Thiết Kế Hệ Thống Rửa Tay Tự Động.pdf

Đặc biệt là sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử, đã tạo ra hàng loạt các thiết bị có độ chính xác cao, gọn nhẹ và ứng dụng của chúng ngày càng được mở rộng.. Tìm hiểu hệ thống rửa t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA TAY TỰ ĐỘNG

GVHD: TS Đặng Quang Đồng SVTH: Nguyễn Hữu Đức Nguyễn Xuân Đức

Lê Xuân Giang

Phan Thị Thu Hân

LỚP: 122201

Hưng yên, năm 2021

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày Tháng Năm 20 Giáo Viên Hướng Dẫn

Lời nói đầu Trong thời đại hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển từng ngày Song hành với các thành tựu về khoa học công nghệ thì việc ứng dụng các thành tựu ấy vào cuộc sống

là điều cần thiết Đặc biệt là sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử, đã tạo ra hàng loạt các thiết bị có độ chính xác cao, gọn nhẹ và ứng dụng của chúng ngày càng được

mở rộng Ngành tự động hóa ngày càng trở nên phát triển, mọi thiết bị trong đời sống thường ngày có được điều khiển một cách tự động giúp ích cho người dân rất nhiều Vậy nên tạo ra những hệ thống thiết bị hiện đại đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng trở nên rất cần thiết

Xuất phát từ lý do trên và những kiến thức chúng em có được trong quá trình học tập và nghiên cứu, đặc biệt là được sự hướng dẫn của thầy Đặng Quang Đồng đã giao

cho chúng em nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống rửa tay tự động” Chúng em

nghĩ đây là cơ hội cho chúng em được học tập nghiên cứu tiếp xúc với nền khoa học

và công nghệ của thời đại mới

Do còn hạn chế về sự hiểu biết và thời gian cùng với tình hình dịch bệnh chung ,

nên trong thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thuyết minh đề tài không tránh khỏi sai sai sót Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè để

đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tìm hiểu hệ thống rửa tay tự động 1

1.2 Tìm hiểu một số thiết bị và linh kiện điện tử 1

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA TAY TỰ ĐỘNG 14

2.1 Phân tích và mô phỏng mạch 14

2.1.1 Sơ đồ khối 14

2.2 Thiết kế và chế tạo mạch 15

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 16

Kết luận 16

Hướng phát triển 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 18

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1: Hình ảnh thực tế của điện trở 2

Hình 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn EU và US 2

Hình 1.3: Hình ảnh cảm biến hồng ngoại 5

Hình 1.4: Nguyên lí hoạt động của transistor NPN 6

Hình 1.5: Cấu tạo của transistor NPN 6

Hình 1.6: Sơ đồ mạch bán dẫn NPN 7

Hình 1.7: Sơ đồ mạch bóng bán dẫn NPN 7

Hình 1.8: Sơ đồ chân cực âm dương của diode 1N4007 9

Hình 1.9: Sơ đồ chân của IC 741 10

Hình 1.10: Cách một relay liên kết hai mạch với nhau 12

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lí của máy rửa tay tự động 14

Hình 2.2: Cắm và chạy thử trên board mạch 15

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tìm hiểu hệ thống rửa tay tự động

Trên thực tế hiện nay, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp hình ảnh những thiết bị rửa tay tự động sử dụng rộng rãi ở khắp mọi nơi, dễ thấy nhất là tại những nơi công cộng như các khu vệ sinh trong các khu trung tâm thương mại, rạp chiếu phim, khu vui chơi Nhìn qua ta có thể hiểu chúng được sản xuất để giúp cho việc rửa đôi bàn tay của mình

mà không cần phải tiếp xúc với bề mặt thiết bị, tránh được việc vô tình lây nhiễm vi khuẩn Nhưng là những sinh viên ngành kỹ thuật, chúng em muốn tìm hiểu sâu hơn về nguyên lý hoạt động, cấu tạo các bộ phận và vai trò của các bộ phận hình thành nên một

hệ thống rửa tay tự động

Một hệ thống rửa tay tự động được chế tạo khá công phu, dựa trên sự hoạt động của hệ thống cảm biến để điều khiển mạch máy bơm Nhờ sự phát triển ngày càng cao của ngành kĩ thuật điện điện tử và thế giới đang tiến bước trên nền công nghiệp 4.0 nên mọi thứ đều đang dần tự động hóa, dẫn đến cảm biến là quan trọng Nhờ có hệ thống cảm biến mà chúng em có thể tạo ra một hệ thống rửa tay có thể tự động phục vụ con người

