì phép đo độ ẩm tương đối sẽ trở nên đơn giản đi rất nhiều mà vẫn bảo đảm được độ chính xác mong muốn. Xuất phát từ ý tưởng đó, công ty Dallas (Hoa Kỳ) đã thiết kế và giới thiệu với thị trường một bộ giám sát điện áp được dùng để tích hợp thành cảm biến một dây với ký hiệu là DS2438, trong đó các bộ biến đổi A/D dùng cho việc đo điện áp và nhiệt độ để suy ra độ ẩm đều đã được tích hợp trên chip. Ngoài ra trên chip còn có bộ biến đổi dòng điện (current converter) 10 bit, một bộ tích dòng (current accumulator) một bộ đếm thời gian. Vi mạch DS2438 thường được gọi là bộ giám sát pin thông minh (Smart Battery Monitor). Chưa phải là tất cả, trên chip DS2438 còn có bộ nhớ không tự mất dữ liệu (nonvolatile) với dung lượng 40 byte để lưu trữ các thông tin định chuẩn cho cảm biến.

    [IMG]
    Hình 4: Bố trí chân của vi mạch DS2348.


    Bộ giám sát DS2438 được đóng gói khi xuất xưởng dưới dạng vi mạch 8 chân hai hàng (DIP) với cách bố trí chân được mô tả trên hình 1.

    Như vậy là về thực chất thì bộ giám sát DS2438 không phải là một cảm biến được thiết kế để tích hợp với một cảm biến độ ẩm thông thường để hình thành cảm biến 1 dây, đó là cảm biến độ ẩm HIH-3605 của công ty Honeywell. Vì vậy trước khi tìm hiểu bản chất một dây của DS2438 ta nên tìm hiểu chi tiết về cảm biến HIH-3605

    Những đặc tính chính của HIH-3605 có thể kể ra là:

    Điện áp lối ra thay đổi tuyến tính theo %RH
    Khả năng thay thế đã được tinh chỉnh bằng kỹ thuật laze
    Tiêu tốn năng lượng ít
    Độ chính xác cao (±2% RH, trong khoảng 0-100% RH không bị đọng nước, ở 25oC và điện áp nguồn nuôi 5 VDC)
    Thời gian đáp ứng nhanh
    Hoạt động ổn định, độ trôi thấp
    Chịu tác động của hoá chất.
    Cảm biến độ ẩm HIH-3605 là một vi mạch tích hợp đơn khối (monolithic) được thiết kế cho mục đích OEM (Original Equipment Manufac-turer) với số lượng lớn. Cho đến nay cảm biến độ ẩm HIH-3605 là một trong số ít các cảm biến tích hợp được nhiều đặc tính ưu việt như: chính xác, daei đo rộng, không bị đọng nước và không đắt. Do có quan hệ tuyến tính giữa độ ẩm tương đối và điện áp lối ra nên có thể đấu cảm biến trực tiếp vào một lối vào của vi điều khiển. Với dòng tiêu thụ điển hình chỉ cỡ 200 mA, cảm biến HIH-3605 tỏ ra là một linh kiện lý tưởng sử dụng trong các thiết bị đo cầm tay dùng nguồn nuôi bằng pin. Cảm biến độ ẩm HIH-3605 thường được đóng gói khi xuất xưởng dưới dạng vi mạch hai hàng chân SIP (Single In-line Package), có thể hàn được.

    Cấu tạo của cảm biến HIH-3605 được mô tả trên hình 2. Một đặc điểm có thể dễ dàng nhận thấy là hai lớp platin xốp được xen kẽ bằng một lớp polyme dẫn nhiệt (thermoset). Phía trên lại có thêm một lớp polyme để loại bỏ ảnh hưởng của bụi bẩn và chống nước đọng lại khi có độ ẩm 100%. Với cách cấu này, cảm biến độ ẩm tương đối HIH-3605 về thực chất là một phần tử điện dung có lớp cách điện được chế tạo bằng vật liệu polyme cách nhiệt thermoset được vi chỉnh bằng công nghệ laze trong quá trình chế tạo (laser trimmed thermoset), với các phần tử định dạng tín hiệu được tích hợp ngay trên chip. Cảm biến HIH-3605 có những biến tướng khác nhau, chủ yếu liên quan đến dạng đóng vỏ và đặc tính của tín hiệu lối ra, được phân biệt bằng các chữ cái bổ sung như A, A-CP, B và B-CP.


