đồ án môn học tên đề tài môn học điều khiển máy bơm nước tự động dùng ic số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG DÙNG IC SỐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN : Nguyễn Vũ Thắng : 1: Bùi Văn Cảnh 2: Trần Huy Chiến 3: Ngơ Văn Chính LỚP: ĐTK40 Hưng Yên, tháng năm 2012 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Khóa học: 2010-2013 Lớp: ĐTk40 TÊN ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG DÙNG IC SỐ I Dữ kiện cho trước: - Các linh kiện điện tử có bán thị trường -Tài liệu tham khảo: Giao trình linh kiện điện tử II Nội dung cần hoàn thành: Phần I Cơ sở lý thuyết 1.1 Giới thiệu mạch khuyếch đại thuật toán 1.2 Giới thiệu linh kiện điện tử Phần II Phương án thiết kế 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Thiết kế sơ đồ nguyên lý Yêu cầu: - Sản phẩm hoạt động tốt, đảm bảo kỹ thuật, mỹ thuật - Thuyết minh đề tài (Phân tích u cầu, trình bày giải pháp thực hiện, sở lý thuyết, trình thực đồ án, khả ứng dụng đồ án) - Nộp thuyết minh hoàn thành sản phẩm thời gian quy định MỤC LỤC TRANG Nhận xét giáo viên …………………………….….…………….… ……5 Lời nói đầu………………………………………….…… ….….…… …….6 Kế hoạch tiến độ tuần thực đề tài……………… …… … …… A GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH I Máy biến áp Khái niệm.…………………………………….……………… … Cấu tạo nguyên tắc hoạt động……………………….……… II IC nguồn ổn áp III Tụ điện Khái niệm……………………………………………………… 12 Cấu tạo…………………………………………………… ……… 12 IV Led V Trở Khái niệm…………………………………………………………….14 Điện trở thực tế mạch điện tử…….….………… 14 VI Transistor VII Rơle Khái niệm……………………………………………….………… …18 Các phận (các khối) rơle……………………………… 18 Phân loại rơle…………………………………………… ……………18 3.1 Phân loại theo nguyên lí làm việc 3.2 Phân theo nguyên lí tác động cấu chấp hành 3.3 Phân loại theo đặc tính tham số 3.4 Phân loại theo cách mắc cấu 3.5 Phân theo giá trị chiều đại lượng vào rơle Thông số kĩ thuật rơle ………………………………………… 19 VIII Các cổng Logic mạch Cổng AND.……………………………………………………….… 19 Cổng NOT…………………………………………….………… … 20 Cổng NAND.………………………………….………….…… 21 Cổng OR……………………………………….……………….….….22 Cổng NOR.………………………………………………….…… …23 Cổng EX-OR.…………………………………… …………….…… 24 Bảng thông số kỹ thuật số loại ic số…………… … ……….25 B GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH Khối nguồn…………………………………………………… …….26 Khối logic……………………………………….……………………27 Khối khuyếch đại……………………………….…….………………27 Khối công suất…………………………………… …………………28 Khối cảm biến…………………………………….….………………28 C SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Sơ đồ nguyên lý……………………………………….…………….29 Sơ đồ board………………………………………….