ĐỒ ÁN Thiết kế và chế tạo máy sấy khô tay tự động không chạm áp dụng cho hộ gia đình và khu vệ sinh công cộng

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: Thiết kế và chế tạo máy sấy khô tay tự động không chạm áp dụng cho hộ gia đình và khu vệ sinh công cộng A. Tìm hiểu về đề tài Trên thực tế hiện nay, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp hình ảnh những thiết bị sấy khô 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 sấy khô 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 máy sấy khô tay tự động. Máy sấy khô tay tự động được thiết kế sử dụng để sấy khô tay thay vì phải dùng giấy hoặc khăn lau tay như truyền thống. Sự xuất hiện của sản phẩm này mang đến một trài nghiệm hoàng kim mới cho người sử dụng. Việc sử dụng máy sấy khô tay rất đơn giản, chỉ cần đặt tay dưới máy sấy (hầu hết các loại máy sấy phổ thông đều dùng là đặt tay xuống dưới) tác động tới cảm biến nhận diện, từ đó lan tỏa làn gió ra xung quanh. Tay bạn sẽ được sấy khô nhanh chóng, nhẹ nhàng Một máy sấy khô tay tự động được chế tạo khá công phu, dựa trên sự hoạt động của hệ thống cảm biến để điều khiển khối quạt nhiệt. 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 máy sấy khô tay đơn giản có thể tự động phục vụ cho mọi người trong gia đình.

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI: Thiết kế và chế tạo máy sấy khô tay tự động không chạm áp dụng cho hộ

gia đình và khu vệ sinh công cộng

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ THÀNH SƠN SINH VIÊN THỰC HIỆN: Phan Thị Thu Hân (122201.1)

Chu Văn Huấn (122201.1)Nguyễn Danh Lộc (122201.4)

Hà Đức Nam (122201.4)

LỚP : 122201.1 & 122201.4

Hưng Yên, Năm 2021

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Điểm ĐG (tối đa 10)

1 Năng lực chung ( Ý thức thực hiện và khả năng làm việc nhóm)

2 Năng lực chuyên môn( Kiến thức lí thuyết , Khả năng thự hành)

Điểm kết luận : Hưng Yên , ngày tháng năm

NGƯỜI ĐÁNH GIÁ

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 LÊ THÀNH SƠN đã giao

cho chúng em nghiên cứu đề tài: “Thiết kế và chế tạo máy sấy khô tay tự động không

chạm áp dụng cho hộ gia đình và khu vệ sinh công cộng” 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

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Danh mục hình ảnh 6

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI VÀ LINH KIỆN 7

A ĐỀ TÀI 7

B LINH KIỆN 7

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 18

A THIẾT KẾ 18

B CHẾ TẠO 23

KẾT LUẬN 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 25

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1: Ký hiệu và hình dạng của điện trở 6

Hình 1.2: Ký hiệu và hình dạng của tụ điện 8

Hình 1.3: Sơ đồ chân IC 7805 9

Hình 1.4: Mô hình máy biến áp với khung sắt,cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp 10

Hình 1.5: Ký hiệu máy biến áp trong mạch điện 10

Hình 1.6: Sơ đồ chân cực âm dương của diode 11

Hình 1.7: Cấu tạo của diode 11

Hình 1.8: Cấu tạo của transistor 12

Hình 1.9: Sơ đồ phân cực cho Transistor NPN 13

Hình 1.10: Cấu tạo và cách nối chân cho Relay 15

Hình 1.11: Cảm biến hồng ngoại 16

Hình 2.1: Sơ đồ khối toàn mạch 18

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 18

Hình 2.3: Dạng sóng điện áp trước và sau chỉnh lưu 19

Hình 2.4: Dạng sóng điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện 19

Hình 2.5: Sơ đồ khối tạo tín hiệu 20

Hình 2.6: Sơ đồ khối điều khiển 21

Hình 2.7: Sơ đồ khối thực thi 22

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 23

Hình 2.9: Sơ đồ boar mạch 24

Hình 2.10: Sơ đồ bố trí linh kiện 24

Hình 2.11: Mạch thực 25

HÌnh 2.12: Sản phẩm thực 26

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI VÀ LINH KIỆN

A Tìm hiểu về đề tài

Trên thực tế hiện nay, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp hình ảnh những thiết bị sấy

khô 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 sấy khô 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 sâuhơn về nguyên lý hoạt động, cấu tạo các bộ phận và vai trò của các bộ phận hình thành nên một máy sấy khô tay tự động

