Báo cáo Đồ Án môn học linh kiện bán dẫn và vi mạch dự Án basic line following robot using comparator ic

Tr ng thời gi n th m gi lớp học, chúng m đã học đ ợc rất nhiều điều vềmạch điện, các linh kiện điện tử, cũng nh có cơ hội th m gi thực hành vớicác thiết bị thực tế nh Tr nsist r, Di d ,…

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

BÁ CÁ ĐỒ ÁN MÔN HỌC:

LINH KIỆN BÁN DẪN VÀ VI MẠCH

DỰ ÁN:

B SIC LIN F LL WING R B T USING C MP R T R IC

Tên thành viên: Phạm Việt Đ n - 23021239

Phạm Thành D nh - 23021225

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Cơ điện tử

GV hướng dẫn: ThS.Phạm Đình Tuân

Lớp học phần: EM 2021E 2

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 3

1.1, Lời mở đầu 3

1.2, Giới thiệu về dự án 4

1.3, Lý do chọn đề tài phát triển 4

1.4, C sở lý thu ết 5

1.5, Bố cục bài báo cáo 6

PHẦN II: XÂY DỰNG DỰ ÁN 7

2.1, Giới thiệu các linh kiện 7

2.2, S đồ ngu ên lý mạch điện 11

2.3, Chức năng củ các thành phần 13

2.4, Các kiến thức được sử dụng 16

PHẦN III: TÍNH T ÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 17

3.1, Các hiệu điện thế phụ thuộc vào qu ng trở 17

3.2, Hiệu điện thế củ IC LM358 19

3.3, Hiệu điện thế các cực củ tr nsistor 21

PHẦN IV: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM 23

4.1, Mô phỏng dự án trên phần mềm Prot us 23

4.2, Chạ thử thực tế 24

PHẦN V: KẾT LUẬN 25

5.1, Kết quả đạt được 25

PHẦN I: MỞ ĐẦU

1.1, Lời mở đầu

Tr ớc tiên, chúng m xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầ –

ng ời đã tận tình giảng dạ và tru ền đạt những kiến thức quý báu ch chúng

m tr ng suốt 10 tuần học vừ qu Môn học linh kiện bán dẫn và vi mạchthực sự là một môn học thú vị, bổ ích và m ng tính thực tiễn c Qu mônhọc nà , chúng m đã đ ợc tiếp cận nhiều kiến thức hữu ích, gắn liền vớinhu cầu thực tế củ sinh viên ngành Cơ điện tử và ngành Điện tử nói chung

Tr ng thời gi n th m gi lớp học, chúng m đã học đ ợc rất nhiều điều vềmạch điện, các linh kiện điện tử, cũng nh có cơ hội th m gi thực hành vớicác thiết bị thực tế nh Tr nsist r, Di d ,… Những trải nghiệm nà khôngchỉ giúp chúng m có cái nhìn trực qu n và sâu sắc hơn về các linh kiện điện

tử mà còn làm nổi bật v i trò qu n trọng củ chúng đối với đời sống

Những kiến thức và kinh nghiệm mà thầ đã tru ền đạt chắc chắn sẽ làhành tr ng quý giá để chúng m tự tin trên c n đ ờng học tập và làm việc

tr ng t ơng l i Đ ợc học tập d ới sự h ớng dẫn củ thầ là một niềm vinh

dự lớn đối với chúng m

Một lần nữ , chúng m xin chân thành cảm ơn thầ !

1.2, Giới thiệu về dự án

Tr ng bối cảnh phát triển mạnh mẽ củ công nghệ và tự động hó , việcnghiên cứu và thiết kế các hệ thống điều khiển tự động phổ biến là R b tđóng v i trò qu n trọng tr ng việc nâng c hiệu quả và tính năng động củcác ứng dụng công nghiệp và dân dụng Một tr ng những ứng dụng tiêu biểu

và phổ biến tr ng lĩnh vực nà là x dò lin (lin f ll wing r b t), một l ại

R b t có khả năng tự động di chu ển th đ ờng lin đã đ ợc định tr ớc Đềtài "Mạch điều khiển ch x dò lin " đ ợc chúng m lự chọn nhằm khámphá và thực hành các khí cạnh kỹ thuật củ việc xâ dựng hệ thống điềukhiển tự động cơ bản, cung cấp nền tảng vững chắc ch các dự án phức tạphơn tr ng t ơng l i

