THIẾT kế MẠCH bơm nước tự ĐỘNG

Khi được kết nối với nguồn điện, máy bơm nước sẽ tự động thực hiện các chức năng bật và tắt máy mà không cần thêm bất kì sự tác động nào của con người.. *Mục tiêu cụ thể -Tìm hiểu các ch

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

Chương 1: Giới thiệu tổng quan 4

1.1 Tổng quan về mạch 4

1.2 Mục đích nghiên cứu 5

Chương 2: Sơ đồ thiết kế mạch 6

2.1 Sơ đồ khối 6

2.1.1 Khối nguồn 6

2.1.2 Khối logic: 9

2.1.3 Khối khuếch đại 13

2.1.4: Khối chấp hành: 15

2.1.5: Khối cảm biến: 17

2.2 Mạch nguyên lý 18

2.2.1: Sơ đồ nguyên lý 18

2.2.2: Nguyên lý hoạt động của mạch 18

Chương 3: Kết quả đạt được 20

3.1 Kết quả đạt được 20

3.2 Những hạn chế còn tồn tại và ưu điểm 20

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1-1: Mạch bơm nước tự động sử dụng phao 4

Hình 1-2: Mạch bơm nước tự động sử dụng cảm biến mực nước 4

Hình 2-1: Sơ đồ khối cho toàn mạch 5

Hình 2-2: Khối nguồn 5

Hình 2-3: Hình dạng thực tế của máy biến áp trong thực tế 6

Hình 2-4: Hình dạng thực tế của cầu diode trong thực tế 6

Hình 2-5: Hình dạng thực tế của tụ trong thực tế 7

Hình 2-6: Hình dạng thực tế của điện trở trong thực tế 7

Hình 2-7: Hình dạng thực tế của đèn LED trong thực tế 8

Hình 2-8: Khối logic 8

Hình 2-9: Hình dạng thực tế và bảng chân lý của IC 7414 trong thực tế 9

Hình 2-10: Hình dạng thực tế của IC 7408 trong thực tế 9

Hình 2-11: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng AND 10

Hình 2-12: Hình dạng thực tế của Trigger 4013 trong thực tế 10

Hình 2-13: Sơ đồ chân của IC 4013 11

Hình 2-14: Hình dạng và sơ đồ chân transistor C1815 trong thực tế 12

Hình 2-15: Sơ đồ các chân và hình ảnh thực tế của IC LM358 13

Hình 2-16: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của biến trở 13

Hình 2-17: Khối công suất 14

Hình 2-18: Hình dạng của Relay 5 chân SRD-5VDC trong thực tế 14

Hình 2-19: Hình dạng và sơ đồ chân của Diode 15

Hình 2-20: Hình dạng của motor trong thực tế 15

Hình 2-21: Khối cảm biến 16

Hình 2-22: Hình dạng Led thu – pháp trong thực tế 16

Hình 2-23: Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 17

Hình 3-1: Mạch bơm nước tự động của nhóm 19

Chương 1:

Giới thiệu tổng quan 1.1 Tổng quan về mạch

- Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa như ngày nay, xu thế hội nhập là điều tất yếu Cuộc sống ngày càng bận rộn, con người ta càng dành ít thời gian cho công việc gia đình, công việc kinh tế - xã hội được chú trọng nhiều hơn, cũng vì lí do đó xu thế tự động hóa cũng ngày càng trở nên sâu rộng Trong xu thế đó, máy bơm nước tự động cũng ngày càng trở nên phổ biến Với chức năng ưu việt như tiết kiệm thời gian, sức lao động, nguồn nước nhờ các kỹ thuật tiên tiến từ LED thu phát hồng ngoại Qua một vài thao tác đơn giản như lắp đặt, kết nối nguồn điện, người sử dụng có thể dễ dàng đáp ứng được nhu cầuu sinh hoạt thiết yếu mà không cần phải quá để tâm và không tốn nhiều thời gian Khi được kết nối với nguồn điện, máy bơm nước sẽ tự động thực hiện các chức năng bật và tắt máy mà không cần thêm bất kì sự tác động nào của con người

- Ngoài mạch bơm nước tự động của chúng em thì trong thực thế có rất nhiều mạch tương tự như:

Hình 1-1: Mạch bơm nước tự động sử dụng phao.

