Đồ án mạch cảm biến báo cháy báo khói đơn giản

Và đặc biệt,trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận vớimôn đồ án môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên ngànhĐiện Tử Công Nghiệp cũng như tất cả các sin

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO CÔNG THƯƠNG MIỀN TRUNG

KHOA: ĐIỆN TỬ - TIN HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: Đồ án 1 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp

Đề tài:

CẢM BIẾN BÁO CHÁY BÁO KHÓI ĐƠN GIẢN

Giáo viên hướng dẫn: Trần Thị Kim Phượng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Cường

MSSV: 1750000137

Phú Yên, ngay tháng 12 năm 2018

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO CÔNG THƯƠNG MIỀN TRUNG

KHOA: ĐIỆN TỬ - TIN HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: Đồ án 1 Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp

Đề tài:

CẢM BIẾN BÁO CHÁY BÁO KHÓI ĐƠN GIẢN

Giáo viên hướng dẫn: Trần Thị Kim Phượng

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Cường

MSSV: 1750000137

Phú Yên, ngay tháng 12 năm 20

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiêntiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày càng một thay đổi, văn minh và hiệnđại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị vớiđặc điểm nổi bật cũng như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ,… là nhữngyếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngàycàng cao hơn

Là sinh viên còn đang ngồi trên ghế nhà trường, em đã được trao đổinhững kiến thức chuyên môn môn của ngành học Tuy được học và thực hànhnhiều trên lớp nhưng đó chỉ là một phần nào đó nhỏ bé so với kiến thức ngoàithực tế ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải Vì thế, em rấtmuốn vận dụng những kiến thức đã được học vào thực tiễn và học hỏi những gìcòn thiếu Trong những năm học tập, thực tập nghiên cứu vừa qua, được sự giúp

đỡ của các thầy cô bộ môn, em đã học hỏi được rất nhiều điều trong thực tế,cũng như tìm hiểu chung vấn đề, tài liệu liên quan giúp ích cho việc hoàn thànhbáo cáo đồ án này Vì thế sau khi cân nhắc và được sự góp ý của thầy cô em đãchọn đề tài: “ Mạch cảm biến báo cháy báo khói đơn giản”

Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiều thiếu sót, rất mongthầy cô thông cảm

Em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: Trần Thị Kim PhượngSVTH:Nguyễn Huy Cường

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

SỐ ĐIỂM KÝ TÊN

LỜI CẢM ƠN

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những

sự hỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của ngườikhác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đạihọc đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quýThầy Cô, gia đình và bạn bè

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở KhoaĐiện Tử Tin Học – Trường Cao Đẳng Công Thương Miền Trung đãcùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quýbáu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt,trong học kỳ này, Khoa đã tổ chức cho chúng em được tiếp cận vớimôn đồ án môn học mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên ngànhĐiện Tử Công Nghiệp cũng như tất cả các sinh viên thuộc các chuyênngành khác.Giúp em tự tìm hiểu quà nghiên cứu được nhiều kiến thứccho bản thân nói riêng

Em xin chân thành cảm ơn cô Trần Thị Kim Phượng và các thầy côkhác đã tận tâm hướng dẫn chúng em qua từng buổi học trên lớp cũngnhư những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực sáng tạo Nếu không

có những lời hướng dẫn, dạy bảo của thầy cô thì em nghĩ bài thu hoạchnày của em rất khó có thể hoàn thiện được Một lần nữa, em xin chânthành cảm ơn thầy

Bài báo cáo được thực hiện trong khoảng thời gian hơn 4 tuần Bướcđầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu điện

tử, kiến thức của em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khôngtránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận đượcnhững ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn học cùnglớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH

1.1, Điện trở 1

1.2 Tụ điện 2

1.3 Transisor 4

1.4 Diode 4

1.5 IC 7805 5

1.6 IC LM358 6

1.7 LED thu,phát hồng ngoại 7

1.8.NTC 7

1.9 Biến trở tinh chỉnh 9

1.10. Còi Buzzer 9

1.11 Terminal 2chân 10

1.12 Nút nhấn giữ 6 chân 10

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Sơ đồ nguyên lý 11

2.2 Nguyên lý hoạt động 12

2.3.Sơ đồ mạch in 16

2.4.Sơ đồ lắp ráp linh kiện 17

CHƯƠNG 3: THI CÔNG 3.1 Mô tả công việc 18 3.2 Quy trình thực hiện 18 3.3 Kết quả đạt được 18

