Đang tải... (xem toàn văn)
KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NỘI DUNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN (PHẦN PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG) ĐỀ TÀI Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển máy bơm nước tự động sử dụng IC 555 SINH VI.
KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NỘI DUNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN (PHẦN PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG) ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển máy bơm nước tự động sử dụng IC 555 SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN THỊ HỒNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: NGUYỄN THỊ THU HÀ MÃ SINH VIÊN: 2019606876 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH PHẦN 1: CÁC YÊU CẦU CỦA BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG IC555 1.1 Yêu cầu thiết kế Như biết, nước đóng vai trị vơ quan trọng đời sống khơng riêng người mà cịn cần thiết cho sống vạn vật, đặc biệt nước Nước cần thiết cho sinh hoạt, cho nơng nghiệp, cơng nghiệp, dịch vụ, giải trí… bao hàm toàn lĩnh vực sống Do từ xa xưa người khơng ngừng tìm tòi để khám phá cách tận dụng nguồn lực thiên nhiên cách thuận lợi Về bản, máy bơm nước giúp người tiết kiệm thời gian, sức lực đồng thời thúc đẩy phát triển sản xuất, tiêu dùng, từ thúc đẩy kinh tế phát triển Từ nhu cầu thực tế trình học tập, nghiên cứu trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Em xin phép đưa đề tài : “ Mạch điều khiển máy bơm nước tự động sử dụng IC 555 ” Hiện nay, Máy bơm thiết kế ngày đại, thuận tiện phù hợp với yêu cầu người Để tự động hóa q trình bơm nước cho gia đình, tiết kiệm thời gian tránh lãng phí nguồn điện nguồn nước yêu cầu thiết kế là: • Mạch chạy theo yêu cầu: Khi nước bồn (bể) cạn máy bơm tự động chạy để bơm nước, bồn (bể) đầy máy tự động dừng bơm theo điều khiển hoàn toàn mạch điện tử đảm bảo khơng nước bị tràn ngồi quên dừng bơm đầy • Mạch thiết kế phải nhỏ gọn, an toàn, tránh chập hay hỏng gặp tác dụng nước môi trường xung quanh • Thiết kế với chi phí phù hợp, đảm bảo lâu dài tính ứng dụng cao • Thiết kế mạch điều khiển xử lý tín hiệu từ cảm biến mức nước để truyển thơng tin đến cho khối chấp hành thực với yêu cầu tín hiệu cảm biến 1.2 Phân tích thiết kế Khối cảm biến xem tim hệ thống mạch điều khiển bơm nước tự động Do nhiệm vụ thiết kế khối cảm biến đảm bảo đắn nguyên lý hoạt động, đơn giản, tin cậy, ổn định linh hoạt quan tâm Muốn vậy, ta phải thực bước sau: • Xác định yêu cầu thiết kế đặt • Xây dựng sơ đồ khối , chức năng, nguyên lý hoạt động khối trình thiết kế • Từ thiết kế sơ đồ ngun lí dựa phương pháp thiết kế phù hợp với yêu cầu 1.3 Các phương pháp thiết kế mạch 1.3.1 Phương pháp sử dụng cảm biến mức kiểu điện dung Cảm biến điện dung mang tới giải pháp đo lường đáng tin cậy vào thay đổi độ dẫn điện cảm biến Mức nước thay đổi làm biến dạng điện độ dẫn điện , xử lý cảm biến nhận biết biến đổi chuyển đổi thành tín hiệu 4-20ma 0-10v Hình 1.1: Cảm biến mức kiểu điện dung Ưu điểm: Nguyên lí cảm biến đo mức điện dung hoạt động dựa khác biệt số điện mơi chất lưu với khơng khí Điều kiện, điện môi lưu chất phải lớn số điện mơi khơng khí Theo đó, số điện mơi khơng khí rơi vào khoảng 1.0, số điện mơi dầu 1.85 đến 5, cịn nước có