Tải Luận văn Nghiên cứu các ứng dụng cảm biến quang
MỞ ĐẦU
Ngày nay trên thế giới, cảm biến quang học đã được sử dụng rất nhiều trong đời sống, nhất là trong lĩnh vực y học, một lĩnh vực đòi hỏi sự chính xác, nhanh chóng và ít gây tổn thương cho bệnh nhân. Vì vậy cảm biến quang học là thiết bị dùng cho những xét nghiệm và trong hỗ trợ trong điều trị cho bệnh nhân, là một lựa chọn hợp lý và kinh tế. Trong khóa luận này, em sử dụng một đèn led có độ chiếu sáng mạnh chiếu vào ngón tay của bệnh nhân và ánh sáng truyền qua được thu vào cảm biến quang học TSL 230, với mục đích thu nhận những biến đổi trong máu qua đầu ngón tay người bệnh.Cảm biến quang học TSL230 sẽ biến đổi tín hiệu đó tần số và đưa vào vi điều khiển PIC 16F877A để xử lý tìm ra chính xác nhịp tim của bệnh nhân.
Nội dung của bản khóa luận “Nghiên cứu các ứng dụng cảm biến quang” gồm 3 chương :
Chương 1 : Giới thiệu về cảm biến quang học TSL230
Chương 2: Cấu trục vi điều khiển PIC 16F877A
Chương 3: Xây dựng hệ đo nhịp tim.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Ngày nay trên thế giới, cảm biến quang học đã được sử dụng rất nhiều trong đời sống, nhất là trong lĩnh vực y học, một lĩnh vực đòi hỏi sự chính xác, nhanh chóng và ít gây tổn thương cho bệnh nhân. Vì vậy cảm biến quang học là thiết bị dùng cho những xét nghiệm và trong hỗ trợ trong điều trị cho bệnh nhân, là một lựa chọn hợp lý và kinh tế. Trong khóa luận này, em sử dụng một đèn led có độ chiếu sáng mạnh chiếu vào ngón tay của bệnh nhân và ánh sáng truyền qua được thu vào cảm biến quang học TSL 230, với mục đích thu nhận những biến đổi trong máu qua đầu ngón tay người bệnh.Cảm biến quang học TSL230 sẽ biến đổi tín hiệu đó tần số và đưa vào vi điều khiển PIC 16F877A để xử lý tìm ra chính xác nhịp tim của bệnh nhân.
Nội dung của bản khóa luận “Nghiên cứu các ứng dụng cảm biến quang” gồm 3 chương :
Chương 1 : Giới thiệu về cảm biến quang học TSL230
Chương 2: Cấu trục vi điều khiển PIC 16F877A
Chương 3: Xây dựng hệ đo nhịp tim.
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và được sự giúp đỡ của GS TSKH Nguyễn Phú Thùy em đã hoàn thành khóa luận trong thời gian ngắn. Em xin chân thành Thank sự giúp đỡ của Thầy Cô trong khoa điện tử -viễn thông và các cán bộ trẻ trong phòng thí nghiệm MEMS bộ môn vi cơ điện tử và vi hệ thống và đặc biệt là thầy Nguyễn Phú Thùy đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành khóa luận này
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN QUANG HỌC TSL230
1.1. Cấu tạo của cảm biến quang học TSL230.
1.1.1 Mô tả
Thiết bị TSL230 là một tập hợp các cảm biến quang học có khả năng chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện. Nó được tích hợp với khối CMOS và chuyển dòng điện thành tần số.Đầu ra có thể là một chuỗi xung hay là sóng hình vuông (50% chu kỳ) với tần số tỷ lệ với cường độ sáng. Độ nhạy cảm của thiết bị chúng ta có thể điều chỉnh được qua các chân của thiết bị. Tất cả đầu vào và đầu ra đều ở mức TTL, cho phép đo thông tin hai chiều của vi điều khiển của chương trình và đầu ra của cường độ ánh sáng. Đầu ra được cho phép bởi chân (OE) nó cung cấp điều kiện đặc điểm của đầu ra trong tình trạng trở kháng cao cho sự chia nhỏ tín hiệu vào vi điều khiển. Thiết bị có giá tri ra hoàn toàn là tần số với hệ dung sai của TSL230 là 20% và là 5% so với TSL230A
Mỗi mạch điện có bề mặt phân cách nhiệt cho phép hoạt động trong dải ánh sáng từ bức xạ tử ngoại đến ánh sáng nhìn thấy với cả với bước sóng từ 300nm đến 700nm. Thiết bị có thể hoạt động tốt trong nhiệt độ cho phép từ -25oC đến 70oC.