………………30 Nguyên lý hoạt động………………………………… …………….30 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Hưng Yên, ngày tháng… năm 2012 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần theo tiến khoa học kỹ thuật, công công nghiệp hóa đại hóa đất nước phát triển mạnh mẽ Trước tình hình có nhiều yêu cầu cấp bách thách thức được đặt cho giới trí thức Để tiếp tục dẫn dắt phát triển đất nước ngày giàu mạnh, phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, phải đưa phương tiện dạy học đại vào giảng đường, trường học có trình độ người ngày cao đáp ứng được yêu cầu xã hội Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo tìm hiểu loại linh kiện điện tử, chúng em được thầy cô khoa Điện - Điện tử giao cho đồ án môn họ “Nghiên cứu, thiết kế, lắp ráp máy bơm nước tự động dùng ic số” nhằm củng cố kiến thức trình thực tế Sau nhận được đề tài, với hướng dẫn thầy Nguyễn Vũ Thắng với nỗ lực thân, tìm tịi nghiên cứu tài liệu đến đồ án chúng em mặt hồn thành Trong q trình thực dù có gắng thời gian trình độ cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong bảo giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy để đồ án em được hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực Bùi Văn Cảnh Trần Huy Chiến Ngơ Văn GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày ngành kỹ thuật điện tử có vai trị quan trọng sống người Các hệ thống điện tử ngày đa dạng thay công việc hàng ngày người từ công việc từ đơn giản đến phức tạp điều khiển tín hiệu đèn giao thơng, đo tốc độ động hay đồng hồ số Các hệ thống thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số Tuy nhiên hệ thống điện tử thông minh người ta thường sử dụng hệ thống số hệ thống tương tự số ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt vận hành.Chính thấy được ưu điển hệ thống mạch số nên thực tế mạch số được lắp ráp sử dụng nhiều thấy được tầm quan mạch số cơng với kiến thức môn điện tử đặc biệt sau thời gian học tập tìm hiểu tài liệu kỹ thuật số, tham khảo thực tế củng internet chúng em chọn đề tài”Thiết kế,chế tạo,lắp ráp mạch bơm nước tự động dùng IC số’’ Về đề tài: ” Thiết kế mạch bơm nước tự động dùng IC số’’ Khơng có ý nghĩa mặt lý thuyết gúp sinh viên vận dụng linh hoat lý thuyết thực tế Mà cịn giúp sinh viên làm quyen vói việc nghiên cứu khoa học từ lúc ngồi ghế nhà trường,và sở để nghiên cứu đề tài lớn khơng đề tài cịn được ứng dụng rơng dãi sống lý mà chúng em chọn đề tài KẾ HOẠCH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN TỪNG TUẦN STT Tuần Công việc thực Người thực - Tuần Tuần2+3 Tuần 4+5 - Sắp xếp cơng việc cho tuần Cả nhóm (phân chia cơng việc cho thành viên) Tìm hiểu đề tài - Tìm kiếm tài liệu liên quan: Linh Cả nhóm kiện điện tử, điện tử bản, điện tử công suất… - Tìm hiểu ngun lý mạch có liên quan đến đề tài, linh kiện liên quan Cả nhóm đến mạch - Sau tìm hiểu đề tài đưa sở lý thuyết chung đề tài - Từ xây dựng được sơ đồ khối - Đưa nguyên tắc hoạt động khối linh kiện sử dụng để thiết kế mạch phù hợp với yêu cầu khối - Thiết kế sơ đồ ngun lý tồn mạch - Tính tốn thơng số tiến hành chạy mơ Cả nhóm Cả nhóm - Ráp mạch khảo sát bo mạch (nếu gặp lỗi chỉnh sửa lại) Tuần Cả nhóm - Đo đạc kiểm tra xem board chạy có đạt u cầu hay khơng? Cả nhóm - Tiến hành làm sản phẩm (câu dây) Cả nhóm - Lắp ráp hồn tất sản phẩm Cả nhóm Chuẩn hóa nội dung, làm thuyết Cả nhóm Tuần minh - Chuẩn bị dụng cụ để bảo vệ đề tài (phim chiếu, vẽ ) Cả nhóm - Hồn tất sản phẩm, kiểm tra lại tồn Cả nhóm nội dung A GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MẠCH I MÁY BIẾN ÁP Khái niệm Máy biến áp thiết bị có khả biến đổi điện áp (xoay chiều) không làm thay đổi tần số Cấu tạo nguyên tắc hoạt động 2.1 Cấu tạo: - Gồm có hai cuộn dây: cuộn sơ cấp có N1 vịng cuộn thứ cấp có N2 vòng Lõi biến áp gồm nhiều sắt mỏng ghép cách điện với để tránh dịng Fu-cơ tăng cường từ thơng qua mạch - Số vịng dây hai cuộn phải khác nhau, tuỳ thuộc nhiệm vụ máy mà N1 > N2 hoặc ngược lại -Cuộn sơ cấp nối với mạch điện xoay chiều cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ điện - Trong thực máy biến áp có dạng hình 1, cịn việc biểu diễn sơ đồ máy biến áp 2.2 Nguyên tắc hoạt động: - Đặt điện áp xoay chiều tần số f hai đầu cuộn sơ cấp Nó gây biến thiên từ thông hai cuộn Gọi từ thông là: φ = φ0cosωt - Từ thông qua cuộn sơ cấp thứ cấp lần lượt là: φ1 = N1φ0cosωt φ2 = N2φ0cosωt - Trong cuộn thứ cấp xuất suất điện động cảm ứng e2 = - dΦ = N2 dt e2 có biểu thức ωΦo sin ωt Từ ta thấy nguyên tắc hoạt động máy biến áp dựa vào tượng cảm ứng điện từ II IC nguồn ổn áp 78xx 78xx loại dòng IC dùng để ổn định điện áp dương đầu với điêỳ kiện đầu vào luôn lớn đầu 3v Tùy loại IC 78 mà ổn áp đầu Ví dụ: 7806-7809 + 78xx gồm có chân Vin – chân nguồn đầu vào GND – chân nối đất Vo – chân nguồn đầu 10 Rơle loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu thay đổi nhảy cấp tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định.Rơle thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ điều khiển làm việc mạch điện động lực Các phận (các khối) rơle +Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu) Có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đầu vào biến đổi thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian +Cơ cấu trung gian (khối trung gian) Làm nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu biến đổi thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động + Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển Ví dụ khối cấu rơle điện từ hình 1.7.0 -Cơ cấu tiếp thu cuộn dây -Cơ cấu trung gian mạch từ nam châm điện -Cơ cấu chấp hành hệ thống tiếp điểm Phân loại rơle Có nhiều loại rơle với nguyên lí chức làm việc khác nhau, Do có nhiều cách để phân loại rơle 3.1 Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm nhóm Rơle điện (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng, ), rơle từ., rơle điện tử -bán dẫn, vi mạch., rơle số 3.2 Phân theo nguyên lí tác động cấu chấp hành + Rơle có tiếp điểm: loại tác động lên mạch cách đóng mở tiếp điểm + Rơle không tiếp điểm (rơle tĩnh): loại tác động cách thay đổi đột ngột tham số cấu chấp hành mắc mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở, 3.3 Phân loại theo đặc tính tham số vào bao gồm nhóm sau: Rơle dòng 19 điện rơle điện áp rơle công suất.rơle tổng trở, 3.4 Phân loại theo cách mắc cấu + Rơle sơ cấp: loại được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ + Rơle thứ cấp: loại mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện 3.5 Phân theo giá trị chiều đại lượng vào rơle - Rơle cực đại.Rơle cực tiểu.Rơle cực đại-cực tiểu, Rơle so lệch, Rơle định hướng Thông số kĩ thuật rơle Khi sử dụng role ta cần quan tâm đến điện áp đặt vào hai đầu cuộn hút cho phù hợp với diện áp làm việc role ngồi ta cịn quan tâm đến điện áp dòng điện đặt vào tiếp điểm cho phù hợp để tránh xảy cố mong muốn XIII Các cổng Logic mạch Cổng AND Dùng để thực phép nhân logic A B Y 0 0 1 0 1 Kí hiệu bảng trạng thái cổng AND Nhận xét: Ngõ cổng logic AND lên mức ngõ vào mức + A,B: ngõ vào tín hiệu logic + 0: mức logic thấp + 1: mức logic cao 20 + Y: đáp ứng ngõ Một số IC chứa cổng AND: 4081, 74LS08, 4073, 74HC11 IC 4073 IC 74LS08 Cổng NOT Dùng để đảo tín hiệu đầu vào A Y 1 Kí hiệu bảng trạng thái cổng NOT Một số IC chứa cổng NOT: 7414, 4069 21 IC 7414 Nhận xét: Tín hiệu ngõ ngõ vào ngược mức logic Cổng NAND Dùng để thực phép đảo phép nhân logic A B Y 0 1 1 1 Kí hiệu bảng trạng thái cổng NAND Nhận xét: Ngõ cổng NAND mức tất ngõ vào mức Một số IC chứa cổng NAND: 4011, 74HC00, 74HC10, 74HC20 22 IC 4011 IC 74HC20 Cổng OR A B Y 0 1 1 1 Kí hiệu bảng trạng thái cổng OR Nhận xét: Ngõ cổng OR mức ngõ vào có ngõ mức Một số IC chứa cổng OR: 74HC32, 74HC4075 23 IC 74HC32 Cổng NOR Dùng để thực phép đảo cổng OR A B C 0 1 0 1 Kí hiệu bảng trạng thái cổng NOR Nhận xét: Ngõ cổng NOR mức tất ngõ vào mức Một số IC chứa cổng NOR: 4001, 4025, 74HC02 24 IC 4001 Cổng EX-OR Dùng để tạo tín hiệu mức đầu vào trạng thái A B Y 0 0 1 1 1 Kí hiệu bảng trạng thái cổng EX-OR Nhận xét: Ngõ cổng EX-OR mức đầu vào ngược mức logic Một số IC chứa cổng EX-OR: 74HC86, 4070 25 74HC86 Tóm lại: Trên giới thiệu loại cổng logic: AND, NOT, NAND, OR, NOR, EX-OR.Thực tế cần cổng AND, OR, EX-OR, NOT có được cổng cịn lại.Các cổng logic được tích hợp IC Một số IC thông dụng : + AND ngõ vào: 7408, 4081 + NOT: 7404, 4051 + NAND ngõ vào: 7400, 4071 +4 NOR ngõ vào: 7402, 4001 7: Bảng thông số kỹ thuật số loại ic số Các ic số sử dụng mạch IC thuộc họ 74 có chung bảng thơng số kỹ thuật có khác biệt khác công suất tiêu thụ hoặc tần số làm việc Biểu Thông số Min Nom Max đơn vị VCC Cung cấp 4.75 5.25 V VIH Điện áp đầu vào cấp cao VIL Cấp điện áp đầu vào thấp 0.8 V VOH Cấp cao dòng -0.8 mA VOL Low Level đầu 16 mA TA Miễn phí ALR điều 70 C tượng V hànhTemparature B GIỚI THIỆU VỀ SƠ ĐỒ KHỐI CỦẢ MẠCH ĐIỆN 26 Cảm biến Khối lôgic Khuếch đại Chấp hành Khối nguồn g Khối nguồn + máy biến áp + IC ổn áp 7805 + tụ (1tụ 1000mF_35V, tụ 10u, tụ gốm 104) + điện trở 1k + led Khối logic 27 + cổng not 7404 + cổng and 7408 + IC so sánh lm 358 + IC4013 trigơ RS Khối khuyếch đại + transisto C2383 + trở 1m,1 trở 150Ω + IC so sánh lm 358 + biến trở (R1,2 = 50k) + điện trở (R3,4 = 22k, R6,7 = 220k) + led Khối công suất 28 + Rơle 12V kèm theo diode ngăn dòng ngược Khối cảm biến C SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Sơ đồ nguyên lý 29 Sơ đồ board 30 Nguyên lý hoạt