Khối nguồn 12V cung cấp điện áp cho khối điều khiển động cơ và khóa chốt từ,khối nguồn 5V cung cấp điện áp cho khối hiển thị LCD,khối vi điều khiển,còn khối nguồn 3,3V cung cấp điện áp cho khối cảm biến quét thẻ.Khi đưa thẻ từ vào module RFID khối nhận tín hiệu ID,nếu đúng thì đưa tín hiệu đến khối động cơ và khóa chốt từ.Khóa chốt từ sẽ hoạt động đóng mở cửa và hiển thị thông tin thẻ trên màn hình LCD.
Trang 1BÁO CÁO THỰC TẬP CÔNG NHÂN
Lê Đức Hoàng Việt
-Khối vi điều khiển -Khối động cơ -Khối cảm biến -Khối hiển thị
Trang 2I Nhiệm vụ đề tài
1.1 Nhiệm vụ chi tiết của đề tài
Thiết kế hệ thống đóng mở cửa bằng thẻ từ (RFID) hệ thống sẽ đọc và hiển thị thông tin
chủ thẻ sau đó điều khiển đóng mở khóa chốt từ
Trang 31.3 Nguyên lý làm việc chung
Khối nguồn 12V cung cấp điện áp cho khối điều khiển động cơ và khóa chốt từ,khối
nguồn 5V cung cấp điện áp cho khối hiển thị LCD,khối vi điều khiển,còn khối nguồn
3,3V cung cấp điện áp cho khối cảm biến quét thẻ
Khi đưa thẻ từ vào module RFID khối nhận tín hiệu ID,nếu đúng thì đưa tín hiệu đến
khối động cơ và khóa chốt từ.Khóa chốt từ sẽ hoạt động đóng mở cửa và hiển thị thông
tin thẻ trên màn hình LCD
II Chi tiết từng khối
BỘ NGUỒN (ĐỖ MINH HẢI)
2.1 Khối nguồn 12V/2A (ĐỖ MINH HẢI)
2.1.1 Nhiệm vụ khối nguồn 12V/2A
Cung cấp nguồn điện áp 1 chiều ổn định Vo=(11,5-12,2)v và dòng I=(0-2)A cho
động cơ,khóa chốt từ và các linh kiện trong mạch từ điện áp xoay chiều
Vin=(180-230)Vac.
2.1.2 Chọn linh kiện
*Chọn linh kiện chính
Sử dụng IC ổn áp:cho ra điện áp ổn định và có thể cho ra dòng lớn,mạch mắc đơn
giản,các linh kiện có phổ biến trên thị trường,hiệu suất cao hơn
Các IC ổn áp có thể dùng LM7805, LM7905, LM7809, LM7909, LM7812, LM7912,
LM7815,LM7915, LM7824, LM7924
Biện luận chọn linh kiện chính
+Vì yêu cầu nhiệm vụ mạch nguồn +12 V nên ta sử dụng IC ổn áp LM7812,trong đó
IC LM 7812 có (15 Vdc ≤ Vin ≤ 35 Vdc), Vout =(11,8- 12,2)Vdc
+IC LM7812 có phổ biến trên thị trường và giá rẻ
Trang 4Chọn IC 7812
*Chọn linh kiện phụ trợ
Nâng dòng cho nguồn 12V
Chọn BJT để gánh dòng cho IC vì dòng ra của IC ổn áp thường rất nhỏ do đó cần phải
dùng các BJT mắc song song với nhau
Chọn BJT có dòng định mức lớn hơn dòng tải tối đa của mạch
Điện áp Vce tối đa > Vi-Vout và Công suất tỏa nhiệt > (Vi-Vout).Imax
Vì giá thành phù hợp, có phổ biến trên thị trường và đáp ứng được đủ yêu cầu kỹ thuật
của mạch và mạch mắc đơn giản
Chỉnh lưu dùng cầu diode KBU 1010 có thể cho dòng tối đa 10A đi qua
Các tụ lọc để lọc nhiễu
Trở công suất để hạ áp vào IC bảo vệ IC giúp IC không nóng và hư hỏng
Trang 52.1.3 Sơ đồ mạch
2.1.4 Nguyên lý làm việc chi tiết
Trường hợp không tải
Điện áp Vi=(180-230)Vac lấy từ lưới điện xoay chiều đi qua biến áp để hạ áp xuống
mức điện áp Vo1=(15-19)Vac,vì cần dòng diện 1 chiều nên ta đưa qua cầu diode để chỉnh
lưu dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều với điện áp Vo2=(16-25)Vdc, và đi qua trở công
suất 150/5W để hạ điện áp phù hợp cho IC để tránh IC nóng và hư hỏng với điện áp sau