1.2 Tìm hiểu một số thiết bị và linh kiện điện tử

a) Điện trở

Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kết nối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác Điện trở công suất có thể tiêu tán một lượng lớn điện năng chuyển sang nhiệt năng có trong các

bộ điều khiển động cơ, trong các hệ thống phân phối điện Các điện trở thường có trở kháng cố định, ít bị thay đổi bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động Biến trở là loại điện trở

có thể thay đổi được trở kháng như các núm vặn điều chỉnh âm lượng Các loại cảm biến

có điện trở biến thiên như: cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứng hóa học

Hình 1.1: Hình ảnh thực tế của điện trở Điện trở là loại linh kiện phổ biến trong mạng lưới điện, các mạch điện tử, Điện trở thực tế có thể được cấu tạo từ nhiều thành phần riêng rẽ và có nhiều hình dạng khác nhau, ngoài ra điện trở còn có thể tích hợp trong các vi mạch IC

Điện trở được phân loại dựa trên khả năng chống chịu, trở kháng… tất cả đều được các nhà sản xuất ký hiệu trên nó

*) Ký hiệu– Quy ước:

- Ký hiệu của điện trở trong một Sơ đồ mạch điện thay đổi tùy theo tiêu chuẩn của

mỗi quốc gia Có hai loại phổ biến như sau: kí hiệu điện trở kiểu Mỹ và kí hiệu điện trở theo kiểu (IEC)

Hình 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn EU và US

- Các giá trị ghi trên điện trở thường được quy ước bao gồm 1 chữ cái xen kẽ với các chữ số theo tiêu chuẩn IEC 6006 được dùng để thuận tiện trong đọc ghi các giá trị người

ta phân cách các số thập phân bằng một chữ cái Ví dụ 8k2 có nghĩa là 8.2 kΩ 1R2 nghĩa

là 1.2 Ω, và 18R có nghĩa là 18 Ω

*) Đơn vị điện trở: Ohm (ký hiệu: Ω)

Là đơn vị trong hệ SI của điện trở, được đặt theo tên Georg Simon Ohm Một ohm tương đương với vôn/ampere Các điện trở có nhiều giá trị khác nhau gồm milliohm (1

mΩ = 10−3 Ω), kilohm (1 kΩ = 103 Ω), và megohm (1 MΩ = 106 Ω)

*) Nguyên lý hoạt động điện trở

- Đặc tính của một điện trở lý tưởng được biểu diễn bởi định luật Ohm như sau:V=IR

- Định luật Ohm nói rằng: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện (I) và tỉ lệ này là một hằng số điện trở (R)

- Nguyên lý hoạt động điện trở:

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

- Ví dụ: Nếu một điện trở 300 Ohm được nối vào điện áp một chiều 12V, thì cường

độ dòng điện đi qua điện trở là 12 / 300 = 0.04 Amperes

- Điện trở thực tế cũng có một số điện cảm và điện dung có ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều hiện nay

*) Cách đọc điện trở

- Điện trở 4 vòng màu

- Vòng A, B chỉ trị số tương ứng với màu - Vòng C chỉ hệ số nhân - Vòng D chỉ sai số Màu Vòng A, B Vòng C Vòng D Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Lục Lam Tím Xám Trắng Vàng nhũ Bạc Màu thân điện trở 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

………

……

x100 = x1 x101 = x10 x102 = x100 x103 = x1000 x104 = x10000 x105 = x100000 x106 = x1000000 x107 = x10000000 x108 = x100000000 x109 = x1.000000000 x10-1 = x0,1 x10-2 = x0, 01 ………

………

+ 1% +2% + 3%

………

………

………

………

………

+ 5%

+ 10%

+ 20%

+) Điện trở ở vị trí bên trái có giá trị được tính như sau:

R=45×102Ω=4,5KΩ

Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với 5, và đỏ tương ứng với giá trị số

mũ 2 Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màu kim loại vàng

+) Điện trở ở vị trí giữa có giá trị được tính như sau:

R=380×103Ω=380KΩ

Bởi vì cam tương ứng với 3, xám tương ứng với 8, đen tương ứng với 0, và cam

tương ứng với giá trị số mũ 3 Vòng cuối cho biết giá trị sai số là 2% ứng với màu đỏ +) Điện trở ở vị trí bên phải có giá trị được tính như sau:

R=527×104Ω=5270KΩ

Bởi vì xanh lục tương ứng với 5, đỏ tương ứng với 2, và tím tương ứng với 7, vàng tương ứng với số mũ 4, và nâu tương ứng với sai số 1% Vòng màu cuối cho biết sự thay đổi giá trị của điện trở theo nhiệt độ là 10 PPM/°C

Lưu ý:

- Để tránh lẫn lộn trong khi đọc giá trị của các điện trở, đối với các điện trở có tổng

số vòng màu từ 5 trở xuống thì có thể không bị nhầm lẫn vì vị trí bị trống không có vòng màu sẽ được đặt về phía tay phải trước khi đọc giá trị Còn đối với các điện trở có độ chính xác cao và có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ thì vòng màu tham số nhiệt sẽ được nhìn thấy có chiều rộng lớn hơn và phải được xếp về bên tay phải trước khi đọc giá trị

- Do các điện trở cố định thường có sai số đến 20%, tức là có thể biến đổi xung quanh trị số danh định đến 20% Cho nên không cần thiết phải có tất cả các trị số 10, 11,

12, 13, … Mặt khác các mạch điện thông thường đều cho phép sai số theo thiết kế Nên chỉ cần các trị số 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 150, 200, … là đủ

b) Cảm Biến Hồng Ngoại

Cảm biến hồng ngoại là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor tức là bộ cảm biến

bị động tiêu dùng kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại chính là các tia nhiệt được phát ra trong khoảng các nóng Thân nhiệt ở cơ thể người thông thường là 37 độ C và trong cơ thể luôn phát ra những tia nhiệt hay còn được gọi là các tia hồng ngoại Và từ

đó chúng sẽ dùng 1 tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng dấu hiệu điện và nhờ đó

mà với thể khiến cảm biến phát hiện được các vật thể đang di chuyển đến

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Hình 1.3: Hình ảnh cảm biến hồng ngoại

*) Nguyên lý hoạt động: Mọi vật thể đều có thể phát ra được một loại tia được gọi là tia hồng ngoại Và bản thân con người cũng phát ra tia nhiệt – tia hồng ngoại Cảm biến hồng ngoại sẽ nhận biết được sự có mặt của nguồn nhiệt thông qua các tia hồng ngoại

và tự động cấp nguồn điện và báo động cho thiết bị đèn chiếu sáng Cảm biến hồng ngoại có nhạy hay không là dựa vào nhiệt độ của môi trường Nhiệt độ môi trường càng thấp thì cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao hơn

*) Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại:

- Cảm biến hồng ngoại là thiết bị có nhiều tính năng nổi bật như: bật tắt đèn tự động, báo trộm, mở cửa tự động…

- Cảm biến hồng ngoại giúp bật tắt đèn tự động: Với chức năng bật đèn tự động khi

có người bước vào thì cảm biến hồng ngoại tự động đèn sẽ sáng lên Và khi người di chuyển đến đâu thì đèn sẽ sáng đến đó Vì thế mà ở các không gian lắp đặt thiết bị cảm biến hồng ngoại ở những vị trí như hành lang dùng bật đèn chiếu sáng lối đi hoặc nhà vệ sinh sẽ giúp cho các không gian đó được chiếu sáng luôn

- Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm: So với các thiết bị chống trộm khác thì việc

sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm tốt nhất, bảo vệ được gia đình Bởi khi đêm đến nếu có trộm bước vào nhà hay đi qua sân vườn, ban công của nhà bạn,

đi ngang qua mắt cảm ứng mà trộm không xác định được vị trí lắp đặt của cảm biến thì thiết bị hú còi và ngay lúc đó thì chủ nhà biết có trộm để đề phòng và có biện pháp xử lý kịp thời

- Cảm biến hồng ngoại giúp mở cửa tự động: Hiện nay có nhiều thiết bị cảm biến hồng ngoại được lắp đặt kèm theo chế độ mở cửa tự động giúp cho người dùng có thể tiện lợi và linh hoạt hơn khi sử dụng và lắp đặt các thiết bị

c) Transistor NPN

Định nghĩa: Các transistor trong đó một nguyên liệu loại p được đặt giữa hai vật liệu loại n được gọi là transistor NPN Transistor NPN khuếch đại tín hiệu yếu đi vào cơ sở và tạo ra tín hiệu khuếch đại mạnh ở đầu thu Trong bóng bán dẫn NPN, hướng chuyển động của một electron là từ vùng phát đến vùng thu do đó dòng điện cấu thành trong bóng bán dẫn Loại bóng bán dẫn như vậy chủ yếu được sử dụng trong mạch vì các hạt mang điện đa số của chúng là các electron có độ linh động cao so với lỗ trống

Hình 1.4: Nguyên lí hoạt động của trans is tor NPN

*) Cấu tạo Transistor NPN:

Transistor NPN có hai điốt được kết nối trở lại Các diode ở phía bên trái được gọi là một diode phát cơ sở và các điốt ở phía bên trái được gọi là diode collector -base Những tên này được đưa ra theo tên của các thiết bị đầu cuối