Hình 1-2: Mạch bơm nước tự động sử dụng cảm biến mực nước.

1.2 Mục đích nghiên cứu

*Mục tiêu chung

-Hệ thống hóa lý thuyết về mạch

- Thiết kế mạch bơm nước tự động phát triển và cải tiến để mạch nhỏ gọn đơn giản, chính xác và tối ưu nhất Thực hiện đúng theo yêu cầu của giáo viên hướng dẫn.

*Mục tiêu cụ thể

-Tìm hiểu các chức năng, và cấu tạo mạch bơm nước tương tự trong thực tế

-Nghiên cứu công dụng, các chức năng cơ bản của linh kiện điện tử

-Thiết kế mạch máy bơm nước tự động

Chương 2: Sơ đồ thiết kế mạch 2.1 Sơ đồ khối

Hình 2-1: Sơ đồ khối cho toàn mạch

2.1.1 Khối nguồn.

Hình 2-2: Khối nguồn

- 1 máy biến áp 12V – 1A

Hình 2-3: Hình dạng thực tế của máy biến áp trong thực tế

+ Các thông số của máy biến áp:

Điện áp đầu vào: 220V (AC)

Điện áp đầu ra: 3V, 4.5V, 6V, 7.5V, 9V, 12V (AC)

Dòng đầu ra: 1A

+ Công dụng của máy biến áp là biến đổi dòng điện áp (xoay chiều) và không làm thay đổi tần số

- 1 cầu diode:

Hình 2-4: Hình dạng thực tế của cầu diode trong thực tế

+ Cầu diode sử dụng 4 diode để chuyển nguồn từ AC sang nguồn DC

- 1 IC ổn áp 7805

+ Các thông số của IC LM7805:

Đầu ra 5V chính xác và cố định

Điện áp đầu vào tối đa là 35V DC

Dòng điện tĩnh thấp chỉ 8mA

+ Công dụng của IC LM7805: dung để ổn định điện áp dương đầu ra với điều kiện đầu vào luôn luôn lớn hơn 3V

- 2 tụ hóa

Hình 2-5: Hình dạng thực tế của tụ trong thực tế

+ Các thông số của tụ: 1000uF, 25V.

+ Công dụng của tụ: dùng để cản trở và phóng nạp khi cần thiết Đặc trưng bởi dung kháng phụ thuộc vào tần số điẹn áp

- 1 điện trở

Hình 2-6: Hình dạng thực tế của điện trở trong thực tế

+ Các thông số của điện trở: 1K

+ Công dụng của điện trở: cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng theo ý muốn

- 1 đèn LED

Hình 2-7: Hình dạng thực tế của đèn LED trong thực tế

+ Các thông số của led: màu xanh (2 – 2,8V)

+ Công dụng của led: phát ra ánh sáng

2.1.2 Khối logic:

Hình 2-8: Khối logic

- 2 cổng NOT 7414

Hình 2-9: Hình dạng thực tế và bảng chân lý của IC 7414 trong thực tế

+ Các thông số của IC 7414:

 Dòng điện hoạt động: 2-6V

 Công suất tiêu thụ: PTOT = 500mW

 Nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 150°C

+ Công dụng của cổng NOT 7414: Tín hiệu vào với tín hiệu ra sẽ ngược nhau Nếu đầu vào là 1 thì đầu ra sẽ là 0 và ngược lại

- 2 cổng AND 7408:

Hình 2-10: Hình dạng thực tế của IC 7408 trong thực tế

+ Các thông số của IC 7408:

Điện áp cung cấp: 4.75V ~ 5.25V

Dải nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 70°C

Dòng điện ra mức cao: IOH = -0.4mA

Dòng điện ra mức thấp: IOL = 8mA

Nhiệt độ không khí hoạt động miễn phí: 0°C đến +70°C

+ Công dụng của cổng AND 7408: Một cổng AND có 2 đầu vào và 1 đầu ra Mỗi giá trị này có thể có giá trị 0 hoặc 1 và giá trị ban đầu phụ thuộc vào 2 giá trị đầu vào Đầu ra chỉ là 1 khi cả hai giá trị đầu vào là 1

Hình 2-11: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng AND

- 1 Trigger 4013:

Hình 2-12: Hình dạng thực tế của Trigger 4013 trong thực tế

+ Các thông số kỹ thuật của trigger 4013

Kiểu chân: 14DIP

Điện áp hiệu dụng: 3-8V

Nhiệt độ hoạt động: -55 đến 125C

Công suất: 500mW

Hình 2-13: Sơ đồ chân của IC 4013

+ Chức năng của Trigger 4013: Lưu giữ trang thái tại thời điểm thay đổi mức.

2.1.3 Khối khuếch đại

- 1 transistor C1815

Hình 2-14: Hình dạng và sơ đồ chân transistor C1815 trong thực tế

+ Các thông số của transistor C1815:

Loại bán dẫn: NPN

Điện áp cực đại: 50V

Dòng cực đại: 150mA

Hệ số khuếch đại ~ 25 – 100

+ Công dụng của transistor C1815: được sử dụng với vai trò làm khóa điện tử; tự động bật, tắt

- Điện trở

+ Các thông số của điện trở: R2, R8 =1K

+ Công dụng của điện trở: cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng theo ý muốn

- IC so sánh LM358

Hình 2-15: Sơ đồ các chân và hình ảnh thực tế của IC LM358

+ Các thông số của IC LM358:

Nguồn điện áp thấp 3V hoặc cao lên tới 32V

Công suất cực thấp, tuy nhiên độ lợi cao 100dB

Gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán tương thích với nhiều loại mạch logic khác nhau

+ Công dụng của IC LM358: được sử dụng như bộ so sánh điện áp ở 2 chân đầu vào 2 và

3 để đưa lết quả tới đầu ra chân 1

- 2 biến trở

Hình 2-16: Sơ đồ chân và hình ảnh thực tế của biến trở

+ Các thông số của biến trở: 10K

+ Công dụng của biến trở: dùng để thay đổi được giá trị điện trở của mình từ mức min cho tới mức max

- LED

+ Các thông số của led: màu đỏ: 1,4 – 1,8V

+ Công dụng của led: Phát ra ánh sáng

2.1.4: Khối chấp hành:

Hình 2-17: Khối công suất

- Role

Hình 2-18: Hình dạng của Relay 5 chân SRD-5VDC trong thực tế

+ Các thông số của Relay 5v:

Điện áp điều khiển: 5V

Dòng điện cực đại: 10A

Thời gian nhả hãm: 5ms

Thời gian tác động: 10ms

+ Công dụng của Relay: để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực

- Diode

Hình 2-19: Hình dạng và sơ đồ chân của Diode

+ Các thông số của diode:

Điện áp ngược cực đại: 40V

Dòng thuận cực đại: 1A

+ Công dụng của diode: ngăn ngược dòng

- Motor

Hình 2-20: Hình dạng của motor trong thực tế

+ Các thông số của motor:

Điện áp điều khiển: 3 – 5V

Dòng điện tiêu thụ: 400 – 500mA

Tốc độ: 14000 vg/ph

+ Công dụng của motor: bơm nước

2.1.5: Khối cảm biến:

Hình 2-21: Khối cảm biến

- 2 cặp LED thu – phát

Hình 2-22: Hình dạng Led thu – pháp trong thực tế

+ Các thông số của LED thu – phát:

Điên áp: 1.2 – 1.6VDC

Dòng điện áp: 10 – 20mA

+ Công dụng của LED thu – phát: cảm biến mực nước

- Điện trở

+ Các thông số của điện trở: R1, R4 =2K; R3, R5 =100Ω

+ Công dụng của điện trở: cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng theo ý muốn

2.2 Mạch nguyên lý.

2.2.1: Sơ đồ nguyên lý.