Máy sấy khô tay tự động được thiết kế sử dụng để sấy khô tay thay vì phải dùng giấy hoặc khăn lau tay như truyền thống Sự xuất hiện của sản phẩm này mang đến một trài nghiệm hoàng kim mới cho người sử dụng Việc sử dụng máy sấy khô tay rất đơn giản, chỉ cần đặt tay dưới máy sấy (hầu hết các loại máy sấy phổ thông đều dùng là đặt tay

xuống dưới) tác động tới cảm biến nhận diện, từ đó lan tỏa làn gió ra xung quanh Tay bạn sẽ được sấy khô nhanh chóng, nhẹ nhàng

Một máy sấy khô tay tự động được chế tạo khá công phu, dựa trên sự hoạt động của

hệ thống cảm biến để điều khiển khối quạt nhiệt 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 máy sấy khô tay đơn giản có thể tự động phục vụ cho mọi người trong gia đình

B Một số thiết bị và kinh kiện điện tử

1.1 Điện trở

a) Khái niệm, cấu tạo, kí hiệu

- Khái niệm: Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để cản trở dòng điện.

- Đơn vị: Ohm (ký hiệu: Ω))

- Ký hiệu và hình dạng:

Ký hiệu Hình dạng

Hình 1.1: Ký hiệu và hình dạng của điện trở

- Cấu tạo: Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điển trở suất cao như làm

bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn

b) Phân loại

- Điện trở thường: điện trở thường là các loại điện trở có công suất nhỏ từ 0,125Wđến 0,5W

- Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

- Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trởnày có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

- Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên lõi than và có 1lớp cách điện thường bằng sứ hoặc nhựa tổng hợp để tạo ra điện trở có giá trị nhỏ

và chịu được công suất tiêu tán lớn Thường được sử dụng trong các mạch cungcấp điện của các thiết bị điện

- Điện trở điều chỉnh: hay còn gọi là biến trở, giá trị điện trở có thể thay đổi được tùyý

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%

d) 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:

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

1.2 Tụ điện

a) Khái niệm

- Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động có khả năng tích và giải phóng năng lượng

dưới dạng điện trường

- Ký hiệu và hình dạng:

Ký hiệu

Hình dạng

Hình 1.2: Ký hiệu và hình dạng của tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử,chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoaychiều, mạch tạo dao động

b) Cấu tạo

- Cẩu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện

gọi là điện môi

- Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi

và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như tụ

giấy, tụ gốm, tụ hoá

1.3 Biến áp

- Cấu tạo: Bộ phận chính của máy biến áp là một khung sắt non (có pha silic) gồm

nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện lại với nhau để hạn chế dòng điện Fu-cô

(Foucalt) Hai đầu có hai cuộn dây Cuộn thứ nhất có N1 vòng dây nối với nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn thứ 2 có N2 vòng dây nối với các thiết bị tiêu

thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp

Hình 1.3: Mô hình máy biến áp với khung sắt,cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp

Hình 1.4: Ký hiệu máy biến áp trong mạch điện

Nguyên lý của biến áp: Một điện áp hàm sin sẽ tạo ra dòng điện hàm sin trong cuộn dây

sơ cấp, dòng điện này sẽ tạo ra một từ trường biến đổi luân phiên theo quy luật hàm sin Trong biến áp, từ trường biến thiên này được cảm ứng tới một cuộn dây thứ hai qua một lõi sắt từ Điện áp hàm sin được tạo ra trong cuộn dây thứ hai bởi sự thay đổi của từ

thông ΔΦ

Tùy theo số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp mà quyết định biến áp là tăng áp hay

hạ áp

Hình 1.6: Cấu tạo của diode

Diode được cấu tạo từ là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.Diode có hai cực là Anot (A) và Katot (K), nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang K và nóđược coi như van một chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong các máythu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp

- Phân loại: Có nhiều loại diode như diode chỉnh lưu thông thường, diode Zener,diode phát quang (LED)…

1.5 Transistor

- Cấu tạo của Transitor:

Transitor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu

ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược Về phương diện cấu tạo

Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau Cấu trúc này được gọi là Bipolar 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)

Hình 1.7: Cấu tạo của transistor

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thuhay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

