Để làm mát không khí vào mùa hè, nhiều gia đình thường sử dụng điều hòa như một giải pháp an toàn và hiệu quả nhất. Tuy vậy, cùng với việc làm mát không khí, điều hòa cũng hút mất một lượng ẩm nhất định khiến cho không khí trong phòng trở nên khô và khó chịu. Không khí khô ngoài gây ra cảm giác khó chịu, vấn đề mất nước còn là nguyên nhân của các chứng bệnh như khô da, rát họng, đau mắt, viêm phế quản... Nên sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của các thành viên trong gia đình, đặc biệt là những gia đình có trẻ nhỏ. Với vấn đề thực tế nêu ra như trên, vận dụng các kiến thức đã học trên giảng đường, đặc biệt là môn điện tử tương tự, nhóm chúng em nghĩ ra ý tưởng thiết kế mạch phun sương tạo ẩm cho không khí với nguyên lý sử dụng dao động loa thạch anh để tạo sương siêu âm.. Mạch phun sương tạo ẩm có tác dụng tạo độ ẩm trong không khí, tăng mức độ mát mẻ, giảm nhiệt nhanh chóng hơn và hạn chế các bệnh liên quan đến đường hô hấp do không khí khô.
Trang 1MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.1 Thực trạng 1
1.2 Giải pháp 1
CHƯƠNG 2 KIẾN THỨC BỔ TRỢ 2
2.1 Tìm hiểu về vi mạch tạo xung timer NE555 2
2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động đầu tạo sương siêu âm 2
2.3 Phương thức thực hiện 5
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 6
3.1 Thiết kế các khối chức năng 6
3.2 Ghép nối thiết bị 8
CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 9
Trang 2DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Cấu tạo vi mạch IC555 2
Hình 2.2 Vật liệu áp điện 2
Hình 2.3 Hình dạng và kích thước loa siêu âm 3
Hình 2.4 Biến dạng khi cấp điện áp trái dấu vào vật liệu áp điện 3
Hình 2.5 Mô tả hoạt động của lòa phun sương 4
Hình 2.6 Phương thức thực hiện mạch phun sương với loa thạch anh 5
Hình 3.1 Khối tạo đầu ra cố định 5VDC 6
Hình 3.2 Cấu trúc khối tạo xung vuông sử dụng NE555 6
Hình 3.3 Cấu trúc khối tạo dao động điện áp ngược dấu 7
Hình 3.4 Dạng sóng điện áp đầu ra cấp cho đầu phun sương 7
Hình 3.5 Sơ đồ mạch phun sương 8
Hình 3.6 Mạch in PCB 8
Trang 3CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Thực trạng
Để làm mát không khí vào mùa hè, nhiều gia đình thường sử dụng điều hòa như một giải pháp an toàn và hiệu quả nhất Tuy vậy, cùng với việc làm mát không khí, điều hòa cũng hút mất một lượng ẩm nhất định khiến cho không khí trong phòng trở nên khô và khó chịu
Không khí khô ngoài gây ra cảm giác khó chịu, vấn đề mất nước còn là nguyên nhân của các chứng bệnh như khô da, rát họng, đau mắt, viêm phế quản Nên sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của các thành viên trong gia đình, đặc biệt là những gia đình có trẻ nhỏ
1.2 Giải pháp
Với vấn đề thực tế nêu ra như trên, vận dụng các kiến thức đã học trên giảng đường, đặc biệt là môn điện tử tương tự, nhóm chúng em nghĩ ra ý tưởng thiết kế mạch phun sương tạo ẩm cho không khí với nguyên lý sử dụng dao động loa thạch anh để tạo sương siêu âm
Mạch phun sương tạo ẩm có tác dụng tạo độ ẩm trong không khí, tăng mức độ mát mẻ, giảm nhiệt nhanh chóng hơn và hạn chế các bệnh liên quan đến đường
hô hấp do không khí khô
Trang 4CHƯƠNG 2 KIẾN THỨC BỔ TRỢ
Để tạo sương siêu âm với loa thạch anh, cần cung cấp cho đầu tạo sương cùng một điện áp nhưng trái dấu nhau luân phiên theo một chu kỳ nào đó thì vật liệu
sẽ co dãn theo đúng tần số của nguồn cấp Trước tiên, chúng em tìm hiểu một số kiến thức bổ trợ liên quan
2.1 Tìm hiểu về vi mạch tạo xung timer NE555
NE555 là vi mạch tạo xung chính xác và thông dụng Cấu trúc bên trong vi mạch được mô tả ở Hình 2 1 Là loại vi mạch hỗn hợp Analog và Digital gồm một phân áp 3 điện trở chính xác bằng nhau, hai mạch so sánh, một RS – FlipFlop, một khóa transitor, một cổng đảo Điện áp cung cấp: Ucc = 4,5 ÷ 16V
- Dòng ra: I3 ≤ 200mA
- Áp ra: U3L = 0,3V
- Tải điện trở: R
- Dòng tiêu thụ cỡ 3mA khi Ucc = 5V và 9,6mA khi Ucc = 15V
Hình 2.1 Cấu tạo vi mạch IC555
Hai chế độ làm việc cơ bản của vi mạch timer 555 là phát xung vuông (Astable mode) và phát xung đơn khi có kích thích ngoài (Monostable mode)
2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động đầu tạo sương siêu âm
a Cấu tạo
Thường là một tấm vật liệu áp điện (piezoelelectric) có nhiều hình dạng khác nhau như: hình tròn, hình nhẫn, hình trụ
2
Trang 5Hình 2.2 Vật liệu áp điện
Cấu tạo đầu sương 113kHz như sau:
Hình 2.3 Hình dạng và kích thước loa siêu âm
- Hai đầu dây được hàn vào 2 bản cực, lớp ở giữa là vật liệu áp điện
- Khi ta đặt một điện áp lên tấm vật liệu áp điện này thì nó sẽ biến dạng tùy theo mức điện áp ta đặt
Hình 2.4 Biến dạng khi cấp điện áp trái dấu vào vật liệu áp điện
Trang 6b Nguyên lý hoạt động
Nếu ta cung cấp cho nó cùng một điện áp nhưng trái dấu nhau luân phiên theo một chu kỳ nào đó thì vật liệu sẽ co dãn theo đúng tần số của nguồn cấp Ta hình dung nó giống như cái màng loa
Dao động này làm tấm màng phía trên dao động theo (người ta dùng thêm màng này để tăng diện tích tiếp xúc với nước đồng thời ngăn nước rơi xuống bên dưới) Các phân tử nước sẽ cố bắt kịp dao động của tấm màng nhưng không thể do quán tính và khối lượng riêng của nước tương đối lớn Do sóng nước bị trễ pha
so với sóng của màng dao động, tạo ra các vùng áp suất thấp giữa các sóng này gọi là lỗ trống (xem hình bên dưới) Các lỗ trống này chứa rất nhiều năng lượng
và phát nổ ở gần bề mặt nước tạo ra đỉnh sóng nhấp nhô ở bề mặt, đồng thời ở đỉnh của sóng, các giọt nước nhỏ được cung cấp năng lượng từ các lỗ trống khi phát nổ có đủ năng lượng để thoát khỏi bề mặt nước và bắn vào không khí ở dạng sương Kích thước những hạt sương rất nhỏ, chỉ cỡ 1 micromet
Quá trình hoạt động được tóm tắt như Hình 2 5
Hình 2.5 Mô tả hoạt động của lòa phun sương
4
Trang 7Vậy là đã rõ nguyên lý hoạt động, từ trên suy ra việc chúng ta cần làm là cấp nguồn với tần số 113kHz cho đầu tạo sương
2.3 Phương thức thực hiện
Để tạo sương siêu âm với loa thạch anh, ta cần cung cấp cho đầu tạo sương cùng một điện áp nhưng trái dấu nhau luân phiên theo một chu kỳ nào đó thì vật liệu
sẽ co dãn theo đúng tần số của nguồn cấp Vậy ta cần làm là dùng IC555 tạo tần
số 113kHz và đảo dấu điện áp luân phiên cấp cho đầu tạo sương
Hình 2.6 Phương thức thực hiện mạch phun sương với loa thạch anh
Trang 8CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1 Thiết kế các khối chức năng
a Khối tạo nguồn
Khối tạo nguồn sử dụng IC LM7805CV dùng để cung cấp cho mạch điều khiển
IC ổn áp L7805CV là mạch tích hợp sẵn trong gói TO-220 với một điện áp đầu ra
cố định là 5V, yêu cầu điện áp đầu vào tối thiếu là 7V
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp vào lớn nhất: 20V
- Điện áp vào nhỏ nhất: 7V
- Kiểu đóng vỏ: TO-220
- Nhiệt độ hoạt động lớn nhất: 85°C
- Nhiệt độ hoạt động nhỏ nhất: -20°C
- Dòng đầu ra: 1,5A
- Điện áp ổn định: 5V
Hình 3.7 Khối tạo đầu ra cố định 5VDC
b Khối tạo xung
Để tạo xung vuông với độ rộng xung bằng 50%, chúng em mắc khối tạo xung vuông sử dụng IC NE555 như hình
Hình 3.8 Cấu trúc khối tạo xung vuông sử dụng NE555
6
Trang 9Khi thay đổi các điện trở RV1 và giá trị tụ C3 bạn sẽ thu được dao động có tần số
theo ý muốn theo công thức CT 3.1.
CT 3.1
Từ các công thức trên ta có thể tạo ra một dao động xung vuông có độ rộng xung 50% với tần số tới 200kHz
Do yêu cầu đặt ra tạo dao động với tần số 113kHz, chọn giá trị tụ C3 bằng 10nF,
theo công thức CT 3.1, tính được giá trị điện trở R bằng:
c Khối đảo dấu điện áp
Hình 3.9 Cấu trúc khối tạo dao động điện áp ngược dấu
Khi đóng (cắt) tốc độ nhanh dòng điện đi qua cuộn dây L2, năng lượng trong cuộn dây được tích trữ sau đó phóng ra các xung điện áp cao hơn giá trị điện áp nguồn và sẽ có các khoảng giá trị điện áp âm
Trang 10Khi đóng cắt với tần số 113kHz, điện áp lớn nhất tạo ra là 105VDC và điện áp nhỏ nhất là -12,5VDC
3.2 Ghép nối thiết bị
Sau khi tính toán, xây dựng các khối Chúng em tiến hành ghép nối các khối lại, tạo thành một mạch hoàn chỉnh như Hình 3 11
Hình 3.11 Sơ đồ mạch phun sương
Hình 3.12 Mạch in PCB
8
Trang 11CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ KẾT LUẬN 4.1 Thực nghiệm
Cấp nguồn 12VDC cho mạch, gạt công tắc sang vị trí ON, hệ thống hoạt động
Hệ thống hoạt động ổn định, cường độ phun sương tốt Tuy nhiên, để đạt hiệu quả phun sương tốt nhất nên dùng nguồn 19-24VDC
4.2 Kết luận
Qua đề tài này, chúng em đã tìm hiểu được IC tạo dao động NE555 Biết cách tính toán, tạo ra tần số cần thiết Ghép nối các linh kiện, thiết bị tạo thành một mạch hoàn chỉnh
Trên đây là những kiến thức mà chúng em đã tích lũy được sau quá trình nghiên cứu đề tài Dù đã cố gắng nhưng do còn thiếu kinh nghiệm về lý thuyết lẫn thực
tế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ thầy và các bạn để hoàn thiện thêm vốn kiến thức, kỹ năng
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
