ĐỒ án môn học đề tài THIẾT kế, CHẾ tạo MẠCH CHỐNG rò rỉ nước TRONG hệ THỐNG cấp nước SINH HOẠT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH CHỐNG RÒ RỈ NƯỚC TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC SINH HOẠT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Phạm Thanh Tùng SINH VIÊN THỰC HIỆN : - Phan Văn Anh - 11019464 - Nguyễn Vũ Hoàng Anh - 11019004 LỚP : 110194 Mục Lục CHƯƠNG : Tổng quan đề tài 1.1 Mục tiêu đề tài 1.2 Tính ứng dụng đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG : Cơ sở lý thuyết 2.1 Tổng quan thiết kế 2.2 Các linh kiện sử dụng mạch  IC ổn áp LM7805 .3  Cầu diode  Cảm biến nước  IC LM358  Biến trở  Transistor C2383 .8  Relay 10  Một số linh kiện khác .12 CHƯƠNG : Thiết kế thi công mạch 13 3.1 Sơ đồ khối 13 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch 15 3.3 Nguyên lý hoạt động mạch 15  Tính tốn thơng số cho khối nguồn 15  Tính tốn thơng số khối cảm biến & so sánh 16  Tính tốn thông số cho khối báo động .16 3.4 Sơ đồ mạch in 16 3.5 Mạch hoàn thiện 17 3.5 Kết luận 17 Đồ án: Thiết kế hệ thống chống rò rỉ nước hệ thống cấp nước sinh hoạt CHƯƠNG 1: Tổng quan đề tài 1.1 1.2 1.3 Mục tiêu đề tài - Thiết kế mạch so sánh sử dụng op-amp để so sánh ngưỡng điện áp dùng khóa điện tử transistor để đóng cắt relay - Thực nghiệm kiến thức học trường nâng cao kiến thức thân - Mạch phát rò rỉ nước giúp phát sớm hệ thống bị rị rỉ, mạch phát tín hiệu cảnh báo âm tới người dùng Tính ứng dụng đề tài - Trong sống ngày cơng nghiệp hóa Việc mang tính tự động vơ cần thiết Mạch cảm biến nước giúp ta tự động nhận biết truyền tín hiệu đến cấu chấp hành Ta áp dụng vào đời sống : Máy phơi quần áo tự động , Cửa sổ trời tự động nhà thông minh ô tô, máy bơm tự động hệ thống nước Tùy vào mục đích khác mà ta ứng dụng rộng rãi Phương pháp nghiên cứu - Tìm hiểu tổng quan lý thuyết đề tài - Đọc số tài liệu liên quan - Thiết kế mạch - Tham khảo ý kiến thầy cô - Thực nghiệm, kiểm chứng đối tượng - Báo cáo đề tài CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết 2.1 Tổng quan thiết kế - Ta cần xây dựng thiết kế khối mạch: khối nguồn, khối cảm biến & so sánh, khối báo động - Khối nguồn sử dụng điện áp lưới thông dụng 220V - Khối so sánh giúp ta tinh chỉnh độ nhạy theo ý muốn, phù hợp điều kiện thực tế - Khối báo động còi hú Led phát sáng có nước 2.2 Các linh kiện sử dụng mạch  IC ổn áp LM7805 Thông số kĩ thuật: - Số chân: Điện áp đầu vào ( input ): 7V – 18V DC Điện áp đầu ( output ): 5V Dòng ngõ 1A Nhiệt độ hoạt động: 0-1250C Công suất cực đại 5W - Chân ngõ vào(input), chân chân nối đất (Mass), chân chân ngõ ra(output) - Ngõ output ổn định ngưỡng 5V DC dù điện áp input thay đổi  Cầu diode Diode cầu có cấu tạo gồm diode đóng gói gói gồm chân Tác dụng làm