trở Vo3 = (15-35)Vdc,sau đó dòng điện đi qua tụ lọc 4700uF và 2 tụ 2200uF để lọc tín
hiệu nhấp nhô từ cầu để cho ra điện áp bằng phẳng hơn để đi vào IC 7812 ổn định điện áp
đầu ra Vo4=(11,8-12,2)Vdc điện áp tiếp tục đi qua tụ lọc 2200uF để lọc nhiễu đầu ra và
tụ 103 để lọc tín hiệu nhiễu sóng cao tần.Để ổn định dòng ra và nâng dòng đủ cung cấp
cho động cơ hoạt động mắc 3 con BJT B688 song song với nhau với điện áp qua BJT khi
chưa có tải Vbe(Q)=(0-0.05)V
Trường hợp có tải 6,2 ohm/10w dòng max 2A
Nguyên lí hoạt động tương tự nhưng do có tải nên các mức điện áp sẽ bị giảm hơn so
với trường hợp chưa tải
Trang 62.2 Khối nguồn 5V(ĐỖ MINH HẢI)
2.2.1 Nhiệm vụ khối nguồn 5V
Cung cấp nguồn điện áp 1 chiều ổn định Vo=(4.8-5.2)v cho vi điều khiển,khối hiển
thị LCD và các khối ngoại vi hoạt động từ điện áp xoay chiều Vin=(180-230)Vac.
2.2.2 Chọn linh kiện
*Chọn linh kiện chính
Sử dụng IC ổn áp:cho ra điện áp ổn định và có thể cho ra dòng lớn,mạch mắc đơn
giản,các linh kiện có phổ biến trên thị trường,hiệu suất cao hơn
Các IC ổn áp 5V có thể dùng: LM7805,LM317, LM2596
Biện luận chọn linh kiện chính
+Vì yêu cầu nhiệm vụ mạch nguồn một chiều 5V nên ta sử dụng IC ổn áp
LM7805,trong đó IC LM 7805 có (8 Vdc ≤ Vin ≤ 25 Vdc), Vout =(4.8- 5,2)Vdc và IC
này có thể cấp được dòng tối đa lên đế 1A
+IC LM7812 có phổ biến trên thị trường và giá rẻ
Lựa chọn IC 7805
Trang 7 Chọn BJT để gánh dòng cho IC vì dòng ra của IC ổn áp thường rất nhỏ do đó cần phải
dùng các BJT mắc song song với nhau
Chọn BJT có dòng định mức lớn hơn dòng tải tối đa của mạch
Điện áp Vce tối đa > Vi-Vout và Công suất tỏa nhiệt > (Vi-Vout).Imax
Vì giá thành phù hợp, có phổ biến trên thị trường và đáp ứng được đủ yêu cầu kỹ thuật
của mạch và mạch mắc đơn giản
Các tụ lọc để lọc nhiễu
Trở công suất để hạ áp vào IC bảo vệ IC giúp IC không nóng và hư hỏng
Trang 82.2.3 Sơ đồ mạch
2.2.4 Nguyên lý làm việc chi tiết
Trường hợp không tải
Điện áp Vi=(180-230)Vac lấy từ lưới điện xoay chiều đi qua biến áp để hạ áp xuống
mức điện áp Vo1=(15-19)Vac,vì cần dòng diện 1 chiều nên ta đưa qua cầu diode để chỉnh
lưu dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều với điện áp Vo2=(16-25)Vdc, và đi qua trở công
suất 150/5W để hạ điện áp phù hợp cho IC để tránh IC nóng và hư hỏng với điện áp sau
trở Vo3 = (8-25)Vdc,sau đó dòng điện đi qua tụ lọc 4700uF và 2 tụ 2200uF để lọc tín
hiệu nhấp nhô từ cầu để cho ra điện áp bằng phẳng hơn để đi vào IC 7805 ổn định điện áp
đầu ra Vo4=(4,8-5,2)Vdc điện áp tiếp tục đi qua tụ lọc 2200uF để lọc nhiễu đầu ra và tụ
103 để lọc tín hiệu nhiễu sóng cao tần
Trường hợp có tải
Nguyên lí hoạt động tương tự nhưng do có tải nên các mức điện áp sẽ bị giảm hơn so
với trường hợp chưa tải
Trang 9 Vo3=(8-25)Vdc
Vo4 =(4.8-5.2) Vdc
Vbe(Q) =(0.6-0.85)V
2.3 Khối nguồn 3.3V(ĐỖ MINH HẢI)
2.3.1 Nhiệm vụ của khối
Cung cấp nguồn điện áp 1 chiều ổn định Vo=(3.12-3.36)Vdc cho khối cảm biến quét
thẻ từ hoạt động từ điện áp xoay chiều Vin=(180-230)Vac.
