Đồ Án Cơ Sở 1 Thiết Kế Và Thi Công Mạch Điều Khiển Đèn Tự Động..docx

GVHD Hoàng Văn Vinh LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật rất phát triển, con người bước vào một thời đại khoa học mới thời đại mà mỗi giờ, mỗi phút thậm chí mỗi giây trôi qua lại xuất hiện những phá[.]

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 khắp nơi

và nhiều lĩnh vực

Trên thế giới, hàng ngàn viện nghiên cứu, trung tâm với hàng triệu Kỹ Sư vẫn đangmiệt mài nghiên cứu để đóng góp cho nhân loại những cải tiến, những kỹ thuật mới nhằmphục vụ cuộc sống Có thể nhận định rằng: khoa học - kỹ thuật có sức mạnh lớn nhất hiệnnay Nó có thể chi phối về quân sự, kinh tế… thể hiện vị thế của một quốc gia trên trườngquốc tế

Việt Nam không nằm ngoái xu thế của thời đại, các nhà nghiên cứu, các kỹ sư,đặc biệt là thế hệ trẻ, các bạn sinh viên vẫn đang tích cực, say mê nghiên cứu khoa học để tìm

ra những kỹ thuật mới, trao đổi học hỏi và tiếp thu công nghệ mới trên thế giới để phục

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 học hỏi,tiếp thu nhanh kiến thức, đức tính cần cù, thông minh và chịu khó, tôi tin rằng: một ngàykhông xa, chúng ta sẽ bắt kịp và hòa nhập vào “dòng chảy công nghệ” trên thế giới

Để phát triển công nghệ mới thì trước hết phải nắm chắc và hiểu rõ những vấn đề cơbản trong mỗi lĩnh vực Đó cũng chính là lý do tôi tiến hành nghiên cứu đề tài này, mụctiêu 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 VÀTHI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG Thông qua việc trình bày kết quảcủa đồ án, tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy HOÀNG VĂN VINH đã tận tình hướng dẫn vàgiúp đỡ tôi hoàn thành đồ án môn học

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

Trân trọng

Mục lục

Mục lục I Hướng dẫn V

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 7

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 7

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 7

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 7

1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI 7

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7

1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN 8

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 QUANG ĐIỆN TRỞ 9

2.1.1 Giới thiệu 9

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 9

2.2 BIẾN TRỞ 9

2.2.1 Giới thiệu 9

2.1.1 Kí hiệu và hình dáng 10

2.3 IC 555 10

2.3.1 Giới thiệu 10

2.3.2 Các thông số cơ bản 11

2.3.3 Chức năng 11

2.3.4 Sơ đồ chân 11

2.3.5 Cấu tạo 13

4.1 TRANSISTOR 14

4.1.1 Cấu tạo 14

4.1.2 Kí hiệu và hình dáng 14

5.1 RELAY 15

6.1 DIOT 15

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 16

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 16

3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể 16

3.1.2 Khối cảm biến 16

3.1.3 Khối so sánh 16

3.1.4 Khối đóng ngắt 16

3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 17

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 17

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 17

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 18

3.3.1 Khối cảm biến 18

3.3.2 Khối so sánh 19

3.3.3 Khối đóng ngắt 20

CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH 22

4.1 SƠ ĐỒ MẠCH IN 22

4.1.1 Sơ đồ mạch 22

4.1.2 Phương pháp làm mạch in 22

4.1.3 Mạch lý thuyết 23

4.1.4 Mạch thi công hoàn thiện chưa cấp nguồn 23

4.1.5 Mạch thi công hoàn thiện khi cấp nguồn 24

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 25

5.1 TÓM TẮT 25

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 25

5.3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 25

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, với sự phát triển của quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, sự phát triển không ngừng của công nghệ thì hầu như những thiết bị điều khiển tự động dường như không còn xa lạ mà hầu hết đi đến đâu chúng ta cũng có thể dể dàng tìm thấy, cụ thể hơn ở đây em muốn nói đến đó là thiết bị điều khiển bật tắt đèn tự động.

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Thiết bị điều khiển bật tắt đèn tự động là một thiết bị điều khiển đơn giản nhưng

có tính thực dụng rất cao Nó được ứng dụng rộng rãi như trong sân vườn, đèn cổng, công viên, đèn đường…

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Trên thị trường có nhiều loại mạch điều khiển đèn tự động Tuy nhiên các loạimạch này có một số nhược điểm như: chi phí cao, khó kết hợp với module lập trình để

có thể phát tiển thành các hệ thống khác nên trong đề tài này tôi trình bày mạch cảnhbáo sử dụng IC555 có chi phí thấp độ ổn định cao, ít bị nhiễu, dễ dàng kết hợp vớimodule lập trình để phát tiển các hệ thống khác