chỉnh lưu dịng điện xoay chiều dịng chiều Thơng số kĩ thuật : - Điện áp ngược cực đại 1000V Dòng thuận cực đại Điện áp rơi thuận : 1V Dải nhiệt độ hoạt động : −550C -1550C  Cảm biến nước - Cảm biến nước thành phần mạch Nó thiết kế dây hai lõi, sử dụng phổ biến hệ thống phát rò rỉ dựa nguyên tắc ngắn mạch - Nếu khơng có nước, trở kháng giứa dây dẫn lớn khơng có truyền dẫn Khi có nước rơi vào dây cảm biến, ngắn mạch điểm A B lại lúc có truyền dẫn dây  IC LM358 Hình dáng thực tế IC LM358 - LM 358 khuếch đại thuật toán hiệu suất cao, xây dựng chip đơn silicon Nó thiết kế cho loạt ứng dụng tương tự Đặc trưng LM358 Độ Nhạy cao Hệ só khuếch đại lớn Có bảo vệ ngắn mạch Dải điện áp ngõ vào rộng Sơ đồ chân IC LM358 Chân 1: Đầu opamp Chân 2: Đầu vào đảo opamp Chân 3: Đầu vào không đảo opamp Chân 4: Nối nguồn âm nối đất IC Chân 5: Đầu vào không đảo opamp Chân 6: Đầu vào đảo opamp Chân 7: Đầu opamp Chân 8: Chân nối dương nguồn IC Các thông số kỹ thuật LM 358: - Điện áp cung cấp: ±18V Điện áp đầu vào vi sai Công suất cực đại: 500mW 70o C Dải nhiệt độ hoạt động: Gói PDIP,SOIC VSSOP chân  Biến trở Biến trở thiết bị có điện trở biến đổi theo ý muốn Chúng sử dụng mạch điện để điều chỉnh hoạt động mạch điện Điện trở thiết bị thay đổi cách thay đổi chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ, ánh sáng, xạ điện từ,… Một số ký hiệu biến trở: Hình ảnh biến trở thực tế: Thông số sản phẩm: - Độ dài núm chỉnh: 15mm - Đường kính núm chỉnh: 7mm - Loại biến trở: Volume đơn, có chân Thơng số điện: - Tổng trở kháng: 1KΩ - 1MΩ (Tùy giá trị biến trở) - Tổng dung sai kháng chiến: ± 20% - Đặc tính trở kháng loại: A, B, C, D - Điện áp hoạt động tối đa: B Linear: DC 50V / AC 25V - Công suất định mức: B Linear: 0.5W - Tiếng ồn: Dưới 100mV - Chống cách điện: Hơn 100MΩ - Điện áp chịu được: phút AC 250 V Tính chất lý - Góc quay toàn bộ: 300 ± 10 (độ) - Khoảng cách quay: 10 ~ 200 gf.cm - Sức mạnh dừng quay: 3.0Kgf.cm - Độ bền kéo: đẩy: 7.0kgf phút Độ bền - Vòng quay: 10.000 chu kỳ  Transistor C2383 * Thông số kỹ thuật: - Model: NPN – TO92 - Điện áp cực đại:  VCBO = 160V                               VCEO = 160V                                VEBO = -6V - Dịng điện cực đại: IC =  1A - Cơng suất cực đại: Pc = 900mW - Nhiệt độ làm việc: -55oC ~ 125oC        Transistor C2383 là transistor nghịch NPN, có cấu tạo gồm lớp bán dẫn ghép với thành mối nối P-N, thuộc loại transistor nghịch NPN. Transistor C2383 được sản xuất theo chuẩn TO92        Transistor C2383 là transistor nghịch có hệ số khuếch đại trong khoảng 40 đến 310. Transistor C2383 có hoạt động với điện áp VCBO tối đa 30V, dịng điện giới hạn 100mA. Transistor C2383 là transistor có cơng suất 500mW, có dải nhiệt độ hoạt động rộng từ -55 oC đến 125oC, nhiên  C2383 hoạt động tốt khoảng 25oC.         