2.3.2 Chọn linh kiện
*Chọn linh kiện chính
Sử dụng IC ổn áp:cho ra điện áp ổn định và có thể cho ra dòng lớn,mạch mắc đơn
giản,các linh kiện có phổ biến trên thị trường,hiệu suất cao hơn
Các IC ổn áp 3.3V có thể dùng: LM1117-3.3V,LM317,LM2576T-3.3V
Biện luận chọn linh kiện chính
+Vì yêu cầu nhiệm vụ mạch nguồn một chiều 3.3Vdc nên ta sử dụng IC ổn áp
LM1117-3.3V,trong đó IC LM 1117-3.3V có (2.5 Vdc ≤ Vin ≤ 15 Vdc), Vout =(3.12-
3.36)Vdc và IC này có thể cấp được dòng tối đa lên đế 1A
+IC LM1117-3.3V có phổ biến trên thị trường và giá phù hợp,mạch lắp đơn giản
Lựa chọn IC 1117-3.3V
*Chọn linh kiện phụ trợ
Nâng dòng cho nguồn 3.3V
Chọn BJT để gánh dòng cho IC vì dòng ra của IC ổn áp thường rất nhỏ do đó cần phải
dùng các BJT mắc song song với nhau
Chọn BJT có dòng định mức lớn hơn dòng tải tối đa của mạch
Trang 10 Điện áp Vce tối đa > Vi-Vout và Công suất tỏa nhiệt > (Vi-Vout).Imax
Vì giá thành phù hợp, có phổ biến trên thị trường và đáp ứng được đủ yêu cầu kỹ thuật
của mạch và mạch mắc đơn giản
Các tụ lọc để lọc nhiễu
Trở công suất để hạ áp vào IC bảo vệ IC giúp IC không nóng và hư hỏng
2.3.3 Sơ đồ mạch
Trang 112.3.4 Nguyên lý làm việc chi tiết của khối
Trường hợp không tải
Điện áp Vi=(180-230)Vac lấy từ lưới điện xoay chiều đi qua biến áp để hạ áp xuống
mức điện áp Vo1=(15-19)Vac,vì cần dòng diện 1 chiều nên ta đưa qua cầu diode để chỉnh
lưu dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều với điện áp Vo2=(16-25)Vdc, và đi qua trở công
suất 150/5W để hạ điện áp phù hợp cho IC LM1117-3.3V để tránh IC nóng và hư hỏng
với điện áp sau trở Vo3 = (2.5-15)Vdc,sau đó dòng điện đi qua tụ lọc 4700uF và 2 tụ
2200uF để lọc tín hiệu nhấp nhô từ cầu để cho ra điện áp bằng phẳng hơn để đi vào IC
LM1117-3.3V ổn định điện áp đầu ra Vo4=(3.12-3.36)Vdc điện áp tiếp tục đi qua tụ lọc
2200uF để lọc nhiễu đầu ra và tụ 103 để lọc tín hiệu nhiễu sóng cao tần
Trường hợp có tải
Nguyên lí hoạt động tương tự nhưng do có tải nên các mức điện áp sẽ bị giảm hơn so
với trường hợp chưa tải
2.4 Khối bảo vệ quá áp(ĐỖ MINH HẢI)
2.4.1 Nhiệm vụ của khối
Có nhiệm vụ đóng ngắt mạch khi điện áp vượt quá ngưỡng (>12V) để đảm bảo an
toàn cho mạch
2.4.2 Chọn lựa linh kiện
*Chọn linh kiện chính