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1.Ưu điểm 19

4.2 Nhược điểm 19

4.3 Hướng phát triển 19

4.4 Tài liệu tham khảo 19

DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Ký hiệu điện trở 1

Hình 2: Điện trở 1

Hình 3: Bảng quy luật vòng màu 2

Hình 4 Tụ điện 3

Hình 5: Transistor 4

Hình 6: Cấu tạo Diode 5

Hình 7:IC 7805 5

Hình 8:IC LM358 6

Hình 9: Cấu tạo IC LM358 6

Hình 10: Led thu,phát hồng ngoại 7

Hinh 11:NTC 9

Hình 12: Biến trở tinh chỉnh 9

Hình 13:Còi Buzzer 10

Hình 14: Terminal 2chân 10

Hình 15: Nút nhấn giữ 6 chân 10

Hình 16: Sơ đồ nguyên lý 11

Hình 17: Sơ đồ khối 12

Hình 18: Khối nguồn 12

Hình 19: Khối cảm biến nhiệt 13

Hình 20: Gía trị nhiệt trở 13

Hình 21: Khối cảm biến khói 14

Hình 22: Khối chuông báo 15

Hình 23: Sơ đồ mạch in 16

Hình 24: Sơ đồ lắp linh kiện 17

GVHD: Trần Thị Kim PhượngSVTH:Nguyễn Huy Cường

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU MỘT SỐ LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ

DỤNG TRONG MẠCH 1.1 ĐIỆN TRỞ

- Điện trở là linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng khác tùy vào vị trí trong mạch điện

- Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao nhưlàm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn Để biểu thị giá trị điện trở, người ta sử dụng các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở

Hình 3: Bảng quy luật vòng màu

- Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất,vạch màu đó và vạch màu thứ hai được dùng để xác định trị số của màu

- Vạch thứ ba là vạch để xác dịnh nhân tử lũy thừa: 10(giá trị của màu) Giá trị

của điện trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với nhân tử lũy thừa.

- Vòng màu cuối cùng (Không cần quan tâm nhiều): là vạch màu tách biệtvới vạch màu còn lại, thường có màu hoàng kim hoặc màu bạc, dùng để xácđịnh sai số của giá trị điện trở, hoàng kim là 5%, bạc kim là 10%

Điện trở được dùng để cản trở dòng điện, là linh kiện cực phổ biến trêncác loại mạch

1.2 TỤ ĐIỆN

- Là linh kiện có khả năng tích điện Tụ điện cách điện với dòng điện 1

chiều và cho dòng điện xoay chiều đi qua

- Tụ điện được chia làm 2 loại: Tụ không phân cực và tụ có phân cực

- Loại có phân cực thường có giá trị lớn hơn tụ không phân cực, trên 2chân các loại tụ phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn

tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có

GVHD: Tr n Th Kim Ph ần Thị Kim Phượng ị Kim Phượng ượng ng Trang 2 SVTH:Nguy n Huy C ễn Huy Cường ường ng

thể bị hư và hoạt động sai Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệulàm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ sứ, tụ hóa, tụ mica,…

- Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau

- Ký hiệu:

Hình 4: Tụ điện Đơn vị của tụ điện:

- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người

ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

+ P (PicoFara): 1 Pico Fara = 1/1000.000.000.000 Fara (viết gọn là 1pF)

+N (NanoFara): 1Nano Fara = 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1nF)

+ MicroFara: 1 Mircro = 1/1000.000 Fara ( Viết gọn là 1µF)

=> 1µF = 1000nF = 1.000.000pF

Cách đọc trị số tụ điện:

- Đọc trực tiếp trên thân tụ điện, ví dụ 100µF (100 micro Fara)

- Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J,… thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên,

số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau( chữ J hoặc K ở cuối là kí hiệucủa sai số)

- Ví dụ 1: 103J sẽ là 10000pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF

- Ví dụ 2: 471K sẽ là 470pF ( thêm vào 1 số 0 sau 47)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụchính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt quá giá trị này thì tụ điện

có thể bị hư hỏng và bị cháy nổ

Chức năng:

- Tụ gốm: dùng để lọc nhiễu âm thanh và hạn chế tín hiệu DC đi qua

- Tụ hóa: là tụ điện nạp xả giúp cho NE555 hoạt động tạo ra nhiều những điện

áp lúc xả

1.3 TRANSISTOR

- Ký hiệu:

Hình 5: Transistor

- Cấu tạo bởi 2 lớp tiếp xúc N-P ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại

P và N xếp xen kẽ với nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùnglân cận và có bề rộng rất mỏng khoảng 10A0m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc N – Pgần nhau Nếu vùng giữa là N thì ta có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa

là P ta có transistor NPN

- Chức năng: Transistor khuếch đại thuật toán, có thể coi C1815 là một công tắc đóng ngắt NPN, khi áp được cấp đủ vào chân B thì transistor dẫn làm cho dòng từ chân C đổ xuống chân (VBE > 0.7)

1.4 DIODE

GVHD: Tr n Th Kim Ph ần Thị Kim Phượng ị Kim Phượng ượng ng Trang 4 SVTH:Nguy n Huy C ễn Huy Cường ường ng

Nó được dùng như van 1 chiều trong mạch điện.