Transistor C2383 có đặc tính dịng DC ổn định, hệ số khuếch đại tuyến tính, transistor thông dụng, đươc sử dụng nhiều mạch điện tử  Relay * Thông số kỹ thuật: - Điện áp điều khiển: 5V - Dòng điện cực đại: 10A - Thời gian tác động: 10ms - Thời gian nhả hãm: 5ms - Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC          Relay chân HLS8L-5VDC là loại linh kiện đóng ngắt điện đơn giản Nó gồm phần cuộn hút tiếp điểm Cấu tạo relay mô tả hình: Hình 2.12 Sơ đồ kích thước Relay 5V chân Chân chân nối vào cuộn hút , có điện vào cuộn hút hút tiếp điểm chuyển từ vị trí xuống tiếp điểm Chân : Đặt điện áp 5VDC (vì mạch mơ ) Chân 4,chân : Tiếp điểm   *    Ứng dụng rờ-le: - Nhìn chung , công dụng role “dùng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn lượng lớn hơn” - Role dùng khác thông dụng ứng dụng điều khiển động chiếu sáng  Một số linh kiện khác Điện trở: - Điện trở linh kiện có tính cản trở dịng điện làm số chức khác tùy vào vị trí điện trở mạch điện - Cấu tạo : điện trở cấu tạo từ vật liệu có điện trở suất cao làm than, magic kim loại Ni-O 2,oxit kim loại , dây quấn Để biểu thị giá trị điện trở Người ta dung vòng màu để biểu thị giá trị điện trở Tụ Điện: - Tụ điện linh kiện có khả tích điện Tụ điện cách điện với dịng điện chiều cho dòng xoay chiều truyền qua - Tụ điện chia làm hai loại : loại không phân cực loại phân cực - Loại phân cực thường có giá trị lớn loại khơng phân cực , hai chân loại phân cực có phân biệt chân nối âm , chân nối dương rõ rang , gắn tụ có phân cực vào mạch điện ,nếu gắn ngược chiều âm dương , tụ phân cực hư vào hoạt động sai Ngồi người ta cịn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ Ví dụ : tụ gốm , tụ giấy , tụ hóa , Cịi chip 5V DC: Điện áp hoạt động : 3.5 – 5.5 V Kích thước 9.5 x 12mm Dòng hoạt động < 25mA Tần số âm : 2500Hz Số tiếp điểm : CHƯƠNG 3: Thiết kế thi công mạch 3.1 Sơ đồ khối KHỐI NGUỒN KHỐI SO SÁNH ĐIỆN ÁP KHỐI BÁO ĐỘNG  Khối nguồn: cung cấp nguồn cho hệ thống, ta sử dụng nguồn AC 220V để biến đổi nguồn DC 5V Các linh kiện cần dùng cho khối nguồn: - Máy biến áp - Cầu diode - IC 7805 - Điện trở - Led  Khối cảm biến & so sánh: Khi có nước rơi vào cảm biến, khối xảy so sánh điện áp chân V −¿ ¿ V +¿¿ Sau đưa tín hiệu cho khối cảnh báo Các linh kiện cần dung: - Tấm cảm biến nước - Biến trở - Điện trở - LM 358  Khối báo động: Báo động cho người biết nước bị dị rỉ Linh kiện cần có: - Transistor C2383 - Relay 5V - Led - Điện trở - Còi Buzzer 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch 3.3 Nguyên lý hoạt động mạch - Khi ta cấp nguồn 220V AC qua máy biến áp nhận đc nguồn 9V AC Khi qua cầu diode ta đc dòng điện 9V DC Khi qua IC 7805 nhận đc dịng DC 5V để ni linh kiện mạch Điện trở giúp ta hạn