Trang 12 Sử dụng phương pháp so sánh điện áp: mạch không quá phức tạp,sử dụng ít linh kiện,
có độ chính xác tương đối cao, không gây ngắn mạch,nhưng cần dùng nguồn cung
cấp riêng để có thể hoạt động được
Để tạo ra mạch so sánh điện áp ta có thể dùng Opamp và điện trở thích hợp
Các IC Opamp : LM386, LM358,LM741,LM339
+LM386: là IC chỉ chứa 1 opamp, có các chân không cần dùng đến trong mạch so sánh,
thường được dùng trong mạch khuếch đại âm thanh công suất nhỏ
+LM358: là IC có chứa 2 opamp, khá thích hợp trong mạch so sánh
+LM339: là IC có chứa 2 opamp ,thích hợp cho mạch so sánh nhưng lại hiếm có ngoài
=>Relay đáp ứng yêu cầu
- Cường độ dòng từ đầu ra của khối so sánh nhỏ nên không thể kích cho Relay hoạt động
nên cần 1 chuyển mạch bán dẫn có thể đóng ngắt tín hiệu từ khối so sánh.Có thể dùng
Mosfet,Bjt,JFET,cần 1 chuyển mạch ở tần số thấp công suất nhỏ
=>Chọn BJT C1815
- Sử dụng biến trở và các điện trở cho mạch so sánh
Trang 132.4.3 Sơ đồ mạch
2.4.4 Nguyên lý làm việc chi tiết
Trường hợp chưa xảy ra quá áp
Điện áp Vin1=(11,8-12,3)Vdc lấy từ nguồn đi qua điện trở 1k và được hiệu chỉnh điện
áp từ biến trở 1K tại đầu vào không đảo của opamp V(+)=(2,1-2,48)V so sánh với điện áp
ngưỡng tại đầu vào đảo của opamp V(-)=(2.5-2.53)V được hiệu chỉnh từ biến trở 1K có
nguồn V(in)=(4,7-5,2)V
Hai mức điện áp được opamp so sánh với nhau:Lúc này V(+) < V(-) => Opamp sẽ
xuất ra mức 0 với điện áp V=(0-0,05)V đi qua trở 220 ohm vào chân B của BJT nâng
dòng lên vì dòng ra từ opamp khá nhỏ không đủ để kích cho Relay (trong trường hợp này
điện áp ra nhỏ nên không đủ để phân cực cho BJT dẫn ), Vbe=(0=0,05)v và điện áp chân
E và chân C của BJT Vce=(3,8-5,05)v không có dòng để kích cho Relay hoạt động nên
lúc này đèn không sáng
Trang 14 Trường hợp xảy ra quá áp
Nguyên lí hoạt động tương tự nhưng khi xảy ra quá áp ta sẽ có các mức điện áp khác
nhau
Vin1=(12,5-12,8)v
+V(+)=(2,54 – 3,1)v
+V(-)=(2.5 – 2.53)v
Hai mức điện áp được opamp so sánh với nhau :Lúc này V(+) > V(-) nên opamp sẽ
xuất ra mức 1 với điện áp Vo=(3,2-4,9)v.Lúc này điện áp Vbe =(0,6-0,85)v nên BJT dẫn
và Vce=(0-0,18)v làm cho Relay hoạt động và ngắt nguồn dẫn đến đèn sáng báo hiệu
Trang 152.6 Khối cảm biến đọc thẻ từ (Việt)