Hình 6: Cấu tạo Diode

1.5 IC 7805_Dùng để ổn áp cho mạch

Với những mạch điện không đòi hỏi sự ổn định của điện áp quá cao, sửdụng ic ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường dùng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805

là ổn áp 5V

Hình 7: IC 7805

- IC 7805 có 3 chân:

+ Chân 1 là chân IN: chân nguồn đầu vào

+ Chân 2 là chân GND: chân nối mass

+ Chân 3 là chân OUT: chân nguồn đầu ra

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn thay đổi Mạch nàyđùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thườnghoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thìmạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ngõ raOUT 5V không đổi.

Mạch trên lấy nguồn 1 chiều từ một máy với điện áp từ 9V – 12V để đưavào ngõ IN Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầmlẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu vào mạch, trong trường hợp này rất dễảnh hưởng đến các linh kiện trong board mạch Vì lý do đó một diode cầu đượclắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bào cực tính của nguồn cấp cho mạch theomột chiều duy nhất, và người dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính củanguồn khi đấu nối vào ngõ IN nữa

1.6.IC LM358

Hình 8:IC LM358

LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có

ưu điểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng

dùng nguồn đơn Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3v hoặc cao đến32V, với dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741 Trong nhiều

ứngdụng, dải điện áp lối vào đồng pha gồm cả nguồn âm, do đó có thể loại trừ

sự cần thiết củacác thành phần thiên áp bên ngoài trong nhiều ứng dụng Dải điệ náp lối ra cũng có thể bao gồm nguồn điện áp âm

GVHD: Tr n Th Kim Ph ần Thị Kim Phượng ị Kim Phượng ượng ng Trang 6 SVTH:Nguy n Huy C ễn Huy Cường ường ng

× 300

Hình 9:Cấu tạo IC LM358

Thông số kỹ thuật:

- Dải nguồn 3-32V với nguồn đơn, 1.5-16V với nguồn đôi

- Độ lợi khuếch đại DC 100dB

- dải tần hoạt động 1MHz

- Điện áp ngõ ra từ 0V đến VCC(+)-1.5V

1.7.LED thu,phát hồng ngoại

Công Dụng: Được sử dụng trong các mạch thu phát hồng ngoài Led phát hồng ngoại 5mm thường được sử dụng kèm với cảm biến thu hồng ngoại

Sử dụng trong điều khiển, remote hồng ngoại

Sử dụng tốt trong các mạch: Mạch mô phỏng remote, mạch chống trộm bằng hồng ngoại, mạch đếm, mạch đo đường, đọc ecoder động cơ

Điện áp 1,2 đến 1,6v

Dòng 10-20mA

Hình 10:Led thu,phát hồng ngoại

Giả sử quan hệ giữa độ lớn của trở kháng và nhiệt độ tuyến tính với nhau, khi đó

ta có công thức: Với điện trở NTC, điện trở sẽ giảm theo nhiệt độ, do đó hệ số k

sẽ có giá trị âm Ta cần lưu ý điều này để phân biệt giữa điện trở nhiệt NTC vàPTC PTC cũng là một loại điện trở nhiệt nhưng nó sẽ tăng theo nhiệt độ, do đó

hệ số k của PTC có giá trị dương Ngoài ra, ta cũng cần lưu ý, điện trở NTC chỉtuyến tính trong khoảng nhiệt độ nhất định 50-150D

Ứng dụng của điện trở nhiệt NTC:

GVHD: Tr n Th Kim Ph ần Thị Kim Phượng ị Kim Phượng ượng ng Trang 8 SVTH:Nguy n Huy C ễn Huy Cường ường ng

-Điện trở nhiệt NTC được dùng để bảo vệ, ngắt nhiệt Chúng được sử

dụng nhiều trong các bảng mạch điện tử Trong thực tế, các bảng mạch này có thể là cảmbiến nhiệt của nồi cơm, máy điều hòa nhiệt độ hay cảm biến của tủ lạnh