    [IMG]

    Hình 5: Cấu trúc của cảm biến độ ẩm HIH-3605.

    Do đặc điểm thiết kế, các cảm biến HIH 3605 rất nhạy cảm với sự phóng điện tĩnh điện vì vật nên cẩn thận khi định dùng tay để cầm các cảm biến loại này.

    Một số các thông số cần quan tâm đến khi thíet kế các thiết bị đo độ ẩm dùng cảm biến HIH-3605 có thể kể ra là: midity

    Độ tuyến tính RH:
    ±0.5% RH (điển hình)

    Độ trễ RH:
    ±1.2% RH cực đại

    Độ lặp lại RH:
    ±0.5% RH

    Thời gian đáp ứng RH:
    15 sec

    Độ ổn định của giá trị đo:
    ±1% RH, khi độ ẩm được giữ cố định ở 50% trong 5 năm (!)

    Điện áp nguồn nuôi:
    4-5,8 V, giá trị định chuẩn ghi ở 5 VDC

    Dòng tiêu thụ:
    200 mA ở 5 VDC, 2 mA ở 9 VDC

    [IMG]
    Hình 6: Một cảm biến một dây có kích thước nhỏ có thể phát hiện được sự thay đổi độ ẩm do nước bốc hơi từ tay người, trên đồ thị chỉ ra sự trhay đổi độ ẩm tương đối từ 38% lên 81%.

    Một điểm đáng lưu ý khi sử dụng các cảm biến độ ẩm loại này là phản ứng của cảm biến tương đối nhạy với ánh sáng; khi chiếu ánh sáng có cường độ lớn vào bên ngoài cảm biến có thể gây nên sự trôi giá trị đến 3% ở 90% RH. Vì vậy các cảm biến độ ẩm thường được đóng gói trong một hộp bằng nhựa (xem hình 5). Cảm biến HIH 3085 đã được đóng gói thành cảm biến một dây có kích thước nhỏ hơn đầu ngón tay (xem hình 3), Trên vỏ cảm biến ta cío thể nhìn rõ dòng chữ “1-wire H” (H: Honeywell). Bằng loại cảm biến này người ta đã thử đo sự thay đổi độ ẩm do nước bốc ra từ lòng bàn tay khi có đặt thêm vào một cảm biến độ ẩm. Từ đồ thị trên hình 4, độ ẩm thay đổi từ 38% RH lên đến giá trị 81% RH.

    [IMG]
    Hình 7: Đồ thị mô tả sự thay đổi độ ẩm do hơi nước bốc ra từ tay người cầm cảm biến.

    Thông thường, cảm biến một dây trên cơ sở HIH-3605 được đóng vỏ trong một hộp nhựa có kích thước không nhỏ. Trên hình 5 là một cảm biến độ ẩm tương đối một dây đang được giới thiệu trên thị trường, khi đó chỉ còn hai dây dẫn lối ra. Loại cảm biến này khi đóng vỏ chung với một cảm biến nhiệt có giá khoảng 199 đô la Mỹ.

    [IMG]

    Hình 8: Một cảm biến độ ẩm một dây được gới thiêu trên thị trường.

    Để hình thành một cảm biến độ ẩm một dây, cảm biến Honeywell HIH-3605 được ghép nối với bộ giám sát điện áp DS2438 theo mạch điện trên hình 6. Phiên bản thu nhỏ của loại cảm biến này tích hợp hai chip trong hình vẽ ngay cạnh nhau trên một bản mạch. Khi đó từ cảm biến sẽ chỉ có hai đường dẫn ra: một đường nối đất (GND) và một đương dùng chung cho dữ liệu (DATA) và điện áp nguồn nuôi.