dộng mạch Mạch có cảm biến đo mực nước để phát mức nước Khi mức nước cao mức nước cho phép hai cảm biến đưa có điện áp cao Khi mức nước thấp mức nước cho phép hai cảm biến đưa có điện áp thấp Khi mức nước trung bình khoảng cảm biến có tín hiệu đưa mức cao tín hiệu được đưa khối so sánh dung OP-AMP Sau khối so sánh chúng được tín hiệu Logic đầu khối Điện trở LED mắc đầu khối vừa ổn định mức logic báo mức logic xuất 31 Một trigger D hoạt động chế độ triger RS nhận tín hiệu từ khối so sánh để điều khiển role để đóng cắt dịng điện cho máy bơm Khi mức nước mức cho phép ta cần đóng rơ le cấp điện cho máy bơm.Lúc điện áp từ khối so sánh tín hiệu mức 0.Chúng ta cần sử dụng cổng NOT để đảo lại tín hiệu.Cổng AND sau AND tín hiệu với cho mức điện áp kích vào chân Set trigerD Đầu Q trigger có mức điều khiển đóng rơ le Sử dụng cổng AND để có tác dụng mức nước mức cho phép, mà tín hiệu đưa Khi mức nước mức cho phép ta cần ngắt rơ le để ngừng cấp điện cho máy bơm.Lúc điện áp từ khối so sánh tín hiệu mức 1.Chúng ta cần sử dụng cổng AND sau AND tín hiệu với cho mức điện áp kích vào chân Reset trigerD Đầu Q trigger có mức điều khiển ngắt rơ le, ngừng cấp điện Khi mức nước khoảng tín hiệu đưa hoặc ứng với cảm biến.Do AND với tín hiệu thu được mức nên khơng có tác động đến trigger D trigger D giữ nguyên trạng thái lần tác động gần Cổng Q trigger D kích cho transistor đóng điện cho động cơ.Rơ le được ni nguồn điện 12V.Tuy nhiên không quan trọng điện áp phải ổn định nên điện áp được lấy trực tiếp từ nguồn chỉnh lưu vị trí có tụ lọc KẾT LUẬN: 32 Trong q trình thực đồ án gặp nhiều khó khăn thực tế phát sinh thiết kế chế tạo mạch nên mạch chúng em đạt độ xác chưa cao Trong suốt trình làm đồ án chúng em rèn luyện được khả làm việc theo nhóm, đồng quen dần với cách làm việc độc lập, biết cách tổ chức công việc xếp thời gian cách hợp lý, rèn luyện kỹ cần thiết cho chun ngành Đó kết to lớn mà chúng em thu nhận được sau nghiên cứu thực xong đề tài Mong đề tài được bạn sinh viên khoá sau tiếp tục thực yêu cầu khắc phục được hạn chế đề tài này, để tạo sản phẩm có chất lượng cao phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội.Cuối lần chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn thầy Nguyễn Vũ Thắng thầy cô khoa, bạn giúp chúng em hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực : Bùi Văn Cảnh Trần Huy Chiến Ngơ Văn Chính 33 ...ĐỒ ÁN MƠN HỌC Khóa học: 2010-2013 Lớp: ĐTk40 TÊN ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM NƯỚC TỰ ĐỘNG DÙNG IC SỐ I Dữ kiện cho trước: - Các linh kiện điện tử có bán thị trường -Tài liệu tham... thực tế củng internet chúng em chọn đề tài? ??Thiết kế,chế tạo,lắp ráp mạch bơm nước tự động dùng IC số? ??’ Về đề tài: ” Thiết kế mạch bơm nước tự động dùng IC số? ??’ Khơng có ý nghĩa mặt lý thuyết... khoa Điện - Điện tử giao cho đồ án môn họ “Nghiên cứu, thiết kế, lắp ráp máy bơm nước tự động dùng ic số? ?? nhằm củng cố kiến thức trình thực tế Sau nhận được đề tài, với hướng dẫn thầy Nguyễn