Thực hiện đóng mở khóa từ được kết nối theo lệnh của khối xử lý trung tâm
Tín hiệu ngõ vào : Xung vuông
Biên độ mức 1 : 2,8 – 5,2V
Biên độ mức 0 : 0 – 0,3V
Trang 16Sử dụng linh kiện bán dẫn : Nhỏ gọn, dễ dàng gắn lên board mạch, không gây tiếng ồn
khi đóng ngắt, dễ tìm kiếm, dễ thay thế, đóng ngắt được các thiết bị
Lựa chọn phương pháp sử dụng linh kiện bán dẫn
Các linh kiện sử dụng : C828A, C1815, BT136, Tip41C
C828A và C1815 : BJT chịu được dòng nhỏ tối đa tầm 500mA, nhưng dòng dùng để kích
tải khác lớn ( ~1A) nên sẽ gây cháy linh kiện -> Không lựa chọn
BT136 : Kích được cho cả dòng xoay chiều và dòng một chiều -> Không cần thiết với
nhiệm vụ -> Không lựa chọn
Tip41c : Transistor công suất, chịu dòng và chịu tải lớn, phù hợp với nhiệm vụ đề tài
Trang 17Sử dụng 2 Tip41C mắc theo kiểu Darlington nhằm để tăng hệ số khuếch đại, tăng dòng ra
để đủ dòng cung cấp cho khóa từ
Các điện trở để phân cực cho BJT
2.7.3 Sơ đồ mạch
2.7.4 Nguyên lý làm việc chi tiết
Tín hiệu mức 0 (0 – 0,2V) từ vi điều khiển qua điện trở R2 có điện áp rơi trên R2
là (0 – 0,2V) sẽ tạo ra mức điện áp VbeQ1 tương ứng trên Q1 là (0 – 0,2V) và VceQ1 từ
(11 – 12,2V) làm cho Q1 tắt Vì mạch mắc theo kiểu Darlington nên đồng thời điện áp từ
chân E của Q1 đi vào chân B của Q2 và tạo ra mức điện áp VbeQ2 tương ứng trên Q2 là
(0 – 0,2V) và VceQ2 từ (11,5 – 12,2V) và Q2 sẽ tắt, chốt khóa từ vẫn đóng
Trang 18 Tín hiệu mức 1 (2,8 – 5,2V) từ vi điều khiển qua điện trở R2 có điện áp rơi trên
R2 là (1 – 4V) sẽ tạo ra mức điện áp VbeQ1 tương ứng trên Q1 là (0,6 – 1,5V) và VceQ1
từ (0 – 0,2V) làm cho Q1 dẫn bão hòa Vì mạch mắc theo kiểu Darlington nên đồng thời
điện áp từ chân E của Q1 đi vào chân B của Q2 và tạo ra mức điện áp VbeQ2 tương ứng
trên Q2 là (0,7 – 1,5V) và VceQ2 từ (0 – 0,2V) và Q2 sẽ dẫn bão hòa, chốt khóa từ mở và
điện áp rơi trên khóa từ là (11,4 – 12,2V)
2.8 Khối xử lý trung tâm (VIỆT)
Lựa chọn phương pháp sử dụng vi điều khiển
Linh kiện sử dụng : ATMega328P, ATMega2560, MSP430, ESP32, ESP8266,
ATmega8
Lựa chọn linh kiện hoạt động tiết kiệm năng lượng, giá thành phù hợp, dễ tìm kiếm,
có vừa đủ chân để điều khiển thiết bị => Chọn VĐK Atmega328p
Linh kiện phụ trợ : Dao động thạch anh 16MHz, Tụ điện và điện trở.
Trang 19- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực
Khó thực hiện vì kích thước động cơ lớn, chỉ điều chỉnh bằng tốc độ cố định
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số
Trang 20Khó thực hiện vì để thay đổi tần số thì phải dùng biến tần mà biến tần thì phức tạp và chi
phí cao
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Không gây tổn hao nhưng phải có nguồn riêng, có điện áp điều chỉnh được
- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ và roto dây
quấn
Không thực hiện được vì hiệu suất không cao, tốc độ điều chỉnh còn phụ thuộc vào tải
- Chọn phương pháp: Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
Có các cách thay đổi điện áp như sau:
+ Mắc nối tiếp với tải một điện trở hoặc một điện kháng
+ Dùng máy biến áp
Hai cách này có nhược điểm là kích thước lớn, khó điều chỉnh liên tục khi dòng điện lớn
Dùng Triac để điều khiển góc kích pha
Để phù hợp với động cơ AC 220V, I = 5A ta chọn Triac BTA 41 Umax = 600V, Imax =
Nhược điểm: Gây ồn và gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh
+ Dùng Opto (hay còn gọi là cách ly quang)
Opto cấu tạo gồm 1 LED và 1 transistor (1)
Trang 21Điện áp ngược không vượt quá 3V
Ivào = 60mA
Ira = 1A
Vậy cần 1 con transistor để khuếch đại dòng điện lên 60mA ÷ 100mA
2.9.3 Sơ đồ mạch
2.9.4 Nguyên lý làm việc chi tiết
-TH1: Tín hiệu mức 0 (0-0.2Vdc) từ vi điều khiển đi qua Q4 với Vbe và Vce
tương ứng trên Q4 là (0-0.3Vdc) và (0-0.2Vdc), Q4 tắt Do đó không có dòng qua
diot với Vdiot (-0.2-0Vdc) nên opto ko dẫn dòng xoay chiều -> Triac không được
kích với VT1G=0Vdc, VT1T2(180-240Vdc) -> động cơ không hoạt động
-TH2: Tín hiệu mức 1 (4.7-5.2Vdc) từ vi điều khiển đi qua Q4 với Vbe và Vce
tương ứng trên Q4 là (0.7-1Vdc) và (0-0.05Vdc), Q4 tắt Do đó không có dòng qua
diot với Vdiot (1.1-1.3Vdc) nên opto dẫn dòng xoay chiều -> Triac được kích với
VT1G=(0-1Vdc), VT1T2(0-1Vdc) -> động cơ hoạt động
Trang 222.10 SƠ ĐỒ MẠCH TỔNG THỂ VÀ GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ TỔNG THỂ
2.10.1 Sơ đồ mạch tổng
2.10.2 Nguyên lý tổng thể
Khối nguồn 12V cung cấp điện áp cho khối điều khiển động cơ và khóa chốt từ,khối
nguồn 5V cung cấp điện áp cho khối hiển thị LCD,khối vi điều khiển,còn khối nguồn
3,3V cung cấp điện áp cho khối cảm biến quét thẻ
Khi đưa thẻ vào module RFID ,khối nhận tín hiệu nếu ID đúng thì đưa tín hiệu đến
khối điều khiển động cơ và khóa chốt từ,động cơ sẽ hoạt động và khóa chốt từ đóng mở
Trang 23III THI CÔNG MẠCH
3.1 Bộ khối nguồn và khối bảo vệ quá áp (Đỗ Minh Hải)
3.1.1 Kiểm tra linh kiện(Đỗ Minh Hải)
-Biến áp 220V-15V: cung cấp điện áp 220V vào cuộn sơ cấp, đo điện áp tại cuộn thứ cấp
bằng 15V biến áp hoạt động tốt
-Tụ hóa 4700 uF 50V ,2200uF 25v,470uF 25v, 10uF 25v: Đo 2 chân của tụ, kim lên rồi
xuống về vị trí cũ => tụ hoạt động tốt
-Cầu Diode:
+Đo chân - với lần lượt 2 chân AC : kim lên; ngược lại: kim không lên
+Đo chân và với lần lượt 2 chân AC : kim lên; ngược lại: kim không lên
=> Cầu diode hoạt động tốt
-BJT (C1815): Đo chân B và E: kim lên; chân B và C : kim lên; đảo chiều que đo: kim
không lên => BJT hoạt động tốt
-BJT B688: Đo chân B và E: kim lên; chân B và C: kim lên; đảo chiều que đo: kim không
lên B688 hoạt động tốt
-IC ổn áp LM7812: cấp nguồn 15 VDC ổn áp được đầu ra 12.01VDC
-BJT A1015: Đo chân B và E: kim lên; chân B và C: kim lên; đảo chiều que đo: kim
không lên VBE= 0.656V A1015 hoạt động tốt
3.1.2 Đo kiểm tra các khối (Đỗ Minh Hải)
3.1.2.1 Khối nguồn 12V (Hải)
Trường hợp 1:Không tải
Điện áp-U
- Biến áp: Vin= 217 Vac € (180 - 230 )Vac