    [IMG]
    Hình 9: Kết nối cảm biến độ ẩm vói bộ giám sát DS2438 để tạo ra cảm biến độ ẩm một dây.

    Đo độ ẩm tương đối bằng cảm biến 1 dây

    Hoạt động của mạch điện có thể mô tả ngắn gọn như sau: Nguồn nuôi cho cảm biến được cấp từ nhóm các linh kiện CR1 và C1. Để tính ra độ ẩm tương đối bộ giám sát DS2438 đọc giá trị điện áp sụt trên cảm biến Vdd, và điện áp lối ra của cảm biến Vad. Đồng thời DS2438 cũng tạo ra tín hiệu bù trừ nhiệt độ từ một cảm biến nhiệt độ 13 bit tích hợp sẵn trên chip. Cặp linh kiện R1 và C2 đóng vai trò một bộ lọc thông thấp.

    Trong mạch điện trên hình 5 tụ điện C1 và một trong các điốt Schottky trong nhóm CR1 tạo thành một bộ chỉnh lưu nửa chu kỳ cung cấp điện áp nuôi cả cảm biến và vi mạch giám sát DS2438 bằng cách “nhúp” (stealing) điện áp này từ bus khi điện áp đạt giá trị 5 V trong các khoảng thời gian không diễn ra quá trình truyền thông tin. Đây là cách cấp nguồn nuôi “ký sinh” được sử dụng phổ biến trong các linh kiện 1 dây nhằm tạo ra điện áp nguồn nuôi để cảm biến tự hoạt động. Điốt Schottky còn lại nối giữa đường DATA và đất (GND) đảm nhận nhiệm vụ bảo vệ mạch bằng cách ghim không cho mức tín hiệu xuống thấp hơn điện áp đất quá 0,4 V. Dưới sự điều khiển của vi mạch chủ bus U1, DS2438 giám sát điện áp nguồn nuôi cấp cho U2, cảm biến độ ẩm và điện áp Vdd (pin 5) dùng để nuôi chính bộ giám sát. Tiếp đó bộ giám sát đo điện áp ở lối ra của U2 và trên chân vào analog (chân 4). Cuối cùng, bộ giám sát DS2438 thông báo nhiệt độ tính theo độ C từ lối ra của bộ biến đổi 13 bit được tích hợp trên chip. Tiếp đó phần mềm nạp sẵn trên vi điều khiển hoặc máy tính sẽ sử dụng các dữ liệu này để tính toán và hiển thị giá trị đúng của độ ẩm tương đối.

    Điểm I/O DATAchính là một lối vào của vi điều khiển. Khi đó việc tính toán giá trị độ ẩm tương đối để đưa ra hiển thị có thể được mô tả tóm tắt như sau:

    Điện áp lối ra của cảm biến độ ẩm Honeywell HIH-3605 là điện áp analog có biên độ tỷ lệ với điện áp nguồn nuôi. Do đó để biến đổi trực tiếp biên độ điện áp thành độ ẩm tương đối RH cần phải biết (bằng cách đo !) cả điện áp nguồn nuôi và điện áp ở lối ra của cảm biến để áp dụng công thức:

    RHcb = (VOUT/ VSUPPLY) – 0,16/ 0,0062

    ở đây RHcb là độ ẩm tương đối cảm biến. Công thức này được áp dụng cho nhiệt độ 25oC. Để hiệu chỉnh hết quả do sai lệch nhiệt độ tiến hành đo và do vậy sẽ nhận được giá trị đúng của độ ẩm tương đối, ta sử dụng công thức:

    RHtrue = RHcb/ (1,0546 – 0,00216 T)

    ở đây T là nhiệt độ được tính ra độ C. Do DS2438 thông báo nhiệt độ theo đơn vị đo là độ C nên việc áp dụng cong thức trên rất thích hợp đối với các cảm biếm một dây. Trong trường hợp nhiệt độ được tính theo độ F thì giá trị đúng của độ ẩm tương đối RH được tính theo công thức:

    RHtrue = RHcb/ (1,093 – 0,0012 T)

    với T là nhiệt độ được tính ra độ F.