1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI

Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến là thay đổi trạng thái Relay (đóng, ngắt) sẽlàm thay đổi trạng thái đầu ra là một bóng đèn (sáng, không sáng)

Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, linh kiện dễ tìm kiếm, thông dụng

Nguồn đưa vào điều khiển là nguồn DC 5V

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trong đề tài này tôi có sử dụng phần mềm proteus để vẽ và mô phỏng mạch, bêncạnh đó có sự giúp đỡ của thầy HOÀNG VĂN VINH cũng như của các thầy cô trongkhoa Cơ Điện –Điện Tử của trường HUTECH trong quá trình thiết kế và thi côngmạch Ngoài ra tôi còn tham khảo trên mạng và một số mô hình đã có sẵn trước đó

1.6 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: cơ sở lý thuyết

Chương 3: tính toán và thiết kế

Chương 4: thi công mạch

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý làm việc của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo

2.2 BIẾN TRỞ

2.2.1 Giới thiệu

Biến trở (triết áp) là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫnđiện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh

sáng hoặc bức xạ điện từ…

2.1.1 Kí hiệu và hình dáng

2.3.2 Các thông số cơ bản

+ Điện áp đầu vào: 2 - 18V (Tùy từng loại của 555: LM555, NE555,

NE7555 )

+ Dòng điện cung cấp: 6mA - 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao: 0.5 - 15V

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

2.3.4 Sơ đồ chân

+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là

chân chung

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được

dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng

thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng

mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse

thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong

IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta

thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu

điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho

IC hoạt động Không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2V

>18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)

2.3.5 Cấu tạo

Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm: 2 con OPAM, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 FF (ở đây là FF RS):

Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH

2

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI

3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể

ĐÓNGNGẮT

SO SÁNHÁPCẢM BIẾN

NGUỒN

3.1.2 Khối cảm biến

2

- Khối cảm biến: khối này có nhiệm vụ nhận biết ánh sáng bên ngoài môi trường

để đưa ra các mức điện áp khác nhau đến khối so sánh thông qua cảm biến ánhsang quang trở

3.2.2 Nguyên lý hoạt động

- Khi trời sáng: điện trở trên quang trở giảm mạnh, điện áp vào chân 2,6 trên ic lớn hơn điện áp so sánh (> 2/3 Vcc) trên op-amp 2 => R = [1], Q = [0], transistor không dẫn => đèn tắt

- Khi trời tối: điện trở trên quang trở tăng, điện áp vào chân 2,6 tren ic nhỏ hơn điện áp sosánh (< 1/3 Vcc) trên op-amp 1 => S = [1], Q = [1], transistor dẫn kích relay đóng => đènsáng

3.3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.3.1 Khối cảm biến

Sử dụng nguồn adapter 12 vol

Để khối so sánh có thể hoạt động theo yêu cầu của mạch thì cầu phân

áp phải thỏa mức điện áp:

- Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở Vout > 8 vol

- Khi quang trở không có ánh sáng Vout < 4 vol

 Khi trời tối

Điện trở của quang trở tăng, điện áp ngõ ra cầu phân áp đi vào chân 2,6 của ic  3vol

Điện trở của quang trở giảm mạnh, điện áp ngõ

ra cầu phân áp đi vào chân 2,6 của ic  9 vol

Các thông số ban đầu:

CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH

4

4.1 SƠ ĐỒ MẠCH IN

4.1.1 Sơ đồ mạch

4.1.2 Phương pháp làm mạch in

- Thiết kế mạch trên phần mềm protues

- Mua linh kiện

- Ủi mạch in ra mạch đồng=>ngâm hóa chất tẩy mạch

- Khoan lổ =>quét nhựa thông

- Lắp linh kiện vào =>hàn chì

- Lắp nguồn chạy thử=>mạch chạy được

4.1.3 Mạch lý thuyết

4.1.4 Mạch thi công hoàn thiện chưa cấp nguồn

4.1.5 Mạch thi công hoàn thiện khi cấp nguồn

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN

+ Mạch chỉ điều khiển bật đèn khi trời thực sự tối hẵn.

+ Do cảm biến sáng nhạy nên xảy ra hiện tượng đóng ngắt liên tục khi có có sấm chớp

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

+Điều khiển bật tắt đèn với độ chính xác cao hơn

+Khắc phục hiện tượng đóng ngắt lien tục khi có sấm chớp

5.3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Những kết quả thu được sau khi em hoàn thành đồ án này trước tiên là giúp cho

em hiểu sâu về các ứng dụng của IC555 Có thể tùy biến thiết kế nhiều mạch khác nhau Từ đó tích lũy kiến thức cho những năm học sau và ngoài thực tế

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1) Mạch điện tử 1 Tác giả Lê Tiến Thường Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM 2) Mạch điện tử 2 Tác giả Lê Tiến Thường Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia TP.HCM 3) http://codientu.org/

4) http://www.dientuvietnam.net/forums/