1.3, Lý do chọn đề tài phát triển

- Tính thực tiễn và ứng dụng

 X dò lin là mô hình thu nhỏ củ các hệ thống điều khiển tự động

tr ng công nghiệp, nh dâ chu ền sản xuất, gi thông thông minh,

và R b t dịch vụ, vận chu ển

 Việc thiết kế x giúp sinh viên hiểu rõ cách h ạt động củ cảm biến, vimạch và thuật t án điều khiển Đặc biệt, IC LM358, với v i trò bộ ssánh (c mp r t r), cung cấp giải pháp tiết kiệm và hiệu quả tr ng xử

lý tín hiệu từ cảm biến, đảm bả hệ thống h ạt động ổn định

- Lợi ích học tập

Đề tài tạ cơ hội áp dụng lý thu ết và thực tiễn, giúp sinh viên rèn lu ện:

 Kỹ năng thiết kế mạch: Học cách thiết kế và xử lý tín hiệu cảm biến

- Tiềm năng phát triển

 Giảng dạ và nghiên cứu: Công cụ hữu ích để phát triển thuật t án

điều khiển tiên tiến

 Ngu ên tắc h ạt động củ qu ng điện trở:

Qu ng điện trở (LDR - Light D p nd nt R sist r) là một l ại điện trở

mà giá trị điện trở củ nó th đổi dự trên c ờng độ ánh sáng chiếu và Khi ánh sáng chiếu và qu ng điện trở, điện trở củ nó giảm đi, ch phépdòng điện đi qu dễ dàng hơn Ng ợc lại, khi ánh sáng giảm h ặc không

có ánh sáng, điện trở củ qu ng điện trở tăng lên

- p mp

p mp là một l ại bộ khuếch đại điện tử đ ợc thiết kế để khuếch đạitín hiệu điện áp Tr ng hệ thống x dò lin , p mp đ ợc sử dụng đểkhuếch đại tín hiệu điện từ qu ng điện trở Khi tín hiệu đầu r từ qu ngđiện trở là một tín hiệu ếu, p mp sẽ khuếch đại tín hiệu nà để đảm

bả rằng các mạch điều khiển có thể nhận biết đ ợc một cách chính xác

- Tr nsist r Thuận

Tr nsist r thuận là một l ại tr nsist r l ỡng cực với cấu trúc b lớp N-P Nó h ạt động nh một công tắc điện tử, có thể chu ển đổi dòng điệnlớn từ nguồn cung cấp dự trên một dòng điều khiển nhỏ

P-1.5, Bố cục bài báo cáo

PHẦN II: XÂY DỰNG DỰ ÁN

2.1, Thông số củ mạch điện và linh kiện

- Thông số mạch điện: Nguồn đầu và 3V.

- Thông số củ các linh kiện chính:

 Tụ điện: tụ hó phân cực, có dung môi là một lớp hó chất

+ Điện dung: 100 uF.

4 GND Nối đất / chân âm ch cả 2 p mp

5 Inv rting Input B Đầu và đả củ phần thứ h i (phần B) củ IC h

+ Điện áp cực gốc - cực phát tối đ (VBE): -5V

+ Công suất tiêu tán tối đ (Pc): 1W

+ Tần số chu ển tiếp tối đ (fT): 100 MHz

+ Độ lợi dòng điện DC tối thiểu và tối đ (hFE): 40 đến 400

+ Nhiệt độ l u trữ & h ạt động là: -65 đến + 150 độ C

- Bảng tên gọi, hình ảnh và số l ợng linh kiện (Bảng 2.1.2):

10Ω: 2 cái51Ω: 4 cái3,3kΩ: 2 cái

2.2, S đồ ngu ên lý mạch điện

- Sơ đồ mạch mô phỏng trên phần mềm Pr t us (Hình 2.2.1)

Hình 2.2.2 ( ): Sơ đồ hàn mạch

(b), (c): Hàn trên mạch PCB lỗ

- Sơ đồ khối mô tả thuật t án:

2.3, Chức năng củ các linh kiện

- Tụ điện C1 và C2:

 Ổn định điện áp: Khi dòng điện qu di d th đổi nh nh chóng, tụ

điện sẽ giúp giữ ch điện áp không th đổi quá đột ngột, bả vệ cáclinh kiện khác tr ng mạch

 Giảm đỉnh điện áp: Khi di d chu ển từ trạng thái dẫn s ng trạng

thái ngắt, có thể tạ r các đỉnh điện áp Tụ điện nối s ng s ng giúphấp thụ các đỉnh nà , giảm ngu cơ hỏng hóc ch di d và các linhkiện khác

- Điện trở:

 R3, R4: mắc phản hồi về nguồn giúp nâng c hiện điện thế ở V3 V4

để đủ hiệu điện thế ngắt mạch ở phân cực B củ tr nsit rs thuận 8550

 R5 và R6:

 Giới hạn dòng điện và ổn định hoạt động củ L D: Điện trở

nối tiếp giúp giới hạn dòng điện qu di d LED để bả vệ LEDkhông bị hỏng d dòng điện quá lớn LED là linh kiện nhạ cảmvới dòng điện, nên việc giới hạn dòng là cần thiết để đảm bảtuổi thọ củ LED

 Bảo vệ tụ điện: Điện trở nối tiếp cũng giúp bả vệ tụ điện khỏi

các xung điện áp và dòng điện đột ngột, giảm ngu cơ hỏng hóc

ch tụ điện

 Điều chỉnh thời gi n phản hồi: Tr ng một số mạch, tụ điện có

thể đ ợc dùng để làm m ợt điện áp h ặc tạ r một độ trễ Điệntrở nối tiếp cùng với tụ điện tạ thành một mạch RC, giúp điềuchỉnh thời gi n phản hồi củ mạch

 R7 và R8: giúp ổn định h ạt động củ qu ng trở

 R9 , R10:

 Ổn định đầu r : Điện trở tải giúp ổn định điện áp đầu r , đảm

bả không có d động h ặc biến động không m ng muốn

 Tạo dòng điện cố định: Giúp tạ r dòng điện cố định qu

mạch, đảm bả h ạt động ổn định củ các thiết bị kết nối phí

s u

 Điều chỉnh thời gi n phản hồi: Tr ng một số mạch, tụ điện có

 R11, R12 cùng LED: giúp phát hiện x m có hiệu điện thế trên 2 đầu

m t r không, từ đó biết đ ợc m t r có bị h h không R11 và R12

đ ợc dùng để bả vệ đèn LED

- Biến trở 3 chân:

 R1, R2 : vì trên thực tế sẽ có s i số nên 2 biến trở t m giác nà đóng

v i trò điều chỉnh độ nhạ củ qu ng trở LDR1 và LDR2 đối với ánhsáng

 Có thể dùng để cân chỉnh ng ỡng điện áp đầu r củ mạch khuếch đại,đảm bả tín hiệu đầu r chính xác

- Tr nsistor 8550:

Tr nsist r h ạt động nh một công tắc tự động, ch phép h ặc ngắtdòng điện qu động cơ Khi tín hiệu từ p mp (bộ s sánh) đ ợc đ đến

cơ sở củ tr nsist r, nếu tín hiệu đủ mạnh (v ợt qu ng ỡng kích h ạt),

tr nsist r sẽ dẫn dòng điện từ c ll ct r đến mitt r, cấp điện ch động cơ

và làm ch x di chu ển Ng ợc lại, khi tín hiệu không đủ mạnh,

tr nsist r sẽ không dẫn điện, ngắt dòng điện đến động cơ và x sẽ dừnglại h ặc th đổi h ớng đi

Có thể điều khiển dòng điện lớn từ tín hiệu nhỏ, d đó th ờng ghépvới IC khuếch đại h ặc qu ng trở

- Đèn L d trắng D1 và D2:

2 chiếc đèn l d đ ợc lắp ở 2 bên có nhiệm vụ phát sáng để chchúng t biết qu ng trở đ ng tiếp nhận ánh sáng mạnh h ặc ếu

- Đèn L d trắng D3 và D4:

Chiếu ánh sáng trắng đến vùng phản xạ vì màu trắng là màu phản

xạ mạnh nhất khi tiếp xúc với vật phản xạ và bị hấp thụ khi gặp vật màu

- Qu ng trở LDR1 và LDR2:

Tr ng hệ thống x dò lin , qu ng điện trở đ ợc sử dụng để pháthiện vạch đ n trên đ ờng đi Khi qu ng điện trở phát hiện ánh sáng bị hấpthụ bởi vạch đ n, điện trở củ nó tăng lên, tín hiệu điện đầu r sẽ th đổi,giúp hệ thống nhận biết đ ợc vị trí củ vạch đ n

- IC khuếch đại thuật toán LM358:

IC LM358 là một l ại p mp s sánh (c mp r t r) Bộ s sánh

nà có thể s sánh tín hiệu điện áp từ qu ng điện trở với một mức điện ápchuẩn Khi tín hiệu từ qu ng điện trở v ợt qu mức điện áp chuẩn, bộ ssánh sẽ tạ r một tín hiệu đầu r Tín hiệu nà s u đó có thể đ ợc sửdụng để điều khiển động cơ củ x , giúp x di chu ển th vạch đ n đãđịnh tr ớc