điện mơi lớn từ 50 đến 80 Khi chất lưu thay đổi kéo theo thay đổi số điện dung mơi tương ứng • Sử dụng ứng dụng có áp suất nhiệt độ cao • Đo mức chất lỏng khoảng cách ngắn 100mm • Độ xác cao, dùng cho chất không dẫn điện kể chất dẫn điện • Giá thành rẻ • Đo xăng, dầu, tích hợp chống cháy nổ Khoảng cách đo rộng đo mức chất rắn như: xi măng, hạt nhựa,… Nhược điểm: Dù cảm biến điện dung có nhiều tính ưu việt cảm biến có hạn chế • Khơng dùng cho bồn chứa có cánh khuấy • Sai số cảm biến 1% Khoảng cách xa số cao đo khoảng cách gần sai số nhỏ khơng đáng kể • Quan trọng khơng gian lắp đặt Khoảng cách từ cảm biến tới thành bồn chứa khoảng cách từ đầu cảm biến tới đáy bồn phải lớn yêu cầu công thức nhà sản xuất (phần nhờ kỹ thuật bên bán tính chọn cảm biến phù hợp cho ta) 1.3.2 Phương pháp sử dụng phao Đo mức nước dạng phao ON-OFF dùng để báo đầy báo cạn giới hạn phao Phao báo đầy: mức nước tới giới hạn cho Relay OFF, nước xuống giới hạn cho Relay ON Phao báo cạn: tương tự mức nước ON mức nước lên tới giới hạn OFF Cả hai mức giới hạn ON – OFF tương ứng NO/ NC bên cảm biến đo mức nước dạng phao Hình 1.2: Cảm biến mức kiểu phao từ Ưu điểm • Giá thấp, nhiều dịng đa dạng • Ứng dụng đa dạng cho nhiều chất lỏng, ngoại trừ hố chất có ăn mịn hay kết dính • Dễ lắp đặt bảo trì • Tìm mua dễ cảm biến khác Nhược điểm • Cơng nghệ lỗi thời Dễ hư hỏng sau thời gian ngắn sử dụng phao từ dể bị kẹt gây báo sai tín hiệu 1.3.3 Phương pháp lựa chọn Sau thời gian tìm hiểu tham khảo, thơng qua ưu-nhược điểm tính thực tế phương pháp nêu trên, em định chọn phương pháp thứ để phù hợp với mạch điều khiển em thiết kế, phù hợp với điều kiện thân PHẦN 2: 2.1 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ khối mạch điều khiển máy bơm tự động sử dụng IC555 Khối Cảm Biến Khối Điều Khiển Khối Chấp Hành Khối Nguồn 2.2 Nguyên lý hoạt động khối - Khối cảm biến: Nhận biết mức nước để chuyển thành tín hiệu tương tự - Khối điều khiển: Nhận tín hiệu từ khối cảm biến sau xử lý tín hiệu nhận - Khối chấp hành: Nhận tín hiệu xử lý từ khối điều khiển chấp hành nguyên lý hoạt động tín hiệu - Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho tất khối 2.3 Chức khối 2.3.1 Khối nguồn Sử dụng nguồn 12V thông qua Jac DC để cấp nguồn cho khối mạch Nên dùng nguồn Pin để dễ thay lắp đặt 2.3.2 Khối cảm biến Cảm biến báo mức chất lỏng dạng điện dung sau lắp đặt vào bên bồn chứa, phần que dài tiếp xúc trực tiếp với môi chất bên Khi mức chất lỏng tiếp xúc với đầu dị cảm biến điện cực bên xuất thay đổi Sau đó, thơng qua thuật toán thực xử lý phần đầu cảm biến, mức chất lỏng bên xác định 2.3.3 Khối điều khiển Khi cấp điện, đồng thời khối cảm biến đưa thông tin vào IC555, từ IC555 hoạt động theo chế độ dao động Tín hiệu từ chân số (OUTPUT) vào khối chấp hành Thơng số kỹ thuật: • Với nguồn điện áp đầu vào nằm dải từ – 18V; • Dịng điện tiêu thụ: – 15mA; • Cơng suất tiêu thụ lớn (Pmax): 600mW; • Điện áp logic đầu mức cao (mức 1): 0.5 – 15V; • Điện áp logic đầu mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V; Cấu tạo sơ đồ chân IC555 IC555 IC phổ biến có nhiều hữu ích sống Cấu tạo IC NE555 gồm có OP – AMP dùng để so sánh điện áp, mạch lật transistor giúp xả điện Cấu tạo đơn giản coi mạch tích hợp hoạt động tốt có độ xác cao Hình 2.2: Sơ đồ chân IC555 IC555 gồm có chân: + Chân số (GND): Dùng để nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số (TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay đầu vào tần so áp + Chân số (OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức Mức mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V thực tế mức khoảng từ (0.35 -> 0.75V) + Chân số (RESET): Định mức trạng thái Khi chân số nối mass ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân Nếu mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định + Chân số (THRESHOLD): Là chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số (DISCHAGER): Có thể xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại Ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (VCC): Đây chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Nó cấp điện áp từ 2V >18V Nguyên lý hoạt động IC555 Hình 2.3: Cấu trúc IC555 Nhìn sơ đồ cấu tạo ta thấy cấu trúc 555 gồm: OPAM, điện trở, transitor, FF (ở FF RS): - OP-amp có tác dụng so sánh điện áp - Transistor để xả điện - Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hình 2.4: Ngun lý hoạt động IC555 Giải thích giao động: Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC Mạch FF loại RS Flip-flop Khi S = [1] Q = [1] QB = [ 0] 10 Sau đó, S = [0] Q = [1] QB= [0] Khi R = [1] QB= [1] Q = [0] Tóm lại, S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] QB= [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset Giai đoạn gõ mức 1: Khi bấm cơng tắc khởi động, chân mức Vì điện áp chân (V-) nhở V1(V+), ngõ Op-amp mức S =[1], Q=[1] QB=[0] Ngõ ic mức Khi QB=[0], transistor tắt , tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhấn công tắc lần Op-amp có V- =[1] lớn V+ nên ngõ Op=amp mức 0, S=[0], Q QB khơng đổi Trong điện áp tụ C nhở V2, FF giữ nguyên trạng thái Giai đoạn ngõ mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V-2/3 Vcc, R =[1] nên Q=[0] QB=[1] ngõ ic mức Vì QB =[1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+=[0] bé V-, ngõ Op-amp mức Vì Q QB không đổi giá trị , tụ C xả điện thông qua transistor Kết quả: Ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vng, có chu kỳ ổn định 2.3.4 Khối chấp hành Tín hiệu từ chân IC555 kích transistor C548, lúc transistor đóng lại qua kín mạch cấp nguồn cho relay hoạt động Khi cấp nguồn, relay trạng thái thường đóng có điện làm máy bơm hoạt động 11 Khi nước đầy phao từ trạng thái đóng chân IC555 khơng có tín hiệu dẫn đến transistor C548 mở làm hở mạch relay chuyển sang thường mở, ngắt máy bơm để nước không bị tràn PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG 12 3.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2 Kết mô Mạch mô proteus Mạch in 13 14 ... phép đưa đề tài : “ Mạch điều khiển máy bơm nước tự động sử dụng IC 555 ” Hiện nay, Máy bơm thiết kế ngày đại, thuận tiện phù hợp với yêu cầu người Để tự động hóa q trình bơm nước cho gia đình,... THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG IC5 55 1.1 Yêu cầu thiết kế Như biết, nước đóng vai trị vơ quan trọng đời sống khơng riêng người mà cần thiết cho sống vạn vật, đặc biệt nước. .. phù hợp với mạch điều khiển em thiết kế, phù hợp với điều kiện thân PHẦN 2: 2.1 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI Sơ đồ khối mạch điều khiển máy bơm tự động sử dụng IC5 55 Khối Cảm Biến Khối Điều Khiển Khối