Đồ Án Môn Học Mạch Cảm Biến Nhiệt Độ.doc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠCH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Ngành KỸ THUẬT ĐIỀN TỬ TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành MẠNG VIỄN THÔNG i LỜ[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

MẠCH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀN TỬ- TRUYỀN THÔNG

Chuyên ngành: MẠNG VIỄN THÔNG

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, khoa học kỹ thuật rất phát triển, con người bước vào một thời đại khoahọc mới-thời đại mà mỗi giờ,mỗi phút thậm chí mỗi giây trôi qua lại xuất hiện nhữngphát minh, tiến bộ khoa học

Công nghệ mới xuất hiện liên tục, từ đó thành tựu khoa hoc - kỹ thuật được áp vàothực tiễn Chính vì vậy, con người ngày càng tận hưởng được cuộc sống tiện nghi vàthoải mái hơn Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy thiết bị công nghệ hiện diện khắpnơi và nhiều lĩnh vực

Trên thế giới, hàng ngàn viện nghiên cứu, trung tâm với hàng triệu Kỹ Sư vẫnđang miệt mài nghiên cứu để đóng góp cho nhân loại những cải tiến, những kỹ thuậtmới nhằm phục vụ cuộc sống Có thể nhận định rằng: khoa học - kỹ thuật có sức mạnhlớn nhất hiện nay Nó có thể chi phối về quân sự, kinh tế… thể hiện vị thế của mộtquốc gia trên trường quốc tế

Việt Nam không nằm ngoái xu thế của thời đại, các nhà nghiên cứu, các kỹ sư, đặcbiệt là thế hệ trẻ, các bạn sinh viên vẫn đang tích cực, say mê nghiên cứu khoa học đểtìm ra những kỹ thuật mới, trao đổi học hỏi và tiếp thu công nghệ mới trên thế giới đểphục vụ cho công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước

Dẫu biết rằng trình độ khoa học kỹ thuật ở Việt Nam ở nhiều lĩnh vực vẫn còn cókhoảng cách khá xa với các nước tiên tiến trên thế giới, nhưng với lòng say mê họchỏi, tiếp thu nhanh kiến thức, đức tính cần cù, thông minh và chịu khó, tôi tin rằng:một ngày không xa, chúng ta sẽ bắt kịp và hòa nhập vào “dòng chảy công nghệ” trênthế giới

Để phát triển công nghệ mới thì trước hết phải nắm chắc và hiểu rõ những vấn đề

cơ bản trong mỗi lĩnh vực Đó cũng chính là lý do tôi tiến hành nghiên cứu đề tài này,mục tiêu của tôi là làm rõ một số yếu tố chủ yếu, cơ bản nhất để có thể phát triển các

kỹ thuật, sản phẩm mới hơn, hiện đại hơn trong tương lai

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Hoàng Văn Vinh đã giúp đỡ em trong suốt quátrình làm đồ án, để em có thể hoàn thành và đạt được những yêu cầu của đề tài này Vàqua bộ môn này em đã học hỏi được rất nhiều điều, bổ sung những thiếu sót về kiếnthức, tiếp cận những vấn đề trong thực tế rất khác với lý thuyết mà em đã học được.Những ứng dụng thực tế của môn học sẽ giúp em có được những kinh nghiệm quý báuhơn trong học tập và công việc về sau

Do kiến thức còn hạn chế, nên trong quá trình thực hiện đồ án môn học ít nhiều

em không tránh khỏi những sai sót Mong thầy giúp đỡ để em có thể bổ sung và hoànthiện những kiến thức của mình thêm nữa

Em xin cảm ơn thầy!