- Nguyên tắc hoạt động của Transitor:

Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuyếch đại, Transitor là phần tử

khuyếch đại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng bazo (dòng điều khiển ) Trong

đó β là hệ số khuyếch đại dòng điện

Ic = β.IB

Xét hoạt động của Transistor NPN:

Hình 1.8: Sơ đồ phân cực cho Transistor NPN

Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-)nguồn vào cực E

Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E, trong đócực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E

Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫnkhông có dòng điện chạy qua C - E ( lúc này dòng IC = 0 )

Khi công tắc đóng, tiếp giáp P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ(+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua tiếp giáp BE về cực (-) tạo thànhdòng IB

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua tiếp giáp CE làm bóngđèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB

Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một côngthức

IC = β.IB

Trong đó:

IC là dòng chạy qua tiếp giáp C-E

IB là dòng chạy qua tiếp giáp B-E

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N

để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng vànồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếpgiáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều, một phần nhỏtrong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút

về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor

Trasistor còn có thể làm việc ở chế độ đóng cắt như một khóa điện tử Ta chỉ cần cấpmột điện áp dương (+) vào chân B (đối với loại NPN) thì Transistor sẽ dẫn thông và tùyvào điện áp tại cực B mà điện áp UCE là nhỏ hay đạt giá trị max

1.6 Relay

Rơ-le là một công tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc ở một chỗ cơ bản, rơ-le đượckích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người Chính vì lẽ đó, rơ-le được dùng làm công

tắc điện tử! Vì rơ-le là một công tắc nên nó có 2 trạng thái: đóng và mở.

Hình 1.9: Cấu tạo và cách nối chân cho Relay

Cấu tạo Relay gồm 2 phần:

 Cuộn hút:

Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình

Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V - AC: 110V, 220V

 Cặp tiếp điểm:

Khi không có từ trường ( ko cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm 3 được tiếp xúc với

5 nhờ lực của lò xo (Tiếp điểm thường đóng)

Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 3 bị hút chuyển sang 4 - Trong Relay cóthể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn

1.7 Cảm biến thu phát 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

Hình 1.10: Cảm biến hồng ngoại

Nguyên lý hoạt động: Mọi vật thể đều có thể phát ra được một loại tia được gọi là tiahồng ngoại Và bản thân con người cũng phát ra tia nhiệt – tia hồng ngoại Cảm biếnhồng 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 thấpthì cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao hơn

1.8 Họ IC78xx

IC 78012 là ic ổn áp có chức năng ổn định điện áp đầu ra

Dòng cực đại có thể duy trì 1A

Dòng đỉnh 2.2A

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Ưu điểm : giá thành rẻ, dễ lắp đặt

Nhược điểm: Nhiệt sinh cao, dòng chịu không được cao

Hình 1.8 IC ổn áp

1.9 Bộ phận sấy

Gồm máy sấy nhiệt độ

Khối tín hiệu

Khối điều khiển

Khối thực thi

Khối nguồn

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

A THIẾT KẾ

2.1 Sơ đồ khối toàn mạch

Hình 2.1: Sơ đồ khối toàn mạch

2.2 Khối nguồn

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Nguồn cũng cấp cho toàn mạch là nguồn 5V 1 chiều Nguồn ta dùng ở đây có tính ổnđịnh cao để mạch đếm chính xác nếu ta dùng nguồn không ổn định như pin, khi hết pinthì mạch đếm sẽ bị gián đoạn

Điện áp đầu vào sau khi đi qua biến áp ha áp xuống từ 220V AC-50Hz xuống còn 12V

AC Tiếp theo được đi qua cầu diode để chuyển từ điện áp xoay chiều thành một chiều

Hình 2.3: Dạng sóng điện áp trước và sau chỉnh lưu

Điện áp hiện tại là 12V DC mà yêu cầu điện áp của mạch là 5V DC lên ta cho qua IC ổn

áp 7805 để ổn định điện áp về 5V DC cấp cho mạch hoạt động

Sau chỉnh lưu và ổn áp điện áp còn nhấp nhô ta cho qua tụ để san phẳng điện áp

Tụ điện có điện dùng càng lơn thì điện áp đầu ra càng phẳng cùng với tụ phân cực tadùng thêm tụ gốm để lọc nhiễu cao tần

Hình 2.4: Dạng sóng điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện