nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch đếm người (sản phẩm)

Các giá trị giớihạn này gồm có: Công suất cực đại cho phép Pmax Điện áp làm việc cực đại cho phép Umax 2.1.3 Phân loại điện trở - Phân loại theo cấu tạo có 3 loại: + Than ép: loại này có

Trang 1

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật,kỹ thuật điện tửđóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật,quản lý, tự động hóa do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Chúng em là nhhững sinh viên năm thứ 3 của trường ĐH SPKT Hưng Yên.Từ những điều đã được thấy đó và những kiến thức đã được thầy cô dạy bảo,tìm tòi học hỏi trong thực tế chúng em muốn làm một điều gì đó để góp phần giúp người lao động bớt mệt nhọc chân tay mà lại cho phép tăng hiệu suất lao động lên nhiều lần,đồng thời đảm bảo độ chính xác cao.Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế đồng thời cũng là một lần chúng

em thực tập,vận dụng kiến thức đã được học để thiết kế và chế tạo ra một sản phẩm

có thể được đem ứng dụng rộng rãi,đóng góp một phần nhỏ cho xã hội

Dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Xuân Tiến nhóm sinh viên chúng em thực hiện

đề tài: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đếm người (sản phẩm) Trong quá trình

hoàn thành đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong bộ môn Cơ Điện tử và đặc biệt là thầy Trần Xuân Tiến đã giúp đỡ chúng em Do thời gian hoànthành và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót và chưa hợp lý, chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè

để đề tài này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin trân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

2.1.1 Định nghĩa và phân loại: 8

2.1.2 Các thông số cơ bản của điện trở 8

2.1.3 Phân loại điện trở 8

2.1.4 Ứng dụng của điện trở 10

2.2 Tụ điện 10 2.2.1 Khái niệm, ký hiệu của tụ điện: 10

2.2.2 Cấu tạo và phân loại tụ điện: 10

2.2.3 Ứng dụng của tụ điện: 12

2.3 Máy biến áp 12 2.3.1 Khái niệm: 12

2.3.2 Cấu tạo máy biến áp: 12

2.3.3 Phân loại máy biến áp: 13

3.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI 22

3.2.1 Khối nguồn 22

3.2.2 Khối cảm biến 24

3.2.3 Khối đếm, giải mã 25

3.2.4 Khối hiển thị 26

3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐẾM 28 4 KẾT LUẬN 30 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1 Các hình ảnh minh hoạ 7

Hình 2 1 Kí hiệu của một số điện trở 8

Hình 2 2 Kí hiệu của một số tụ 10

Hình 2 3 Cấu tạo máy biến áp 13

Hình 2 4 Sơ đồ chân IC7805 14

Hình 2 5 Sơ đồ chân IC 74192 15

Hình 2 6 Bảng trạng thái IC 74192 15

Hình 2 7 Các chức năng của IC 74192 16

Hình 2 8 Các chức năng của IC 7447 17

Hình 2 9 Bảng trạng thái 17

Hình 2 10 Sơ đồ chân IC 7408 18

Hình 2 11 Sơ đồ chân IC 7432 19

Hình 2 12 Sơ đồ chân IC7414 20

Hình 2 13 Thông số kĩ thuật IC 7414 20

Hình 2 14 Sơ đồ chân của LED 7 thanh 21

Hình 2 15 Hình ảnh thực tế của thu phat hồng ngoại 21

Hình 3 1 Sơ đồ khối 22

Hình 3 2 Mạch thu phát hồng ngoại 24

Hình 3 3 Khối đếm giải mã 25

Hình 3 4 Khối hiển thị 26

Hình 3 5 Sơ đồ chân LED 7 thanh 27

Hình 3 6 Sơ đồ nguyên lí 28

1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 1.1 Tổng quan về mạch.

Với yêu cầu của đề tài chúng em đã nghiên cứu,tính toán và đưa ra linh kiện cầndùng trong mạch đó là:led thu phát hồng ngoại; 2 bộ mã hoá BCD dùng

IC74LS192; 2 bộ giải mã BCD sang mã led 7 thanh dùng IC74LS247; 2 led 7 thanh có anot chung để hiển thị; các IC lôgic: IC 7408(cổng NAND 2 đầu vào),IC 7432(cổng OR 2 đầu vào) Với những linh kiện này chúng em đã dược sự chấp

nhận của giáo viên hướng dẫn thiết kế và chế tạo thành công mạch “ Mạch đếm số sản phẩm được hiển thị led 7 thanh”.

1.2 Ý tưởng thực hiện.

Trong thời đại hiện nay,dưới sự bùng nổ và phát triển của công nghệ Đặc biệt

là ngành công nghệ điện tử kỹ thuật số thì những mạch ứng dụng vào thực tế càng nhiều Các thiết bị điện tử số dù đơn giản hay là hiện đại đến đâu đi nữa thì đều hướng tới sự tiện lợi cho người sử dụng Trước những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết của

cuộc sống Nhóm đồ án chúng em đã bắt tay vào tìm hiểu và thiết kế “mạch đếm

số người (sản phẩm) hiển thị led 7thanh”.

Hiện tại ở các vùng thành thị cũng như nông thôn, các bậc cha mẹ , phụ huynh

do bận bịu về mặt công việc cũng như thời gian chưa thể đưa đón con em đến trường đung giờ và thường xuyên Việc đó dẫn tới nhu cầu xe đưa đón học sinh tận nhà đang rất cao, lúc nào cũng cần thiết Theo quan sát của bản thân em cũng như được sự chia sẻ từ các bác lái xe đưa đón thì việc chờ đợi các em lên xe cũng như điểm danh xem các em hs đã lên đủ trên xe hay chưa là một việc tốn nhiều thời gian của các tài xế Chính vì vậy, chúng em đã nảy ra ý tưởng giúp đỡ bác tài khi các em hs lên xe , xuống xe giúp tiết kiệm thời gian , cho các tài xế không bị phân tâm khi cầm lái Dựa trên thực tế, xe đưa đón các em hs thường là các xe vừa và nhỏ, có số ghế ngồi thường <24 Do đó, nhóm em ứng dụng vào các kiến thức đã được học và kiến thức thực tế do các thầy chỉ dẫn thiết kế , chế tạo ra mạch đếm người (sp )

Dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Xuân Tiến và các thầy cô giáo trong khoa đãgiúp đỡ chúng em thực hiện ý tưởng này

Hình 1 1 Các hình ảnh minh hoạ

2 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

2.1 Điện trở.

2.1.1 Định nghĩa và phân loại:

Khái niệm, ký hiệu điện trở:

Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động, có khả năng cản trở dòng điện, tạo sự sụtáp

Ký hiệu điện trở: R (Resistor)

Đơn vị tính: ohm (Ω).)

( 1Ω) = 10-3 KΩ) = 10-6 MΩ).)

Điện trở được chia làm 2 loại đó là điện trở cố định và điện trở biến đổi

Hình 2 1 Kí hiệu của một số điện trở

2.1.2 Các thông số cơ bản của điện trở.

Giá trị của điện trở phụ thuộc vào vòng màu, vật liệu, kích thước, và độ dài của điệntrở

Bên cạnh giá trị của điện trở và sự sai lệch cho phép với các giá trị tiêu chuẩn, làđặc tính cần thiết bao gồm khả năng chịu tải và hệ số nhiệt độ

Giá trị giới hạn:

- Các giá trị giới hạn đưa ra bởi các nhà sản xuất là các giá trị, nếu vượt quá có thể làm thay đổi tham số của linh kiện hoặc thậm chí phá hỏng linh kiện Các giá trị giới hạn này không được vượt quá Các giá trị giớihạn này gồm có:

Công suất cực đại cho phép Pmax

Điện áp làm việc cực đại cho phép Umax

2.1.3 Phân loại điện trở

- Phân loại theo cấu tạo có 3 loại:

+ Than ép: loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp

+ Màng than: loại này có công suất >3W và họt động ở tần số cao

+ Dây quấn: loại này có công suất >5W và hoạt động ở tần số thấp

- Phân loại theo công suất

+ Công suất nhỏ: kích thước nhỏ

+ Công suất trung bình: kích thước lớn hơn

+ Công suất lớn: kích thước lớn

Xác định chất lượng của điện trở:

- Để xác định chất lượng của điện trở, chúng ta có những phương pháp sau:+ Quan sát bằng mắt: kiểm tra xem màu sắc trên than điện trở có chỗ nào bị đổimàu hay không Nếu có thì giá trị của điện trở có thể bị thay đổi khi làm việc

+ Dùng đồng hồ vạn năng kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở để xác địnhchất lượng của điện trở

- Những hư hỏng thường gặp ở điện trở:

+ Đứt: Đo không lên

+ Cháy: Do làm việc quá công suất chịu đựng

+ Tăng trị số: Thường xảy ra ở các điện trở bột than, do lâu ngày hoạt tính của lớpbột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở

+ Giảm trị số: Thường xảy ra ở các điện trở dây quấn là do bị chạm 1 số vòng dây.Biến trở (Variable resistor):

- Công dụng: dùng để biến đổi (thay đổi giá trị điện trở, qua đó làm thayđổi điện áp hoặc dòng điện ra trên biến trở

+ Biến trở chiết áp: đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao

+ Biến trở vi chỉnh: để điều chỉnh độ chính xác của mạch điện

-biến trở có 2 loại cơ bản là loại than và loại dây quấn

+ Biến trở dạng dây quấn với công suất cao, thường chỉ được sử dụng trong trườnghợp đòi hỏi khả năng chịu tải lớn Các biến trở loại màng mỏng thì ngược lại được

sử dụng với số lượng lớn Chúng là các “chiết áp” (potention metter) được điều chỉnh bằng tay, không dùng dụng cụ

+ Đối với biến trở loại than: thực tế có 2 loại A và B

 Loại A: chỉnh thay đổi chậm đều được sử dụng để thay đổi âm lượng lớn,nhỏ trong amply, cassette, radio, ti vi… hoặc chỉnh độ tương phản

(contrass), chỉnh độ sáng (brightness) ở tivi… biến trở loại A còn có têngọi là biến trở tuyến tính

 Loại B: chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm, bổng ởamply, biến trở loại B còn có tên gọi là biến trở phi tuyến hay trở loga

- Cách đo biến trở để xá định giá trị hoặc cá định loại A,B:

 Vặn đồng hồ vạn năng về thang đo ohm (Ω).)

 Đo cặp chân 1,3 rồi chiếu với giá trị trên than biến trở

 Đo tiếp cặp chân 1, 2 rồi dùng tay vặn thử biến trở xem giá trị hiển thịtrên đồng hồ có thay đổi hay không

 Nếu thay đổi chậm: ta xác định VR là loại A

Chú

ý:

 Nếu thay đổi nhanh: ta xác định VR là loại B

- Nếu kim đồng hồ thay đổi, rồi lại chuyển về vị trí ∞ là biến trở bị đứt

- Nếu kim đồng hồ thay đổi, rồi chuyển về vị trí ∞, sau đó lại trở lại vị trígần đó là biến trở bị bẩn, rỗ mặt than

2.1.4 Ứng dụng của điện trở:

Điện trở có mặt ở khắp mọi nơi trong các mạch điện, điên tử và như vậy điện trở là

1 linh kiện quan trọng không thể thiếu trong các mạch điện và điện tử Trong mạchđiện, điện trở còn có tác dụng như trở hạn dòng, phân áp……

Ngoài ra điện trở còn rất nhiều ứng dụng khác trong mạch điện hàng ngày

2.2 Tụ điện

2.2.1 Khái niệm, ký hiệu của tụ điện:

- Khái niệm: tụ điện là linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm phần tử tíchtrữ và giải phóng năng lượng trong mạch điện

- Ký hiệu của tụ điện: C

Được xác định bằng biểu thức: C (Xc )

Đơn vị tính: Fara (F)

+ Kí hiệu của tụ trong mạch điện:

Hình 2 2 Kí hiệu của một số tụ

- Đối với tụ không phân cực, khi mắc vào mạch điện không cần phải lưu ý

đến cực Nhưng đối với tụ phân cực thì ta phải chú ý cực dương (+) phảinối vào điểm có điện áp cao hơn, cực âm (-) nối với điểm có điện áp thấphơn

2.2.2 Cấu tạo và phân loại tụ điện:

- Về cấu tạo, tụ không phân cực gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá làmbằng chất cách điện gọi là chất điện môi Tên của tụ được đặt theo tên chất điện môi như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica, tụ dầu…

- Giá trị của tụ thường có điện dung từ 1,8pF tới 1µF khi giá trị điện dunglớn hơn thì kích thước của tụ khá lớn nên khi đó chế tạo loại phân cực tính sẽ giảm kích thước 1 cách đáng kể.

- Tụ điện phân: màng oxide nhôm

Tụ điện phân có cấu tạo gồm 2 điện cực tách rời nhau nhờ 1 màng mỏng chất điện phân, khi có một điện áp tác động lên 2 điện cực sẽ suất hiện 1 màng oxit kim loại không dẫn điện đóng vai trò như chất điện môi Lớp điện môi càng mỏng, kích thước của tụ càng nhỏ mà điện dung càng lớn Đây là loại tụ có cực tính được xác định và đánh dấu trên thân tụ, nếu nối gược cực tính, lớp điện môi có thể phá hủy vàlàm hỏng tụ (nổ tụ) Loại này dễ bị dò điện do lượng điện phân còn dư

Phân loại tụ điện:

- Phân loại theo tính chất: ( tính chất phân cực) : gồm có:

+ Tụ không phân cực: gồm các lá kim loại xen kẽ với lớp cách điện mỏng, giá trịcủa nó thường từ 1,8pF ÷ 1µF

+ Tụ phân cực: có cấu tạo gồm 2 điện cực cách li nhau nhờ 1 lớp chất điện phân mỏng làm điện môi Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dung càng cao Loại tụnày có sự phân cực và ký hiệu các cực được ghi trên thân của tụ

- Phân loại theo cấu tạo:

+ Tụ gốm : Điện môi làm bằng gốm, thường có kích thước nhỏ, dạng ống hoặc dạngđĩa có tráng lk lên bề mặt, trị số từ 1pF ÷ 1µF và có điện áp làm việc tương đối cao.+ Tụ mica: Điện môi làm bằng mica có tráng bạc, trị số từ 2,2pF đến 10nF Thườnglàm việc ở tần số cao Tụ này có chất lượng cao, sai số nhỏ, đắt tiền

+ Tụ polycacbonat: có dạng tấm chữ nhật, kích thước nhỏ gọn phù hợp với cácBoard mạch in, điện dung lớn( tới 1µF)

+ Tụ giấy polysie: chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polysie có dạng hình trụ, cótrị số từ 1nF÷ 1µF

+ Tụ hóa (tụ điện phân): có cấu tạo là các lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại đặt trong vỏ nhôm, loại này có điện áp làm việc thấp, kích thước và sai sốlớp Trị số điện dung khoảng 0.1µF÷470µF

+ Tụ tantan: loại này được chế tạo ở 2 dạng hình trụ có đầu ra dọc theo trục và dạnghình viên tantan Tụ này có kích thước nhỏ Nhưng trị số điện dung khá lớn khoảng0.1µF÷ 100µF

+ Tụ biến đổi: chính là tụ xoay trong radio hay tụ tinh chỉnh

Xác định chất lượng của tụ điện:

- Dùng thang đo Ohm (của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim

+ Khi đo tụ >100µF chọn thang đo X1

+ Khi đo tụ từ 10µF đến 100µF chọn thang đo X10

+ Khi đo tụ từ 0.1µF đến 10µF chọn thang đo X 1k

+ Khi đo tụ từ 0,001µF đến 0.1µF chọn thang đo X10

+ Khi đo tụ từ 100pF đến 0.001µF chọn thang đo X 1M

+ Khi đo tụ < 100pF chọn thang đo X10M

- Đo 2 lần, có đảo chiều que đo

+ Nếu kim vọt lên rồi trả về hết thì khả năng nạp, xả của tụ còn tốt

+ Nếu kim vọt lên 0Ω).: tụ bị nối tắt( bị đánh thủng, chạm, chập…)

+ Nếu kim vọt lên nhưng trả về không hết: tụ bị rò rỉ

+ Nếu kim vọt lên rồi trả về lờ đờ: tụ bị khô

+ Nếu kim không lên: tụ bị đứt

2.2.3 Ứng dụng của tụ điện:

- Đối với tụ phân cực: được ứng dụng trong mạch điện tử để san phằngđiện áp 1 chiều, lọc tín hiệu xoay chiều

- Tụ không phân cực: được ứng dụng trong mạch điện tử để lọt các tín hiệutần số cao

- Tụ còn được ứng dụng trong các mạch dao động

2.3 Máy biến áp

2.3.1 Khái niệm:

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, biếnđổi 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành 1 hệ thống dòng điện ở điện áp khác với tần số không thay đổi

Do vậy máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứkhông biến đổi năng lượng

Nếu 1 cuộn dây được đặt vào 1 nguồn điện áp xoay chiều (gọi là cuộn dây sơ cấp), thì sẽ có 1 từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp và số vòng dâyquấn sơ cấp

Từ thông này sẽ mắc vào các cuộn dây quấn khác: (cuộn dây thứ cấp) và cảm ứngtrong cuộn dây thứ cấp có 1 sức điện động mới, có giá trị phụ thuộc vào số vòng dây quấn thứ cấp

Với tỷ số tương ứng giữa số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp, chúng ta sẽ có tỉ lệtương ứng giứa điện áp sơ cấp và thứ cấp

2.3.2 Cấu tạo máy biến áp:

- Máy biến áp có những bộ phận chính sau:

+ Lõi thép (mạch từ), dây quấn và vỏ máy

Lõi máy biến áp dùng làm mạch từ, để dẫn từ thông, đồng thời làm khung để đặt dây quấn Thông thường để giảm tổn haodo dòng điện xoáy sinh ra, lõi thép cấu tạogồm các lá thép kỹ thuật điện (tole silIC) dày 0.35mm ghép lại đối với máy biến áp hoạt động ở tần số đến vài trăm HZ

Hình 2 3 Cấu tạo máy biến áp

2.3.3 Phân loại máy biến áp:

Máy biến áp có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào:

+ Cấu tạo: như máy biến áp 1 pha, 3 pha, tự ngẫu…

+ Chức năng: biến đổi điện áp, cách ly, ghép…

+ Cách thức cách điện

+ Công suất hay hiệu điện thế

+ Tần số: âm tần, trung tần hay cao tần

Ứng dụng của máy biến áp:

+ Truyền tải điện năng: dùng các máy biến áp (biến thế) tăng áp và giảm áp đểtruyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ

 Nấu chảy kim loại: như mỏ hàn là dụng cụ tiêu biểu cho ứng dụng này, phục

vụ hữu ích cho ngành điện

2.4 IC7805

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn

áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp

VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V.

Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau

Hình 2 4 Sơ đồ chân IC7805

Chân số 1 là chân đầu vào

Chân số 2 là chân nối mass

Chân số 3 là chân đầu ra

Một số thông số kỹ thuật:

- 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

+) Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên Các giá trị cũng

không nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng ≤ 2/3 max.Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

+) Ta nên hạn chế áp lối vào 7805 để giảm công suất tiêu tán trên tản nhiệt.

IC 7805 còn phụ thuộc vào áp rơi trên nó

Một

số đ i ể m lưu y ́ k há c :

+) Thực tế áp lối ra có thể đạt giá trị nào đó trong khoảng 4.8 5.2 V Nên nếu đo

được áp là 4.85V thì ta không vội kết luận là IC bị hỏng

+) Độ trôi nhiệt của 7805 xấp xỉ: 1mv/1 độ C Nó có hệ số trôi nhiệt âm, nên nhiệt

độ tăng, điện áp ra sẽ giảm

VD: Nếu ở 25 độ C, điện áp lối ra là 4.98V, thì rất có thể tại 65 độ, ta đo được thế

lối ra cỡ: 4.94 độ C

IC 7805 có bảo vệ chập tải