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Giáo viên hướng dẫn : Hoàng Văn Vinh

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Giáo viên phản biện :

Họ và tên sinh viên : Trần Thanh Tú Lớp : 16HDT01 MSSV : 1615010013 Tên đề tài : Thiết kế và thi công mạch cảm biến nhiệt độ

Điểm đánh giá : Xếp loại :

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên phản biện

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI i

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ii

LỜI MỞ ĐẦU iii

LỜI CẢM ƠN iv

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN v

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN vi

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu đề tài 1

3 Yêu cầu đề tài 1

4 Nội dung đề tài 1

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Kết cấu đồ án môn học 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1 Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch 3

1.1 Điện trở: 3

1.2 Tụ điện 4

1.3 LED (diode phát quang) 5

1.4 Transistor 5

1.5 IC555 6

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH 11

1 Thiết kế sơ đồ khối 11

1.1 Chức năng từng khối 11

2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 12

2.1 Khối nguồn: 12

2.2 Khối đầu vào: 12

2.3 Khối cảm biến: 12

2.4 Khối xử lý: 13

2.5 Khối cảnh báo: 14

3 Sơ đồ mạch mô phỏng hoàn chỉnh 15

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 17

1 Các bước thi công mạch 17

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 19

1 Kết luận 19

2 Hướng phát triển đề tài 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Sau khi thực hiện đề tài này, sinh viên có thể ứng dụng trong cuộc sống, và đặcbiệt là cơ sở ban đầu để nghiên cứu và học tập, từ đó giúp sinh viên mở rộngkiến thức để ứng dụng tronng công việc và học tập về sau

2 Mục tiêu đề tài

Đề tài này nhằm nghiên cứu về mạch cảm biến nhiệt độ, giúp cho người sử dụng có thể biết được sự cảnh báo về sự an toàn của thiết bị và cũng như con người dưới tác động của nhiệt độ

Điều đó giúp cho người sử dụng có thể kiểm soát được mất độ an toàn đối với nhiệt độ mong muốn, tránh những tổn thất không đáng có

3 Yêu cầu đề tài

Mạch hoạt động chính xác

Giảm thiểu chi phí

Người sử dụng có thể dễ dàng điều chỉnh và sử dụng phù hợp với nhu cầu cá nhân

4 Nội dung đề tài

Mạch thực hiện việc cảnh báo nhiệt độ cao mà người sử dụng quy định để đảm bảo an toàn và tránh thiệt hại

Khi nhiệt độ tăng cao đến một mức độ giới hạn, chuông sẽ báo để cho người sử dụng biết được, và từ đó có thể thực hiện các biện pháp an toàn

5 Phương pháp nghiên cứu.

Đề tài được nghiên cứu và thực hiện dựa trên phần mền mô phỏng Proteus và dựa trên nguyên lý hoạt đông của IC555

6 Kết cấu đồ án môn học

Gồm :

o CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

o CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

o CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH

o CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH

o CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Các linh kiện chính được sử dụng trong mạch

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thìđiện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùnglớn

Điện trở của dây dẫn : Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiếtdiện của dây Được tính theo công thức sau: R = ρ.L / S

Trong đó :ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

:L là chiều dài dây dẫn :S là tiết diện dây dẫn :R là điện trở, đơn vị là Ohm

Hình 2.1.1: Điện trởBiến trở:

của nó thay đổi một cách rõ rệt dưới tác dụng nhiệt, hơn hẳn so với các loại điện trở thông thường Từ thermistor được kết hợp bởi từ thermal (nhiệt) và resistor (điện trở).

máy điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, v.v

Nó cũng được dùng trong phần mạch bảo vệ quá nhiệt trong các bộ cấp nguồn điện

1.2 Tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạchđiện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tínhiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ

Tụ hoá là tụ có phân cực (-) , (+) và luôn luôn có hình trụ Trên thân

có ghi dấu (-) dọc theo thân tụ đó là cực âm của tụ hóa

Tụ hoá ghi điện dung là 185 μF / 320 V Các tụ khác thì tương tự

Transistor gồm 3 lớp bán dẫn ghép nối với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp

P-N Cơ bản có hai loại transistor theo 2 cách ghép: ghép theo thứ tự PNP thì ta

có loại pnp, ghép theo thứ tự NPN ta có loại npn.Ba lớp bán dẫn được nối ra 3 cực của transistor, cực nối với lớp giữa gọi là cực gốc (base) Hai cực còn lại là cực phát (Emitter) và cực góp (Collector)

Chân 1(GND): Chân cho nối mass để lấy dòng.

Chân 2: Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi.

Chân 3 (OUTPUT): Chân ngõ ra, tín hiệu trên chân 3 có dạn xung, không ở mức

Chân 7(DISCHARGE): Chân có khóa điện đóng mass.

