طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری دمای چندکاناله با قابلیت های ذخیره سازی، پردازش، نمایش و ارسال از طریق شبکه :پایان نامه ارشد مهندسی برق

طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری دمای چندکاناله با قابلیت های ذخیره سازی، پردازش، نمایش و ارسال از طریق شبکه :پایان نامه ارشد مهندسی برق

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه مسترداک معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته  مهندسی برق و با عنوانطراحی و ساخت سامانه اندازه گیری دمای چندکاناله با قابلیت های ذخیره سازی، پردازش، نمایش و ارسال از طریق شبکه در ۱۴۵ صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری دمای چندکاناله با قابلیت های ذخیره سازی، پردازش، نمایش و ارسال از طریق شبکه:

اندازه­گیری و کنترل دقیق دما در سیستم­های صنعتی و پژوهشی از اهمیت ویژه­ای برخوردار است و کارکرد صحیح برخی ابزارهای صنعتی و آزمایشگاهی فقط در محدوده مکانی مشخص با تعداد کانال کم (حداکثر ۸ کانال) امکان پذیر می­باشد. بنابراین تصمیم به ساخت سامانه اندازه­گیری دمای ۶۴ کاناله با اهداف اندازه­گیری با دقت حداکثر ۰٫۲۵ درجه سانتی­گراد، پراکندگی در فضایی به وسعت حداکثر ۹۰۰ متر (بسته به نوع کابل متغیر است)، اندازه­گیری ۶۴ کانال در حداکثر زمان ۱ ثانیه، نمایش دقیق دما در رایانه و امکان بارگذاری داده­ها را گرفتیم.

این  سامانه از میکروکنترلر قدرتمند ARM7 برای انجام محاسبات لازم و ارتباط بین دو شبکه قدرتمند و معروف TCP/IP و RS485 استفاده کرده و برای اندازه­گیری دما و بسته­بندی آن از میکروکنترلر AVRاستفاده می­کند. هر میکروکنترلر AVRدر بردهای جانبی، دمای ۴ ترموکوپل را اندازه می­گیرد و آن­ها را در قالب خاصی بسته بندی کرده و به صورت همزمان به برنامه رایانه­ای ارسال می­کند، همچنین یک نرم­افزار کامپیوتری قدرتمند برای این سامانه نوشته شده است که کارهای نمایش، ذخیره­سازی، بارگذاری و پردازش­های مختلف را انجام می­دهد.برای ارزیابی دقت و عملکرد، سامانه را در مدت زمان­های طولانی (۲ تا ۳ روز) روی تست قرار دادیم که نتایج مطلوبی حاصل شد. این سامانه دارای دقت و رنج دمایی مناسبی است، بنابراین می­توان از آن در ساختمان­های صنعتی، گلخانه­ها، مراکز پروش طیور وکارهای پژوهشی استفاده کرد.

این سامانه در حال حاضر برای اندازه­گیری دمای ترموکوپل نوع Kطراحی شده است، اما می­توان با کمی تغییر در بردهای جانبی، مقدار هر نوع سنسوری را خواند (داده­های آن را به دیجیتال تبدیل کرد) و آن­ها را در بسته­بندی خاصی که برای داده­ها در نظر گرفته شده به برنامه تحت رایانه ارسال کرد. هم­چنین می­توان در این سامانه با تغییرات جزئی در بردهای جانبی و برنامه کامپیوتری آن را به یک سامانه کنترلی نیز تبدیل کرد.

پیشگفتار

ابزار­های اندازه­گیری و ثبت کمیت­های فیزیکی، در صنعت آزمایشگاه و استفاده­های عمومی کاربرد بسیاری دارند. امروزه پیشرفت فناوری و استفاده از قطعات الکترونیکی، علاوه بر سهولت در استفاده از ابزار­ها، دقت بسیار بالا و صرفۀ اقتصادی بیشتری را نیز با خود به همراه داشته­اند.

همان­طور که از موضوع این پروژۀ مقطع کارشناسی ارشد پیداست، سامانه­ای برای اندازه­گیری دما با روش خاص طراحی و ساخته شده است. برای اندازه­گیری این کمیت فیزیکی، روش­های بسیار متنوعی وجود دارند و ما روش اندازه­گیری توسط ترموکوپل را انتخاب نموده­ایم، روشی که در صنعت به شکل گسترده­ای استفاده می­شود. این پروژه شامل دو بخش سخت­افزاری و نرم­افزاری می­باشد که در بخش سخت­افزاری سعی بر آن بوده تا از تراشه­های رایج در بازار استفاده گردد و برای ارتباط بخش­های مختلف سخت افزار با یکدیگر، از روش­های استاندارد ارتباطی میان تراشه­های الکترونیکی استفاده شده است. برای تحلیل، نمایش، ثبت اطلاعات، بارگذاری و همچنین کنترل عملکرد بخش سخت­افزار، نرم­افزار پیچیده­ای در محیط LabVIEWطراحی شده است.

از آن­جایی که بدون شک این سامانه اشکالات و کمبود­های خود را دارا است، از تمام شما اساتید، علاقمندان و دانشجویان درخواست می­شودتا با انتقادات و پیشنهادات خود در مورد عیوب و کمبود­های احتمالی نرم­افزاری و سخت­افزاری، بنده را در بهبود نسخه­های بعدی این سامانه یاری فرمائید.

