Đồ Án Cơ Sở 1 Thiết Kế Và Thi Công Mạch Cảm Biến Mực Nước.doc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ SỞ 1 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH CẢM BIẾN MỰC NƯỚC Ngành KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG LỜI MỞ ĐẦU Ngày na[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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

Trong quá trình học tập và nghiên cứu Đồ Án Cơ Sở 1 với chủ đề: THIẾT KẾ

VÀ THI CÔNG MẠCH CẢM BIẾN MỰC NƯỚC Tôi đã nhận được sự quan tâmhướng dẫn rất tận tình của quý thầy, cô tại trường Đại Học Công Nghệ Tp HCM.Thông qua việc trình bày kết quả của đồ án, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy HoàngVăn Vinh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án môn học

Bản thân rất mong sẽ tiếp tục nhận được sự quan tâm, hướng dẫn tận tình củaquý thầy cô

Trân trọng

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

LỜI MỞ ĐẦU

LỜI CÁM ƠN

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SỞ ĐỒ, HÌNH ẢNH

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 1

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN 2

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 3

2.1 ĐIỆN TRỞ 3

2.1.1 Khái niệm 3

2.1.2 Hình dáng và ký hiệu 3

2.1.3 Đơn vị của điện trở 3

2.1.4 Cách ghi trị số của điện trở 3

2.1.5 Phân loại điện trở 6

2.1.6 Công xuất của điện trở 6

2.2 TỤ ĐIỆN 7

2.2.1 Định nghĩa 7

2.2.2 Cấu tạo của tụ điện 7

2.2.3 Ký hiệu 8

2.2.4 Cách đọc trị số ghi trên tụ 8

2.2.4.1 Với tụ hoá 8

2.2.4.2 Tụ giấy , tụ gốm 9

2.3 TRANSISTOR 10

2.3.1 Cấu tạo 11.

2.3.2 Kí hiệu và hình ảnh thực tế 11

2.3.2.1 Kí hiệu trên thân Transistor 11

2.3.2.2 Xác định các cực B,C,E 12

2.3.2.3 Các thông số kĩ thuật 13

2.3.3 Phân cực cho Transistor 13.

2.3.3.1 Cấp điện cho Transistor 13

2.3.3.2 Phân cực cho Transistor 13

2.3.3.3 Một số mạch phân cực cho Transistor 13

2.4 IC555 14.

2.4.1 Hình dạng 14.

2.4.2 Chức năng từng chân 14.

2.4.3 Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động 16.

2.3.3.3 Cấu tạo 16

2.3.3.3 Nguyên tắc hoạt động 17

2.4.3 Công thức tính tần số và điều chế độ rồng xung 17

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 20

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI: 20

3.1.1 Khối 1: Khối nguồn 20

3.1.2 Khối 2: Khối cảm biến 20

3.1.3 Khối 3: Khối xử lý 20

3.1.4 Khối 4: Khối báo động 20

3.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 21

3.2.1 Nguyên lý hoạt động 21

3.2.2 Khối đầu vào 22

3.2.3 Khối cảm ứng 23

3.2.4 Khối xử lý 24

3.2.5 Khối báo động 25

3.3 THI CÔNG MẠCH 25

CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH 27

4.1.SƠ ĐỒ MẠCH IN 27

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 28

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 2.1 : Hình dáng và kí hiệu 3

Hình 2.2: Trở sứ công suất lớn, trị số được ghi trực tiếp 4

Hình 2.3: Hình quy ước màu quốc tế của điện trở 4

Hình 2.4: Điện trở 4 vòng màu 5

Hình 2.5: Điện trở 5 vòng màu 5

Hình 2.6: Điện trở sứ hay trở nhiệt 6

Hình 2.7 Điện trở cháy do quá công suất 7

Hình 2.8: Ký hiệu của tụ điện trên sơ đồ nguyên lý 8

Hình 2.9: Hình tụ hóa 8

Hình 2.10: Hình tụ gốm 8

Hình 2.11: Tụ gốm không phân cực 8

Hình 2.12: Cấu tạo của Transistor 10

Hình 2.13: Kí hiệu Transistor trong mạch điện 11

Hình 2.14: Hình ảnh thực tế của Transistor 11

Hình 2.15: Các cặp chân B,C,E trên Transistor 12.

Hình 2.16: Đồng hồ vạn năng 12.

Hình 2.17: Sơ đồ: Mạch dùng hai nguồn điện 13.

Hình 2.18: Sơ đồ: Mạch dùng cầu chia thế ( mạch chữ H) 13

Hình 2.19: Sơ đồ: Mạch hồi tiếp 13.

Hình 2.20: IC 555 loại 8 chân tròn và 8 chân vuông 14

Hình 2.21: IC555 loại 8 chân vuông trong thực tế 14

Hình 2.22: Sơ đồ: Cấu trúc chân của IC 555 15

Hình 2.23: Sơ đồ: Cấu tạo bên trong của IC555 15

Hình 2.24: Sơ đồ: Nguyên tắc hoạt động của IC55 16

Hình 2.25: Sơ đồ:Mối quan hệ giữa điện trở, tụ điện với tần số, độ rộng xung.18 Hình 3.1 Sơ đồ khối mạch cản biến mực nước 20

Hình 3.2 Khối 1: Mạch cảnh báo 20

Hình 3.3 Khối 2: Mạch cảm ứng nước 21

Hình 3.4 Sơ đồ mạch in mạch cảnh báo 22

Hình 3.4 Sơ đồ mạch in mạch cảm ứng nước 22

i

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

 Do ứng dụng trong thực tế, các thiết bị hay máy móc luôn cần sự đảm bảo antoàn Vì vậy việc chọn đề tài Mạch cảm biến mực nước để thực hiện là cầnthiết

 Để đảm bảo cho các thiết bị hay máy móc được làm việc tốt, tránh rủi ro hưhỏng do tác động của yếu tố bên ngoài thì thiết bị cần phải quy định về mộtmức độ an toàn khi sử dụng nhằm tránh thiệt hại về tài sản và con người

 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

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

 Đề tài này nhằm nghiên cứu về mạch cảm biến mực nước, 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 lượng nước

 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

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI :

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

 Khi mực nước đạt 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

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU :

Trong đề tài này em có sử dụng phần mềm proteus để vẽ và mô phỏng mạch,bên cạnh đó có sự giúp đỡ của thầy HOÀNG VĂN VINH cũng như của các thầy côtrong khoa Cơ Điện –Điện Tử của trường HUTECH trong quá trình thiết kế và thicông mạch Ngoài ra em còn tham khảo trên mạng và một số mô hình đã có sẵn trướcđó

1.5 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN :

Đồ án được chia thành 5 chương với nội dung cụ thể sau :CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCHCHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

2.1 ĐIỆN TRỞ

2.1.1 Khái niệm

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

Điện trở của dây dẫn : Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độdài và tiết diện 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 Ohm2.1.2 Hình dáng và ký hiệu

Trong thiết bị điện tử, điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng đượclàm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo rađược các loại điện trở có trị số khác nhau

Hình 2.1 : Hình dáng và kí hiệu.

2.1.3 Đơn vị của điện trở

Đơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ …

1KΩ = 1000 Ω

1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω

2.1.4 Cách ghi trị số của điện trở

- Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch màu theo mộtquy ước chung của thế giới (xem hình trên)

- Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trựctiếp trên thân Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ…

Hình 2.2: Trở sứ công suất lớn, trị số được ghi trực tiếpĐiện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5vòng màu

Hình 2.3: Hình quy ước màu quốc tế của điện trở

 Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào

 Màu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số

mũ của cơ số 10 là số âm

Hình 2.4: Điện trở 4 vòng màu.

Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu : ( điện trở chính xác)

- Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng màu thì màusai số có nhiều màu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòngcuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút

- Đối diện vòng cuối là vòng số 1

- Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 làbội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàngchục và hàng đơn vị

- Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)

- Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào

Hình 2.5: Điện trở 5 vòng màu

2.1.5 Phân loại điện trở.

- Điện trở thường: Điện trở thường là các điện trở có công xuất nhỏ từ0,125W đến 0,5W

- Điện trở công xuất : Là các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1W, 2W,5W, 10W…

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác của các điện trở công xuất,điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt

Hình 2.6: Điện trở sứ hay trở nhiệt.

2.1.6 Công xuất của điện trở

- Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ mộtcông xuất P tính được theo công thức P = U I

- Theo công thức trên ta thấy, công xuất tiêu thụ của điện trở phụ thuộcvào dòng điện đi qua điện trở hoặc phụ thuộc vào điện áp trên hai đầuđiện trở

- Công xuất tiêu thụ của điện trở là hoàn toàn tính được trước khi lắp điệntrở vào mạch

- Nếu đem một điện trở có công xuất danh định nhỏ hơn công xuất nó sẽtiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy

- Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công xuất danh định >

= 2 lần công suất mà nó tiêu thụ

Hình 2.7 Điện trở cháy do quá công suất

Ở sơ đồ trên cho ta thấy:

- Nguồn Vcc là 12V, các điện trở đều có trị số là 120Ω nhưng có côngxuất khác nhau, khi các công tắc K1 và K2 đóng, các điện trởđều tiêuthụ một công xuất là P = U2 /R= 122 / 120 = 1,2W

- Khi K1 đóng, do điện trở có công xuất lớn hơn công xuất tiêu thụ , nênđiện trở không cháy

- Khi K2 đóng, điện trở có công xuất nhỏ hơn công xuất tiêu thụ , nênđiện trở bị cháy

2

2 2 Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điệngọi là điện môi Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chấtđiện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như: tụgiấy, tụ gốm, tụ hoá

+ Tụ giấy và tụ gốm ( hình dẹt ) trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số

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 ghidấu (-) dọc theo thân tụ đó là cực âm của tụ hóa

Hình 2.9: Hình tụ hóa.

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

 Ý nghĩ của giá trị điện áp ghi trên thân tụ

Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trịđiện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này

 Phân loại tụ điện

+ Tụ hoá ( Tụ có phân cực )Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá cótrị số lớn hơn và giá trị từ 0,47Μf trở lên.f trở lên

+ Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica (Tụ không phân cực )

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ0,47 μF / 320 V Các tụ khác thì tương tự.F trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần

số cao hoặc mạch lọc nhiễu

Hình 2.11: Tụ gốm không phân cực.

2.3 TRANSISTOR

2

3 1 Cấu tạo

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).Sơ đồ tóm tắt đơn giản:

Hình 2.12: Cấu tạo của Transistor

2.3.2 Kí hiệu và hình ảnh thực tế

Hình 2.13: Kí hiệu Transistor trong mạch điện

Hình 2.14: Hình ảnh thực tế của TransistorNgoài thực tế, cũng có những IC nhìn rất giống transistor, nên để chọn đúng transistor nên dựa vào số hiệu được ghi trên transistor sẽ được giới thiệu ở phần sau

Ở ngoài chợ điện tự người ta hay gọi các transistor công suất nhỏ là “bọ”, và công suấtlớn là “sò”

2

3.2.1 Kí hiệu trên thân transistor

Có nhiều nước sản xuất transistor nhưng chủ yếu là Nhật bản, Mỹ và Trung Quốc.Transistor do Nhật Bản sản xuất thường kí hiệu bắt đầu với các chữ cái A…, B…, C…, D…(A564, B733,C828,…) Các Transistor do Mỹ sản xuất thường kí hiệu bắt đầu bằng 2N (vd: 2N3055,…) Các transistor do trung Quốc sản xuất bắt đầu bằng

số 3

Hình 2.15: Các cặp chân B,C,E trên Transistor2.

3 2.2 Xác định các cực B,C,E

Đối với các transistor công suất lớn thì thứ tự chân (nhìn theo mặt có số hiệu sản phẩm) lần lượt là B,C,E Các transistor công suất nhỏ thì thường chân E ở bên trái,

ta cần xác định chân B và C là được Cách xác định: dùng đồng hồ vạn năng Để đồng

hồ đo điện trở than 1kOhm Đặt cố định một que đo vào từng chân , que kia chuyển sang hai chân còn lại, nếu kim lên bằng nhau thì chân có que đặt cố định là chân B, nếu que đồng hồ cố định là que đen thì là transistor ngược, là que đỏ thì là transistor thuận

Hinh 2.16: Đồng hồ vạn năng

2.3.2.3 Các thông số kĩ thuật

Dòng điện cực đại: Dòng giới hạn của transistor, vượt qua dòng này transistor

bị hỏng

Điện áp cực đại: Điện áp tối đa đặt vào CE để transistor không bị đánh thủng

Hệ số khuếch đại: Hệ số khếch đại k bằng dòng BE / dòng CE đặc trưng cho khả năng khuếch đại dòng điện của transistor

Công suất cực đại: Là công suất tiêu thụ của một transistor P=UCE.ICE Nếu P>PMAX thì transistor bị cháy

2 3.3 Phân cực cho Transistor

2.3.3 1 Cấp điện cho transistor

Ta cấp nguồn DC cho transistor, Vcc nối vào chân C, mass nối vào E

2

3.3.2 Phân cực cho transistor

Để transistor sẵn sàng hoạt động, sự khuếch đại tín hiệu của transistor dựa vào quá trình phân cực này: Đặt vào chân B của transistor một dòng Ib là tat đã phân cực cho Transistor Về cơ bản Hệ số khuếch đại=IC/IB

2

3 3.3 Một số mạch phân cực cho transistor

Hình 2.17: Sơ đồ: Mạch dùng hai nguồn điện