Chân 8(VCC): Chân nối vào nguồn V+, thường làm việc với nguồn từ 3V đến

15V

1.5.2 Cấu tạo IC555:

Hình 2.1.11: Sơ đồ cấu tạo IC555

Cấu tạo của IC555 gồm Op-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện

Cấu tạo của IC555 đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm 3 điện trở mắcnối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn.Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp 1, điện áp 2/3 VCC nối vào chân

Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC thì chân S=1 và Flip Flop được kích từ.Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của Flip Flop bằng 1 và Flip Flop được reset.

Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì

QB=[1], transistor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset

mức 0, S=0, Q và B vẫn không đổi Trong khi điện á p tụ C nhỏ hơn V2, Flip Flop vẫn giữ nguyên trạng thái đó.

op-Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dạng sóng vuông, chu kỳ ổn định

1.5.4 Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung:

Hình 2.1.13: Sơ đồ: Mối quan hệ giữa điện trở, tụ điện với tần số, độ rộng xung

Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung.

+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2))

+ Chu kì của tín hiệu đầu ra: t = 1/f

+ Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì: t1 = ln2 (R1 + R2).C

+ Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì: t2 = ln2.R2.C

Như vậy trên là công thức tổng quát của 555 Tôi lấy 1 ví dụ nhỏ là : để tạo được xung dao động là f = 1.5Hz Đầu tiên tôi cứ chọn hai giá trị đặc trưng là R1 và C2 sau đó ta tính được R1 Theo cách tính toán trên thì ta chọn : C = 10nF, R1 =33k

> R2 = 33k

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH

1 Thiết kế sơ đồ khối

Dựa vào yêu cầu của bài, nên ta có một mạch gồm những khối sau đây:

Hình 3.1.1: Sơ đồ khối mạch cảm biến

1.1 Chức năng từng khối

1.1.1 Khối nguồn:

Là khối cung cấp nguồn cho mạch hoạt động

Ở đây ta có thể sử dụng pin hoặc nguồn

1.1.2 Khối đầu vào

Là tín hiệu nhiệt độ để khối cảm biến có thể cảm nhận được

1.1.3 Khối cảm biến

Khi có tín hiệu nhiệt vào sẽ chuyển thành tín hiệu điện

Từ đó sẽ đưa ra bộ khuếch đại để khuếch đại tín hiệu

Sau khi xử lý tín hiệu,tín hiệu được xuất ra và đưa ra khối cảnh báo

Ở đây ta có thể dùng phương thức cảnh báo như dùng chuông hoặc led cảnh báo

2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý

2.1 Khối nguồn:

Ta sử dụng pin 9V để cấp nguồn cho mạch

Khối nguồn cung cấp nguồn cho khối cảm biến, khối xử lý và khối cảnh báo để mạch hoạt động

Ở khối nguồn ta mắc vào 1 LED để báo hiện nguồn được cấp hay chưa

Hình 3.2.1: Khối nguồn

2.2 Khối đầu vào:

Khối đầu vào là tín hiệu đưa vào, ở đây tín hiệu vào là nhiệt độ.Sau đó tín hiệu sẽ được tiếp thu bởi khối cảm biến

2.3 Khối cảm biến:

Hình 3.2.2: Khối cảm biếnKhối cảm biến có chức năng cảm nhận nhiệt độ mà linh kiện chính là điện trở nhiệt NTC

Khi nhiệt độ tăng cao, điện trở của cảm biến nhiệt sẽ giảm xuống Lúc này cho phép dòng điện đi vào

Ta có thể thay đổi nhiệt độ mong muốn để cảnh báo bằng cách điều chỉnh giá trị của biến trở

C1815 muốn hoạt động thì Vc1>Vb1>Ve1, A1015 muốn hoạt động thì

Ve2>Vb2>Vc2 Do 2 con mắc với nhau nên Vc1=Vb2=Vchung Nên để cả 2 con hoạt động thì Ve2>Vchung>Vb1 (Ve1 và Vc2 nối mass rồi nên không cần tính nữa Vchung=Ve2-0.7 nên chắc chắn nhỏ hơn Ve2 Lúc này chỉ cần phân cực cho Vb1> 0.7 và nhỏ hơn (Ve2-0.7)

2.4 Khối xử lý:

Hình 3.2.3: Khối xử lýKhối này để xử lý tín hiệu đưa vào từ khối cảm biến

Ta dùng inh kiện chính là IC555

Điện trở R5, R6 và tụ C1 quyết định tần số chớp tắt của mạch theo công thức f=1.44/((R5+2R6)*C) = 1.44/(1000+2*100000)*10*10^-6) = 0.7 Hz tương đương ới chu kỳ 1.4s

2.5 Khối cảnh báo:

Hình 3.2.4: Khối cảnh báoGồm 1 chuông và 1 đèn để cảnh báo

Khối này để nhận tín hiệu từ khối xử lý sau đó cảnh báo bằng Chuông và Led sáng lên.

Với led cảnh báo, giả sử mạch sử dụng Led có V¬¬Led = 2.1V ta chọn dòng điện cho mạch 20mA đảm bảo Led sáng tốt Ta có công thức R = ( VS – VLed )/ I = (9V – 2.1V) / 20mA =0.345 KΩ = 345 Ω ,Vì không có điện trở 345 Ω Nên

ta chọn loại điện trở có giá trị gần đúng Ta chọn điện trở 470 Ω là phù hợp

3 Sơ đồ mạch mô phỏng hoàn chỉnh

Hình 3.3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến nhiệt mô phỏng trên proteusKhi ta cấp 1 nguồn 9V cho mạch, dòng đi qua R1 làm LED-1 phát sáng để báo hiệu đã cấp nguồn cho mạch

Khi nhiệt độ còn thấp, điện trở nhiệt NTC còn lớn, transitor C1815, A1015 tắt

vì chưa được phân cực, chân số 4 của IC555 xuống mức thấp, mạch chưa hoạt động

Khi có nhiệt độ cao, điện trở nhiệt NTC giảm, transitor C1815, A1015 dẫn, theocông thức cầu phân áp, điện áp ở chân số 4 = (9V*1000)/(1000+470) = 6.1V, mức cao, mạch bắt đầu hoạt động

R3 và biến trở là cầu phân áp tạo điện áp chuẩn.

Tại đây, IC555 thực hiện tạo dao động xung, tín hiệu được tạo thành có dạng xung vuông và đưa ra ở chân 3

Ta có điện áp tại chân 3 đưa vào chuông theo dạng xung làm chuông phát âm thanh Đồng thời mạch được lấp 1 đèn Led để cảnh báo nhiệt độ tăng cao

Ta có thể kiểm soát nhiệt độ mong muốn bằng cách điều chỉnh tăng hoặc giảm biến trở

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH

1 Các bước thi công mạch

Ta in mạch bằng cách lấy bàn ủi để ủi giấy in lên mạch đồng

Sau đó ta rửa mạch và chà sạch hết lớp giấy còn bám dính trên mạch đồng

Bước 3:

Ngâm mạch in vào nước dung dịch

Lắc đều để dung dịch ngấm vào mạch dễ dàng

Lúc này lớp đồng không có mạch in sẽ bị tróc ra.

Ta sẽ có một bảng mạch để nối linh kiện

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN

1 Kết luận

Mạch chạy ổn định, khi nhiệt độ tăng cao thì chuông của mạch kêu

Ưu nhược điểm của mạch:

- Ưu điểm: Độ chính xác cao, kết hợp tốt với các module khác

- Nhược điểm: Mạch còn thiết kế chưa đẹp và gọn gàng

2 Hướng phát triển đề tài

Có thể kết hợp với các module khác để tạo thành các hệ thống khác như hệthống tự động ngắt điện cho thiết bị khi nhiệt độ tăng cao, hệ thống tự động làmmát thiết bị…v.v

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Thị Ngọc Anh (2014) Điện tử tương tự 1, Giáo trình Hutech, TP.HCM.[2] Nguyễn Đức Quý (2011) Giáo trình điện tử cơ bản, Trường Cao Đẳng Nghề CơĐiện và Thủy Lợi

[3] Nguyễn Quỳnh Anh Điện tử cơ bản, Giáo trình Đại Học Giao Thông Vận Tải, TP.HCM

[4] www.ebook.edu.vn

[5] www.tailieu.vinhuni.edu.vn

[6] http://www.dientuvietnam