-Đồng thời, điện trở nhiệt NTC còn được dùng để làm cảm biến nhiệt

trong các máy móc thiết bị Đồng thời kiểm soát nhiệt độ và kiểm tra thiết bị giađình Trong đó, nổi bật như việc sử dụng điện trở nhiệt trong bếp cảm ứng, lò điện, bể khử trùng, lò vi sóng, lò nướng, ấm đun bằng điện…

-Ngoài ra, điện trở nhiệt NTC còn được ứng dụng trong một số lĩnh vực như:

-Đo lường nhiệt độ và bù nhiệt các thiết bị tự động hóa văn phòng Ví dụ như máy in, máy photocopy

-Đo lường và kiểm tra nhiệt độ của ngành công nghiệp, y tế, môi trường,

dự báo thời tiết, thiết bị chế biến thực phẩm, vv

-Bảo vệ nhiệt độ của pin và bộ sạc pin

-Bù nhiệt vòng lặp trong các thiết bị, mạch tích hợp, và cặp nhiệt điện

-Nó cũng được dùng trong phần mạch để bảo vệ quá nhiệt trong các bộ

- Cấu tạo của biến trở gồm 2 thành phần chính là con chạy và cuộn dâyđược làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn

- Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cânchỉnh của kỹ thuật viên

HÌNH 12: Biến trở tinh chỉnh

- Chức năng: Cũng giống như điện trở nhưng biến trở có thể điều chỉnh giá trị

Có ký hiệu thường là VR

+ VR1, VR2 có chức năng điều chỉnh độ nhạy của micro

+ VR3 dùng để điều chỉnh thời gian sáng tắt ở chế độ flip-flop

Hình 15: Nút nhấn giữ 6 chân

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ

mạch không bị ảnh hưởng khi cấp nguồn ngược Tụ C1 lọc nguồn vào, tụ C2 lọc nhiểu cao tần từ nguồn vào, Tụ C3 nhằm lọc nhiểu nguồn ra LED D2 báo nguồn, R1 là điện trở hạn dòng cho LED.

GVHD: Tr n Th Kim Ph ần Thị Kim Phượng ị Kim Phượng ượng ng Trang 14 SVTH:Nguy n Huy C ễn Huy Cường ường ng

-Khối cảm biến nhiệt:

Q2 C1815 R9

10k

D6 LED

R10 330

R12 10k

R15 1k

Q4 A1015

Hình 19: Khối cảm biến nhiệt

Mạch sử dụng nhiệt trở âm (NTC) làm cảm biến nhiệt độ, IC Op-Amp LM358 làm bộ

so sánh điện áp ở nhiện độ bình thường giá trị nhiệt trở sấp sỉ bằng giá trị gốc của

nhiệt trở, ví dụ: ở 25 độ C giá trị điện trở 10k là 10k

Hình 20:Gía trị nhiệt trở

Lúc này giá trị điện áp tại chân (+) op-amp bằng 2.5V tạo bởi cầu phân áp RT1 và R2

tụ C4 dùng để tạo thời gian biến đổi chậm điện áp khi nhiệt độ thay đổi giúp mạch

hoạt động ổn định hơn, tránh quá nhạy với các mức nhiệt độ tức thời Điện áp ngưỡng báo động được đặt bới biến trở RV1(10k) Có thể chỉnh được từ 0-5V cấp vào chân (-) op-amp Ví dụ ta đặt mạch báo động ở nhiệt độ 65 độ C Lúc này điện áp tại chân (+)

là VCC/(TR1+R2)*R2 = 5/12*10 = 4.17V vậy ta chỉnh biến trở đặt điện áp khoảng 4.16 V tại chân (-) Vậy khi ở nhiệt độ nhỏ hơn 65 độ C thì V(+)<V(-) -> Ngõ ra Op- amp ở mức thấp xấp sỉ 0V R9 và R10 phân cực cho transitor Q2 Khi ngỏ ra Op-amp bằng 0 thì Q2 không dẫn LED D6 không sáng -> Q4 cũng không dẫn nên chân C Q4 được thả nổi -> không tác động đến mạch còi báo Điện trở R10 hạn dòng cho LED D6, R11 phân cực cho Q4

Khi nhiệt độ lớn hơn 65 độ C giá trị nhiệt trở giảm -> V(+)>V(-) -> ngõ ra op-amp xấp

sỉ 5V -> Q2 dẫn -> LED D6 báo sáng -> Q4 dẫn tác động đến khối còi báo động.