1.1.2 Cấu tạo
Hình 1 là ảnh cụp của cảm biến quang học TL230.
Hình 1: Ảnh chụp của cảm biến quang học dùng trong khóa luận (TSL 230)
Đầu thu ánh sáng khả trình là một linh kiện rất thuận lợi cho ta trong quá trình đo đạc, nó có khả năng biến ánh sáng nhận được theo tín hiệu tương tự và biến đổi nó thành xung vuông ở lối ra.
Ta có thể lập trình hay thiết lập được các thông số ví dụ như độ nhạy sáng , tỷ lệ của xung lối ra. Ta có thể truyền trực tiếp đến vi xử lý và dùng để xử lý dữ liệu được truyền tới.
Nguồn cung cấp cho cảm biến là 6V- 2,7V. Tỷ lệ sai số của xung lối ra vào cỡ ±5%
Cấu hình của TSL230 gồm có một loạt các photodiot được đóng gói trong một vỏ nhựa trong suốt có hai hàng chân .
Dãy photodiot đặt bên trong có kích thước vào khoảng 1,36. Các chân của TSL230 được trình bày trên hình 2.
Hình 2: Chân cụ thể của TSL 230.
Chân số 1 : S0 (Chân dùng đặt tỉ lệ độ nhạy của photodiot)
Chân số 2 : S1 (Chân dùng đặt tỉ lệ độ nhạy của photodiot)
Chân số 3 : OE (Enable for f0 , ative low)
Chân số 4 : GND (Chân nối đất )
Chân số 5 : VCC (Chân nối lên nguồn )
Chấn số 6 : OUT (Chân cho xung ra khi có ánh sáng đựơc thu trên photodiot).
Chân số 7 : S2 (Chân chia tỉ lệ của tần số lối vào )
Chấn số 8 : S3 (Chân chia tỉ lệ của tần số lối vào )
1.2. Nguyên tắc hoạt động
1.2.1 Cấu hình đầu ra của TSL230
Cấu hình cho các chân của TSL 230 cho phép ta thu được một dãy các xung vuông ra theo như ý muốn của chúng ta.
S1
S0
S3
S2
Độ nhạy
Tần số chia
L
L
L
L
Power Down
1
H
L
L
H
1x
2
H
L
H
L
10x
10
H
H
H
H
100x
100
Hình 3: Giản đồ xung tại chân ra.
1.2.2 chức năng các chân
Xung ra của TSL 230 sẽ tỉ lệ với cường độ ánh sáng nhận được trên bề mặt của TSL 230. Xung sẽ đưa được trực tiếp đến vi điều khiển để xử lý dữ liệu vào và đưa ra hiển thị kết quả trên LCD.
Bảng dưới là biểu đồ biểu thị các trường hợp cài đặt các chân và sự phối hợp các chân như thế nào .
Tên chân
Ký hiệu(số)
I/O
Chức năng
GND
4
Chân đất
OE
3
I
Enable for fO
OUT
6
O
Chân cho xung ra
S0, S1
1, 2
I
Chỉnh độ nhạy
S2, S3
7, 8
I
Chân chia tỉ lệ tần số nối vào
1.2.3 Khối chức năng
Sơ đồ khối chức năng của thiết bị đo nhịp tim dùng trong khóa luận được trình bày trong hình 4.
Hình 4 Sơ đồ khối chức năng.
1.2.4 Giới thiệu về điều kiện vận hành
1.2.4.1 Những đặc tính hoạt động khi VDD= 5V, TA=25oC
Bảng dưới trình bày đặc tính hoạt động của các cảm biến quang học khác nhau khi hoạt động ở thế VDD= 5V và nhiệt độ TA= 25oC.
Tham số
Điều kiện Chạy
TSL230
TSL230A
TSL230B
Đơn vị đo
Min Typ Max
Min Typ Max
Min Typ Max
S0=H, S1=S2=S3=L
Ee=130nW/cm2
λ P =670 nm
0.8 1 1.2
0.9 1 1.1
0.95 1 1.05
MHz
S0=H,Ee=0 S1=S2=S3=L
0.1 10
0.1 10
0.1 10
Hz
S1=H, S0=S2=S3=L
Ee=130nW/cm2
λ P =670 nm
0.8 1 1.2
0.9 1 1.1
0.95 1 1.05
MHz
fO
S1=H,Ee=0
S0=S2=S3=L
0.13 10
0.13 10
0.13 10
Hz
S0=S1=H, S2=S3=L
Ee=130nW/cm2
λ P =670 nm
0.8 1 1.2
0.9 1 1.1
0.95 1 1.05
MHz
S0=S1=H, S2=S3=L
Ee=0;
0.5 10
0.5 10
0.5 10
Hz
TW
S2=S3
125 550
125 550
125 550
ns
S2orS3=H
1/2fO
1/2fO
1/2fO
s
fO=0 to 10kHz
±0.1%
±0.1%
±0.1%
%F.S
Dung sai
fO=0 to 10kHz
±0.2%
±0.2%
±0.2%
%F.S
fO=0 to 10kHz
±0.5%
±0.5%
±0.5%
%F.S
Nguồn
Tắt
100
100
100
µs
Tỉ lệ
Cho phép OE
50 150
50 150
50 150
ns
1.2.4.2 Điều kiện nguồn nuôi
Các dữ liệu
đầu vào
MIN
NOM
MAX
Đơn vị đo
Điện áp
nguồn, Vdd
2.7
5
6
V
Mức cao input, VIH
Vdd=4.5Vđến 5.5V
2
Vdd
V
Mức thấp input, VIL
Vdd=4.5Vđến 5.5V
0
0.8
V
Khoảng nhiệt độ
hoạt động
-25
70
oC
1.2.4.3 Đặc trưng về điện tại TA= 25oC và Vdd= 5V
Thông số
Điều kiện chạy thử
Min
Nom
Max
Đơn vị đo
VOH
IOH= -4mA
4
4.3
V
VOL
IOL=4mA
0.17
0.28
V
IIH
1
µA
IIL
1
µA
IDD
Nguồn mở
2
3
mA
Nguồn tắt
10
µA
Tần số cao nhất
1.1
±100
MHz
Hệ số nhiệt độ của đầu ra
λ ≤700nm
-25oC≤ TA≤70oC
Ppm/oC
KSVS độ nhạy nguồn
VDD= 5V±10%
1.2.5 Biểu đồ đặc trưng
Dưới đây là một số biểu đồ đặc trưng của cảm biến loại TSL 230A sử dụng trong khóa luận.
1.2.5.1 Tần số và độ sáng
Hình 5: biểu đồ tần số và độ sáng.
1.2.5.2 Độ nhạy đáp ứng phổ
Hình 6: Độ nhạy và đáp ứng phổ.
1.2.5.3 Tần số khi không có ánh sáng
Hình 7: Tần số và nhiệt độ.
1.2.5.4 Hệ số nhiệt độ và bước sóng của ánh sáng tới
Hình 8: hệ số nhiệt độ và chiều dài bước sóng.
1.2.5.5 Tần số đầu ra và nguồn nuôi
Hình 9: Tần số đầu ra và nguồn nuôi
1.3. Một số thông tin cho vấn đề ứng dụng
Trong việc sử dụng bộ cảm biến TSL 230 cần lưu ý các vấn đề sau đây.
1.3.1 Chú ý đến nguồn nuôi
Khi thiết b
Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu các ứng dụng cảm biến quang
MỞ ĐẦU
Ngày nay trên thế giới, cảm biến quang học đã được sử dụng rất nhiều trong đời sống, nhất là trong lĩnh vực y học, một lĩnh vực đòi hỏi sự chính xác, nhanh chóng và ít gây tổn thương cho bệnh nhân. Vì vậy cảm biến quang học là thiết bị dùng cho những xét nghiệm và trong hỗ trợ trong điều trị cho bệnh nhân, là một lựa chọn hợp lý và kinh tế. Trong khóa luận này, em sử dụng một đèn led có độ chiếu sáng mạnh chiếu vào ngón tay của bệnh nhân và ánh sáng truyền qua được thu vào cảm biến quang học TSL 230, với mục đích thu nhận những biến đổi trong máu qua đầu ngón tay người bệnh.Cảm biến quang học TSL230 sẽ biến đổi tín hiệu đó tần số và đưa vào vi điều khiển PIC 16F877A để xử lý tìm ra chính xác nhịp tim của bệnh nhân.
Nội dung của bản khóa luận “Nghiên cứu các ứng dụng cảm biến quang” gồm 3 chương :
Chương 1 : Giới thiệu về cảm biến quang học TSL230
Chương 2: Cấu trục vi điều khiển PIC 16F877A
Chương 3: Xây dựng hệ đo nhịp tim.
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
MỞ ĐẦUNgày nay trên thế giới, cảm biến quang học đã được sử dụng rất nhiều trong đời sống, nhất là trong lĩnh vực y học, một lĩnh vực đòi hỏi sự chính xác, nhanh chóng và ít gây tổn thương cho bệnh nhân. Vì vậy cảm biến quang học là thiết bị dùng cho những xét nghiệm và trong hỗ trợ trong điều trị cho bệnh nhân, là một lựa chọn hợp lý và kinh tế. Trong khóa luận này, em sử dụng một đèn led có độ chiếu sáng mạnh chiếu vào ngón tay của bệnh nhân và ánh sáng truyền qua được thu vào cảm biến quang học TSL 230, với mục đích thu nhận những biến đổi trong máu qua đầu ngón tay người bệnh.Cảm biến quang học TSL230 sẽ biến đổi tín hiệu đó tần số và đưa vào vi điều khiển PIC 16F877A để xử lý tìm ra chính xác nhịp tim của bệnh nhân.
Nội dung của bản khóa luận “Nghiên cứu các ứng dụng cảm biến quang” gồm 3 chương :
Chương 1 : Giới thiệu về cảm biến quang học TSL230
Chương 2: Cấu trục vi điều khiển PIC 16F877A
Chương 3: Xây dựng hệ đo nhịp tim.
Sau một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và được sự giúp đỡ của GS TSKH Nguyễn Phú Thùy em đã hoàn thành khóa luận trong thời gian ngắn. Em xin chân thành Thank sự giúp đỡ của Thầy Cô trong khoa điện tử -viễn thông và các cán bộ trẻ trong phòng thí nghiệm MEMS bộ môn vi cơ điện tử và vi hệ thống và đặc biệt là thầy Nguyễn Phú Thùy đã trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành khóa luận này
CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU VỀ CẢM BIẾN QUANG HỌC TSL230
1.1. Cấu tạo của cảm biến quang học TSL230.
1.1.1 Mô tả
Thiết bị TSL230 là một tập hợp các cảm biến quang học có khả năng chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện. Nó được tích hợp với khối CMOS và chuyển dòng điện thành tần số.Đầu ra có thể là một chuỗi xung hay là sóng hình vuông (50% chu kỳ) với tần số tỷ lệ với cường độ sáng. Độ nhạy cảm của thiết bị chúng ta có thể điều chỉnh được qua các chân của thiết bị. Tất cả đầu vào và đầu ra đều ở mức TTL, cho phép đo thông tin hai chiều của vi điều khiển của chương trình và đầu ra của cường độ ánh sáng. Đầu ra được cho phép bởi chân (OE) nó cung cấp điều kiện đặc điểm của đầu ra trong tình trạng trở kháng cao cho sự chia nhỏ tín hiệu vào vi điều khiển. Thiết bị có giá tri ra hoàn toàn là tần số với hệ dung sai của TSL230 là 20% và là 5% so với TSL230A
Mỗi mạch điện có bề mặt phân cách nhiệt cho phép hoạt động trong dải ánh sáng từ bức xạ tử ngoại đến ánh sáng nhìn thấy với cả với bước sóng từ 300nm đến 700nm. Thiết bị có thể hoạt động tốt trong nhiệt độ cho phép từ -25oC đến 70oC.
1.1.2 Cấu tạo
Hình 1 là ảnh cụp của cảm biến quang học TL230.
Hình 1: Ảnh chụp của cảm biến quang học dùng trong khóa luận (TSL 230)
Đầu thu ánh sáng khả trình là một linh kiện rất thuận lợi cho ta trong quá trình đo đạc, nó có khả năng biến ánh sáng nhận được theo tín hiệu tương tự và biến đổi nó thành xung vuông ở lối ra.
Ta có thể lập trình hay thiết lập được các thông số ví dụ như độ nhạy sáng , tỷ lệ của xung lối ra. Ta có thể truyền trực tiếp đến vi xử lý và dùng để xử lý dữ liệu được truyền tới.
Nguồn cung cấp cho cảm biến là 6V- 2,7V. Tỷ lệ sai số của xung lối ra vào cỡ ±5%
Cấu hình của TSL230 gồm có một loạt các photodiot được đóng gói trong một vỏ nhựa trong suốt có hai hàng chân .
Dãy photodiot đặt bên trong có kích thước vào khoảng 1,36. Các chân của TSL230 được trình bày trên hình 2.
Hình 2: Chân cụ thể của TSL 230.
Chân số 1 : S0 (Chân dùng đặt tỉ lệ độ nhạy của photodiot)
Chân số 2 : S1 (Chân dùng đặt tỉ lệ độ nhạy của photodiot)
Chân số 3 : OE (Enable for f0 , ative low)
Chân số 4 : GND (Chân nối đất )
Chân số 5 : VCC (Chân nối lên nguồn )
Chấn số 6 : OUT (Chân cho xung ra khi có ánh sáng đựơc thu trên photodiot).
Chân số 7 : S2 (Chân chia tỉ lệ của tần số lối vào )
Chấn số 8 : S3 (Chân chia tỉ lệ của tần số lối vào )
1.2. Nguyên tắc hoạt động
1.2.1 Cấu hình đầu ra của TSL230
Cấu hình cho các chân của TSL 230 cho phép ta thu được một dãy các xung vuông ra theo như ý muốn của chúng ta.
S1
S0
S3
S2
Độ nhạy
Tần số chia
L
L
L
L
Power Down
1
H
L
L
H
1x
2
H
L
H
L
10x
10
H
H
H
H
100x
100
Hình 3: Giản đồ xung tại chân ra.
1.2.2 chức năng các chân
Xung ra của TSL 230 sẽ tỉ lệ với cường độ ánh sáng nhận được trên bề mặt của TSL 230. Xung sẽ đưa được trực tiếp đến vi điều khiển để xử lý dữ liệu vào và đưa ra hiển thị kết quả trên LCD.
Bảng dưới là biểu đồ biểu thị các trường hợp cài đặt các chân và sự phối hợp các chân như thế nào .
Tên chân
Ký hiệu(số)
I/O
Chức năng
GND
4
Chân đất
OE
3
I
Enable for fO
OUT
6
O
Chân cho xung ra
S0, S1
1, 2
I
Chỉnh độ nhạy
S2, S3
7, 8
I
Chân chia tỉ lệ tần số nối vào
1.2.3 Khối chức năng
Sơ đồ khối chức năng của thiết bị đo nhịp tim dùng trong khóa luận được trình bày trong hình 4.
Hình 4 Sơ đồ khối chức năng.
1.2.4 Giới thiệu về điều kiện vận hành
1.2.4.1 Những đặc tính hoạt động khi VDD= 5V, TA=25oC
Bảng dưới trình bày đặc tính hoạt động của các cảm biến quang học khác nhau khi hoạt động ở thế VDD= 5V và nhiệt độ TA= 25oC.
Tham số
Điều kiện Chạy
TSL230
TSL230A
TSL230B
Đơn vị đo
Min Typ Max
Min Typ Max
Min Typ Max
S0=H, S1=S2=S3=L
Ee=130nW/cm2
λ P =670 nm
0.8 1 1.2
0.9 1 1.1
0.95 1 1.05
MHz
S0=H,Ee=0 S1=S2=S3=L
0.1 10
0.1 10
0.1 10
Hz
S1=H, S0=S2=S3=L
Ee=130nW/cm2
λ P =670 nm
0.8 1 1.2
0.9 1 1.1
0.95 1 1.05
MHz
fO
S1=H,Ee=0
S0=S2=S3=L
0.13 10
0.13 10
0.13 10
Hz
S0=S1=H, S2=S3=L
Ee=130nW/cm2
λ P =670 nm
0.8 1 1.2
0.9 1 1.1
0.95 1 1.05
MHz
S0=S1=H, S2=S3=L
Ee=0;
0.5 10
0.5 10
0.5 10
Hz
TW
S2=S3
125 550
125 550
125 550
ns
S2orS3=H
1/2fO
1/2fO
1/2fO
s
fO=0 to 10kHz
±0.1%
±0.1%
±0.1%
%F.S
Dung sai
fO=0 to 10kHz
±0.2%
±0.2%
±0.2%
%F.S
fO=0 to 10kHz
±0.5%
±0.5%
±0.5%
%F.S
Nguồn
Tắt
100
100
100
µs
Tỉ lệ
Cho phép OE
50 150
50 150
50 150
ns
1.2.4.2 Điều kiện nguồn nuôi
Các dữ liệu
đầu vào
MIN
NOM
MAX
Đơn vị đo
Điện áp
nguồn, Vdd
2.7
5
6
V
Mức cao input, VIH
Vdd=4.5Vđến 5.5V
2
Vdd
V
Mức thấp input, VIL
Vdd=4.5Vđến 5.5V
0
0.8
V
Khoảng nhiệt độ
hoạt động
-25
70
oC
1.2.4.3 Đặc trưng về điện tại TA= 25oC và Vdd= 5V
Thông số
Điều kiện chạy thử
Min
Nom
Max
Đơn vị đo
VOH
IOH= -4mA
4
4.3
V
VOL
IOL=4mA
0.17
0.28
V
IIH
1
µA
IIL
1
µA
IDD
Nguồn mở
2
3
mA
Nguồn tắt
10
µA
Tần số cao nhất
1.1
±100
MHz
Hệ số nhiệt độ của đầu ra
λ ≤700nm
-25oC≤ TA≤70oC
Ppm/oC
KSVS độ nhạy nguồn
VDD= 5V±10%
1.2.5 Biểu đồ đặc trưng
Dưới đây là một số biểu đồ đặc trưng của cảm biến loại TSL 230A sử dụng trong khóa luận.
1.2.5.1 Tần số và độ sáng
Hình 5: biểu đồ tần số và độ sáng.
1.2.5.2 Độ nhạy đáp ứng phổ
Hình 6: Độ nhạy và đáp ứng phổ.
1.2.5.3 Tần số khi không có ánh sáng
Hình 7: Tần số và nhiệt độ.
1.2.5.4 Hệ số nhiệt độ và bước sóng của ánh sáng tới
Hình 8: hệ số nhiệt độ và chiều dài bước sóng.
1.2.5.5 Tần số đầu ra và nguồn nuôi
Hình 9: Tần số đầu ra và nguồn nuôi
1.3. Một số thông tin cho vấn đề ứng dụng
Trong việc sử dụng bộ cảm biến TSL 230 cần lưu ý các vấn đề sau đây.
1.3.1 Chú ý đến nguồn nuôi
Khi thiết b