Hình 1.5: Cấu tạo của trans is tor NPN Transistor NPN có ba thiết bị đầu cuối, đó là bộ phát, bộ thu và cơ sở Phần giữa của bóng bán dẫn NPN được pha tạp nhẹ, và nó là yếu tố quan trọng nhất trong hoạt động của bóng bán dẫn Bộ phát được pha tạp vừa phải, và bộ thu được pha tạp nặng

*) Sơ đồ mạch của bóng bán dẫn NPN

Sơ đồ mạch của bóng bán dẫn NPN được hiển thị trong hình dưới đây Bộ thu và mạch cơ

sở được kết nối theo xu hướng ngược trong khi bộ phát và mạch cơ sở được kết nối theo

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

xu hướng thuận Bộ thu luôn được kết nối với nguồn cung cấp tích cực và cơ sở là nguồn cung cấp âm để kiểm soát trạng thái BẬT / TẮT của bóng bán dẫn

Hình 1.6: Sơ đồ mạch bán dẫn NPN

*) Nguyên tắc hoạt động của Transistor NPN:

Sơ đồ mạch của bóng bán dẫn NPN được hiển thị trong hình dưới đây Xu hướng chuyển tiếp được áp dụng trên đường giao nhau của cơ sở phát và phân cực ngược được áp dụng trên đường giao nhau của cơ sở thu Điện áp phân cực thuận VEB nhỏ so với điện áp phân cực ngược VCB

Hình 1.7: Sơ đồ mạch bóng bán dẫn NPN

 Bộ phát của bóng bán dẫn NPN bị pha tạp nặng Khi phân cực thuận được áp dụng trên bộ phát, các hạt mang điện đa số di chuyển về phía gốc Điều này làm cho phát hiện tôi E Các electron nhập vào vật liệu loại P và kết hợp với các lỗ trống

 Cơ sở của bóng bán dẫn NPN được pha tạp nhẹ Do đó chỉ có một vài electron được kết hợp và còn lại cấu thành cơ sở hiện tại tôi B Dòng cơ sở này đi vào khu vực thu Điện thế phân cực ngược của vùng collector áp dụng lực hấp dẫn cao lên các

electron chạm tới điểm tiếp giáp collector Do đó thu hút hoặc thu thập các điện tử tại

bộ thu

 Toàn bộ dòng phát ra được nhập vào cơ sở Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng dòng phát là tổng của bộ thu hoặc dòng cơ sở

 Trong hướng dẫn trước, chúng ta đã thấy rằng Transitor Bipolar hoặc BJT tiêu

chuẩn, có hai dạng cơ bản Loại NPN ( Negative- Positive- N egative)và PNP Negative- Positive)

(Positive- Cấu hình bóng bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là Transitor NPN Chúng tôi cũng học được rằng các mối nối của bóng bán dẫn lưỡng cực có thể bị sai lệch theo một trong ba cách khác nhau – Cơ sở chung, Bộ phát chung và Bộ thu chung

 Trong hướng dẫn này về các bóng bán dẫn lưỡng cực, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn

về cấu hình của Bộ phát chung chung Emitter sử dụng Transitor NPN lưỡng cực với một

ví dụ về việc chế tạo một bóng bán dẫn NPN cùng với các đặc tính dòng điện của bóng bán dẫn được đưa ra dưới đây

d) Diode 1N4007

1N4007 là một diode đa năng được sử dụng rộng rãi Nó thường được dùng làm bộ chỉnh lưu trong phần nguồn điện của các thiết bị điện tử để chuyển đổi điện áp AC thành DC với các tụ lọc khác Nó là một diode của dòng 1N400x, trong đó cũng có những diode tương tự khác từ 1N4001 đến 1N4007 và sự khác biệt duy nhất giữa chúng là điện

áp ngược lặp lại tối đa

Nó cũng có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng chung nào cần diode Diode 1N4007 được chế tạo để làm việc với điện áp cao và nó có thể dễ dàng xử lý điện áp dưới 1000V Với dòng điện trung bình 1000mA hay 1A, công suất tiêu thụ 3W, kích thước nhỏ và giá rẻ diode này rất lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau

*) Tính năng / thông số kỹ thuật

 Loại gói: DO-45 và SMDiphio

 Loại diode: diode ứng dụng chung chỉnh lưu silicon

 Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 1000 V

 Dòng Fwd trung bình: 1000mA

 Dòng Fwd tối đa không lặp lại: 30A

 Công suất tiêu thụ tối đa là: 3W

 Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +175 độ C

 Sơ đồ chân cực âm dương của diode 1N4007