مفهوم دما

از نظر فيزيكي، گرما مقداري از انرژي ذاتي يك جسم است كه در اثر حركت تصادفي مولكول­ها و اتم­هاي آن به وجود مي‌آيد. براي مثال همان گونه كه افزايش سرعت توپ تنيس باعث افزايش انرژي آن مي‌شود، انرژي دروني يك جسم نيز با افزايش دما افزايش مي‌يابد. دما پارامتري است كه با پارامترهاي ديگر مانند جرم و نظاير آن، ميزان انرژي يك جسم را بيان مي‌كند.

استاندارد اوليه دما، كلوين مي­باشد. در صفر درجه کلوین كليه مولكول­هاي يك ماده در استراحت كامل هستند. آن­ها در اين حالت ديگر هيچ انرژي گرمايي از خود نداشته و این بدان معني است كه در اين حالت دماي منفي‌تري نخواهيم داشت زيرا سطح انرژي مولكول­ها از اين پايين‌تر نخواهد رفت.

تاريخچه اندازه‌گيري دما

در سال ۱۵۹۲ ميلادي تعريف صحیحی از دما وجود نداشت. دانشمندی ايتاليايي به نام گاليله دست به سلسله آزمايشاتی زده و توانست دستگاه دماسنجی متشکل از يك حباب، يك تيوب شيشه‌اي متصل به آن و يك ظرف پر از آب كه تيوب در آن قرار مي‌گرفت را بسازد (شکل ۱-۱). به گونه‌اي كه درون حباب شيشه‌اي پر از هوا بوده و در اثر گرم ‌شدن هواي محبوس درون اين حباب، فشاري به ستون آب درون تيوب وارد‌ آمده و آب را به طرف پايين حركت مي‌داد.

جابجايي سطح آب درون تيوب شيشه‌اي متناسب با دما بوده و به اين ترتيب گاليله مي‌توانست دما را اندازه‌گيري كند. اما يك اشكال بزرگ در كار اين نوع دماسنج جلوه مي‌نمود و آن اينكه بالا يا پايين آمدن سطح مايع تنها به علت حرارت يا برودت هوا صورت نمي‌گرفت. بلكه عوامل ديگري مانند تغييرات فشار جوي نيز در اين كار سهيم بودند كه دقيق نبودن دماسنج گاليله را آشكار مي‌ساخت.

در سال ۱۶۳۱ری، تغییراتی را در دما­نِگار گالیله پیشنهاد کرد. پیشنهاد وی همان بطری وارونه گالیله بود که در آن فقط سرد و گرم شدن از روی انقباض و انبساط آب ثبت می‌شد.

در سال ۱۶۳۵ دوک فردینالند توسکانی، که به علوم علاقه‌مند بود دماسنجی ساخت که در آن از الکل(که در دمایی خیلی پایین‌تر از دمای آب یخ می‌بندد)استفاده کرد و سر لوله را چنان محکم بست که الکل نتواند تبخیر شود. سرانجام در سال ۱۶۴۰ دانشمندان آکادمی لینچی در ایتالیا نمونه‌ای از دماسنج‌­های جدیدی را ساختند که در آن جیوه به کار برده و هوا را دست کم تا حدودی از قسمت بالای لوله بسته خارج کرده بودند.توجه به این نکته جالب است که در حدود نیم قرن طول کشید تا دماسنج کاملاً تکامل یافت.

به دنبال کشف دماسنج گابریل دانیل فارنهایت دانشمند هلندی در قرن هفدهم نوعی دماسنج گازی و الکلی ساخت که با دقت اندازه‌گیری بیشتری می‌تواند دمای هوا را اندازه‌گیری کند. او به سال ۱۷۱۴ میلادی دماسنج جیوه‌ای را طراحی و با ضریب دقت بالایی با شیوه‌ای خاص درجه‌بندی نمود. فارنهایت نتایج تحقیقات خود را در سال ۱۷۲۴ میلادی منتشر ساخت. او همچنين يك مقياس خاص را براي گرما تعريف كرد كه بعدها و حتي تا به امروز به نام او ماندگار‌ شد. او براي تعيين درجه صفر، مبناي خود از سرماي زمستان سال ۱۷۰۹ ميلادي الهام گرفت و تركيبي از يخ، آمونيوم كلرايد جامد و آب را به كار ‌برد. با انتخاب اين صفر، او اميدوار بود كه ديگر دماهاي منفي‌تري نخواهد‌ داشت.

در سال ۱۷۴۲ ميلادي سلسيوس سوئدي اعلام كرد كه به جاي مقياس حرارتيفارنهايت مقياس ساده‌تر و كاربردي‌تري كشف كرده‌است. او دو نقطه خاص كه در هر جاي دنيا قابل توليد بودند را مرجع كار خود قرار ‌داد. يكي نقطه ذوب يخ صفر درجه سانتی­گراد و يكي نقطه جوش آب ۱۰۰ درجه سانتی­گراد بود. او فاصله بين آن­ها را به صد قسمت مساوي تقسيم‌كرد و اين امر باعث شد كه هر ترمومتري به سادگي در اين دو نقطه (۰و ۱۰۰ درجه سانتی­گراد) قابل تنظيم وكاليبره‌شدن باشد.