PHẦN III: TÍNH T ÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

3.1, Các hiệu điện thế phụ thuộc vào qu ng điện trở

- Tính t án các hiệu điện thế củ đầu và đả và đầu và không đả phụthuộc và qu ng điện trở (Hình 3.1.1):

Hình 3.1.1: Đặt các nút ch mạch điện

- Đặt nút V1 và V2 nh trên hình t có:

𝑉1 = 𝑉𝑖𝑛

𝑅1 + 𝐿𝐷𝑅1𝐿𝐷𝑅1𝑉2 = 𝑉𝑖𝑛

𝑅2 + 𝐿𝐷𝑅2𝐿𝐷𝑅2

- Với: điện trở củ qu ng trở LDR1 và LDR2 nằm tr ng kh ảng từ 0 đến ∞(rất lớn kh ảng vài MΩ)

- Đặt các giá trị củ biến trở t m giác ở mức 10kΩ, khi các qu ng trở đạtgiá trị cực đại (lấ giá trị bằng 5MΩ):

- Khi LDR2 = LDR1 ⇒ V2 = V1 (Hình 3.1.3):

Hình 3.1.3: Khi LDR2 = LDR1

3.2, Hiệu điện thế củ IC LM358

- Sơ đồ IC LM358 (Hình 3.2.1):

3.3 Hiệu điện thế các cực củ tr nsistor 8550

è Ch đạt đến hiệu điện thế ng ỡng, tr nsist r ch mở, mô tơ ch

qu

- Khi V_ ut củ LM358 ở mức thấp (xấp xỉ 0V)

𝑉𝐸− 𝑉𝑜𝑢𝑡𝐴 ≈ 𝑉𝑖𝑛 – 0 = 3 − 0 = 3 > 0,6

è Ch đạt đến hiệu điện thế ng ỡng, tr nsist r ch mở, mô tơ ch

qu

- Khi V_ ut B củ LM358B ở mức thấp (xấp xỉ 0V)

𝑉𝐸− 𝑉𝑜𝑢𝑡𝐴 ≈ 𝑉𝑖𝑛 – 0 = 3 − 0 = 3 > 0,6

PHẦN IV: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM

4.1 ,Mô phỏng dự án trên phần mềm Prot us

- Khi chiếu sáng LDR2 mạnh hơn LDR1 thì m t r bên phải qu mạnh vàđèn LED D2 sáng (Hình 4.1.1):

Hình 4.1.1: Đèn D2 sáng

- Khi chiếu sáng LDR1 mạnh hơn LDR2 thì m t r bên trái qu mạnh vàđèn LED D1 sáng (Hình 4.1.2):

Hình 4.1.2: Đèn D1 sáng

- Vid :

“https://driv g gl c m/fil /d/1iZ G39Mz_fTHP_6m9lql

W-pLTWz7TW/vi w?usp=driv _link”

- Khu vực đèn D1 D2 (Hình 4.1.4):

Hình 4.1.4: Đèn D1D2

PHẦN V: KẾT LUẬN

5.1 ,Kết quả đạt được

Kết luận

- Thiết kế đ ợc r 1 sản phẩm điều khiển x dò lin chạ trên đ ờng lin

tu x còn đơn giản đôi khi xả r lỗi nh ng vẫn h ạt động là b ớc đầu

5.2 , Một số vấn đề gặp phải trong quá trình hoàn thiện sản phẩm

- Một số linh kiện hiếm gặp cản trở tr ng quá trình chọn linh kiện:

- Nhận diện đ ợc các thuật t án c cấp PID và áp dụng tr ng vi điều

khu ển để nâng cấp hơn tr ng các dự án phức tạp hơn, ứng dụng tr ngcác dự án x tự hành tr ng t ơng l i

b Kết luận

Đâ là thành quả s u hơn 10 tuần học tập và nghiên cứu d ới sựdẫn dắt củ thầ , dự án tu ch bắt mắt và còn nhiều thiếu xót nh ng đâ

sẽ là b ớc đấu ch sự phát triển ch bản thân chúng m

Chúng m xin cảm ơn thầ rất nhiều

5.4 ,Tài liệu th m khảo

Slid củ thầ trên C nv s UET

Tài liệu tr ng giá trình

“https://www utub c m/w tch?v=zsQiTp7Yi-c ”

“https://www utub c m/w tch?v=ZQjmUt3_ffM”

“https://www utub c m/w tch?v=ScIiK2 LTj ”