    Đây là những công thức cần được chú ý đến khi lập trình để xử lý các kết quả đọc được trong vi điều khiển và đưa ra hiển thị.

    Như vậy, bằng việc tích hợp một cảm biến đo độ ẩm thông thường với một vi mạch giám sát điện áp ta nhận được một cảm biến độ ấm một dây theo đúng nghĩa: dữ liệu và điện áp nguồn nuôi được truyền chỉ trên một đường dẫn (1 dây). Mã nhận dạng (ID) của linh kiện được tạo ra từ DS2438 còn dữ liệu để đọc ra kết quả được truyền từ chân Vdd.

    Trong phần sau sẽ trình bày tiếp về cách ghép nối cảm biến một dây với vi điều khiển thành một hệ thống đo và tổ chức của bus một dây.</span>
  2. Semina Guest

    Số bài viết: 0
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0
    Trong cảm biến một dây (One wire bus), dữ liệu được truyền theo từng bit, và thu nhận theo từng Bit một.
    Khác với các chuẩn ít dây cự li gần khác như I2C, SPI, 1Wirebus không có xung đồng bộ, vì thế sự đồng bộ được thực hiện qua việc qui định thời gian mức điện áp tồn tại trên Bus. Trong đồng bộ kiểu này:
    +Đồng bộ khung cuộc truyền: được thực hiện bởi một xung reset mức thấp kéo dài hơn 400us. Toàn bộ hệ thống 1WB sẽ reset và báo lại một tín hiệu sẵn sàng cũng bằng 1 xung thấp trên Bus khoảng hơn 400us. Giữa hai khoảng thời gian này sẽ tồn tại một khaỏng thời gian bus ở trạng thái 1.
    +Đồng bộ bit: Việc đồng bộ bit cũng được thực hiện dựa trên việc bộ xử lý chủ (hoặc tớ) phát ra những khe thời gian với mức logic đối nghịch với mức logic phát đi. Các khe thời gian được qui định rất chặt chẽ về thời gian tồn tại trên bus.
    Nói chung để hiểu rõ hơn cần đọc kỹ Datasheet DS1820.
    +Những điểm đặc biệt:
    -Giao tiếp chỉ một chân.
    -Có khả năng tận dụng điện áp trên tín hiệu nhờ bộ lọc thông thấp trong chip làm VCC
    -Đo nhiệt đọ rất chính xác và ổn định với sai số +-0.5 độ
    -Rất nhỏ gọn
    +Nhược điểm:
    -Qui định về thời gian chặt chẽ quá (đang tìm cách nối với máy in máy tính nhưng ko biết delay1us trong VC++).
    -Truy cập chậm (mất khoảng hơn 1000us) => không phù hợp với điều khiển đáp ứng nhanh.
    -Hu hu hu...đắt tiền quá đi mất trong khi sinh viên thì ...khỏi nói (mua khoảng 50->60k ở Tương Lai)

    Vài dòng lan man...

    Cho các bạn mới tìm hiểu một đoạn mã nguồn (xài OK luôn) viết bằng KeilC.

    //***********
    #include<reg51.h>
    unsigned char nhietdo;
    void delay(unsigned char time) {
    while(time) {
    time--;
    }
    }
    //********************8
    void write_time_slot(bit data_bit) {
    DQ = 0;
    _nop_();
    _nop_();
    DQ = data_bit;
    delay(3);
    DQ = 1;
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    }
    //********************
    bit read_time_slot() {
    bit dummy;
    DQ = 0;
    _nop_();
    _nop_();
    DQ = 1;
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    _nop_();
    dummy = DQ;
    delay(7);
    return dummy;
    }
    //********************
    void reset() {
    DQ = 0;
    delay(300);
    DQ = 1;
    }
    //********************
    //void device_available() { //Ham nay han che dung de phong truong hop bi treo
    // reset();
    // delayus(70);
    // while(DQ) {}
    //}
    //********************
    void write_byte_1820(unsigned char data_byte) {
    bit dummy_write;
    char i;
    for (i=0;i<=7;i++) {
    dummy_write = data_byte & 0x01;
    write_time_slot (dummy_write);
    data_byte = data_byte >> 1;
    }
    DQ = 1;
    delay(10);
    }
    //********************
    int read_temp() {
    bit dummy_read;
    char i;
    int dummy_data, data_read = 0;
    for (i=0;i<=7;i++) {
    dummy_read = read_time_slot();
    dummy_data = dummy_read;
    data_read = data_read | (dummy_data << i);
    }
    DQ = 1;
    delay(10);
    return data_read;
    }
    //********************
    void nhan_temp() {
    DQ = 1;
    delay(300);
    reset ();
    delay(50);
    write_byte_1820(0xcc);
    write_byte_1820(0x44);
    reset ();
    delay(50);
    write_byte_1820(0xcc);
    write_byte_1820(0xbe);
    nhietdo = read_temp();
    delay(300);
    tp = nhietdo & 0x01;
    nhietdo = (nhietdo & 0xfe) >> 1;
    }
    //****************
    void main() {
    while(1) {
    nhan_temp();
    P0 = nhietdo; //Hiển thị dữ liệu ra led đơn
    }
    }
  3. Semina Guest

    Số bài viết: 0
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 0
    Bằng Assempler:

    dq bit p2.7
    gnd bit p2.6
    dem equ r2
    ;@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
    org 0000h
    jmp CHUONG_TRINH_CHINH
    write_time_slot:
    clr dq
    nop
    nop
    mov dq, c
    mov r5, #30
    lcall delay
    setb dq
    nop
    nop
    ret
    read_time_slot:
    clr dq
    nop
    nop
    setb dq
    nop
    nop
    nop
    nop
    nop
    nop
    nop
    nop
    mov c, dq
    mov r5,#50
    lcall delay
    ret
    reset_ds1820:
    clr dq
    mov r5,#255
    lcall delay
    setb dq
    mov r5,#255
    lcall delay
    ret
    write_byte:
    mov dem,#8
    write_lai: rrc a
    lcall write_time_slot
    djnz dem, write_lai
    setb dq
    mov r5,#50
    lcall delay
    ret
    read_byte:
    mov dem,#8
    read_lai: lcall read_time_slot
    rrc a
    djnz dem, read_lai
    mov r5,#50
    lcall delay
    ret
    delay:
    djnz r5,$
    ret
    delay_long:
    mov r6,#0ffh
    delay_lai: lcall delay
    djnz r6, delay_lai
    ret
    CHUONG_TRINH_CHINH:
    setb dq
    clr gnd
    again:
    lcall reset_ds1820
    mov a,#0cch
    lcall write_byte
    mov a,#44h
    lcall write_byte
    lcall reset_ds1820
    mov a,#0cch
    lcall write_byte
    mov a,#0beh
    lcall write_byte
    lcall read_byte
    mov p0,a
    lcall reset_ds1820
    lcall delay_long
    jmp again
    end
  4. zippro New Member

    Số bài viết: 24
    Đã được thích: 0
    Điểm thành tích: 1
    Re: Cảm biến một dây

    thầy có chương trình cụ thể ứng dụng cảm biến DS1820 để đo nhiệt độ không thầy
    đọc thì hiểu nhưng mà k hình dung đc phải lập trình như thế nào để đo được nhiệt độ hết.
    em cám ơn thầy.:d

Chia sẻ trang này