dòng cho LED – Green sáng , để biết mạch cấp nguồn Tụ điện san phẳng điện áp giúp nguồn ổn định o Khi có khơng có nước: Trở kháng dây cảm biến lớn: điện áp chân V +¿¿ < V −¿ ¿ nên V out = Khi đó, điện cực B transistor , transistor trạng thái khóa  Mạch khơng hoạt động o Khi có nước dây cảm biến : Nó ngắn mạch điểm lại Ta điều chỉnh biến trở cho V +¿¿ > V −¿ ¿ Khi ngõ OP-AMP có điện áp V out ≈5V Khi đó, transistor trạng thái mở ( dẫn bão hòa ) => cuộn dây relay có điện => tiếp điểm relay nhảy => Cịi phát âm để cảnh báo cho người  Tính tốn thơng số cho khối nguồn - Led thường hoạt động mức 1,8V – 5V Dòng khoảng từ 10mA – 20 mA Nếu muốn led hoạt động bình thường nguồn 5V ta có: (5 V −1,8 V ) = 320 Ω 10 mA (5 V −3 V ) : 20 mA = 100 Ω Gía trị điện trở lớn : Gía trị điện trở nhỏ  Ta chọn điện trở khoảng 100Ω-320Ω Trong mạch em chọn 220 Ω  Tính tốn thơng số khối cảm biến & so sánh - Các điện trở R2, R3 ghép nối tiếp với nối vào chân điện áp ngưỡng V −¿ ¿ LM 358 theo cầu phân áp Ta chọn R2 = R3 = 10KΩ  V −¿ ¿ = V CC R R 2+ R 5.10000 = 10000+10000 = 2.5 V - Sử dụng biến trở VR10K có tác dụng điều chỉnh điện áp vào chân V +¿¿ LM 358 Khi điện áp V +¿¿ >= V −¿ ¿ điện áp nối lên mức đc đưa tới khối báo động  Tính tốn thơng số cho khối báo động - Để tránh cho mạch không bị tượng đoản mạch, em đặt chân Vout CỦA UA741 cực B transistor điện trở 2,2k - Diode nối vào đâu cuộn cảm relay để nhằm xả dòng cuộn từ từ đóng ngắt mạch điện, tránh trường hợp Transistor bị cháy điện áp ngược xảy cuộn dây relay - Còi Buzzer gắn nối vào tiếp điểm thường mở relay 3.4 Sơ đồ mạch in 3.5 Mạch hoàn thiện 3.5 Kết luận  Ưu điểm - Mạch có tính ứng dụng cao - Mạch thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt , hoạt động theo nguyên lý - Dễ dàng thi công sử dụng - Chi phí thi cơng rẻ - Mạch sử dụng relay để thực đóng cắt thiết bị cảnh báo Thay vào việc cảnh báo âm ta thay vào máy bơm , động cơ… sử dụng nguồn có cơng suất lớn để thực mục đích khác  Khuyết điểm - Các mối hàn xấu - Thiếu kinh nghiệm thi công mạch in - Việc xếp linh kiện chưa khoa học - Do dây cảm biến tiếp xúc nhiều với nước nên phải thường xuyên bảo quản, tránh bị oxi hóa  ... 17 Đồ án: Thiết kế hệ thống chống rò rỉ nước hệ thống cấp nước sinh hoạt CHƯƠNG 1: Tổng quan đề tài 1.1 1.2 1.3 Mục tiêu đề tài - Thiết kế mạch so sánh sử dụng op-amp để so sánh ngưỡng điện áp... nghiệm kiến thức học trường nâng cao kiến thức thân - Mạch phát rò rỉ nước giúp phát sớm hệ thống bị rò rỉ, mạch phát tín hiệu cảnh báo âm tới người dùng Tính ứng dụng đề tài - Trong sống ngày... độ hoạt động : −550C -1550C  Cảm biến nước - Cảm biến nước thành phần mạch Nó thiết kế dây hai lõi, sử dụng phổ biến hệ thống phát rò rỉ dựa ngun tắc ngắn mạch - Nếu khơng có nước, trở kháng