Hình 2-23: Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

2.2.2: Nguyên lý hoạt động của mạch.

Mạch có 2 cảm biến đo mực nước để phát hiện mức nước Khi mức nước cao hơn mức nước cho phép thì hai cảm biến đưa về sẽ có điện áp cao Khi mức nước thấp hơn mức nước cho phép thì hai cảm biến đưa về

sẽ có điện áp thấp Khi mức nước trung bình giữa 2 khoảng thì một trong

2 cảm biến sẽ có tín hiệu đưa về ở mức cao 2 tín hiệu được đưa về 2 khối so sánh dung OP-AMP Sau khối so sánh chúng ra được 2 tín hiệu Logic tại đầu ra của mỗi khối Điện trở và LED mắc tại đầu ra của khối vừa ổn định mức logic và báo mức logic xuất ra Một trigger D hoạt động ở chế độ của 1 triger RS sẽ nhận tín hiệu từ khối so sánh để điều khiển 1 chiếc role để đóng cắt dòng điện cho máy bơm Khi mức nước

dưới mức cho phép ta cần đóng rơ le cấp điện cho máy bơm.Lúc này điện áp từ khối so sánh là 2 tín hiệu mức 0.Chúng ta cần sử dụng 2 cổng NOT để đảo lại tín hiệu.Cổng AND sau đó sẽ AND 2 tín hiệu với nhau cho ra mức điện áp 1 kích vào chân Set của trigerD Đầu ra Q của trigger

sẽ có mức 1 điều khiển đóng rơ le Sử dụng cổng AND để nó chỉ có tác dụng khi mức nước dưới mức cho phép, khi mà 2 tín hiệu đưa về là 0 Khi mức nước trên mức cho phép ta cần ngắt rơ le để ngừng cấp điện cho máy bơm.Lúc này điện áp từ khối so sánh là 2 tín hiệu mức 1.Chúng

ta cần sử dụng cổng AND sau đó sẽ AND 2 tín hiệu với nhau cho ra mức điện áp 1 kích vào chân Reset của trigerD Đầu ra Q của trigger sẽ có mức 0 điều khiển ngắt rơ le, ngừng cấp điện Khi mức nước giữa 2 khoảng thì tín hiệu đưa về sẽ là 0 1 hoặc 1 0 ứng với 2 cảm biến.Do đó khi AND với nhau tín hiệu thu được đều là mức 0 nên không có tác động đến trigger D và khi này trigger D giữ nguyên trạng thái của lần tác động gần nhất Cổng ra Q của trigger D sẽ kích cho 1 transistor đóng điện cho động cơ.Rơ le này được nuôi bằng nguồn điện 12V.Tuy nhiên cũng không quá quan trọng là điện áp phải ổn định nên điện áp được lấy trực tiếp từ nguồn chỉnh lưu tại vị trí có tụ lọc.

Chương 3: Kết quả đạt được 3.1 Kết quả đạt được

Hình 3-1: Mạch bơm nước tự động của nhóm

3.2 Những hạn chế còn tồn tại và ưu điểm.

- Trong quá trình thực hiện đồ án do cũng gặp nhiều khó khăn thực tế phát sinh khi thiết

kế chế tạo mạch nên mạch của chúng em đạt độ chính xác chưa cao Vì lắp trên bo mạch các dây dẫn không được gắn kết chặt chẽ vì vậy vẫn bị nhiễu và tín hiệu kém

Suốt quá trình làm đồ án chúng em đã rèn luyện được khả năng làm việc theo nhóm, đồng quen dần với cách làm việc độc lập, biết cách tổ chức công việc và sắp xếp thời gian một cách hợp lý, rèn luyện các kỹ năng cần thiết cho chuyên ngành của mình