Đề tài thiết kế và chế tạo mạch cảm biến từ trường và hiển thị cảnh báo qua led sử dụng nguồn 5vdc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC Sinh viên thực hiện: Đỗ Cao Sơn Hà Ngọc Sơn Mã SV: 21011658 Mã SV: 21012560 Lớp: N01 Cán hướng dẫn: TS Lương Văn Sử Khoa Điện – Điện tử TS Đào Tô Hiệu Khoa Điện – Điện tử Hà Nội 2022 MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH VẼ .2 LỜI NÓI ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 1.1 Mở đầu .2 1.2 Mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC 1.2.1 Module cảm biến từ A3144 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Ứng dụng 1.4 Ưu điểm & nhược điểm CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ nguyên lý 2.2 Nguyên lý hoạt động .7 2.3 Sơ đồ 3D 2.4 Tính tốn, lựa chọn tham số mạch linh kiện 10 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 11 3.1 Kết thực nghiệm 11 3.2 Kết luận hướng phát triển đề tài 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO .15 MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cách sử dụng cảm biến hall 3144 .3 Hình 1.2: Cảm biến Hall A3144 Hình 1.3: Cấu hình chân cảm biến Hall A3144 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến Hall phát từ trường .5 Hình 1.5: Cảm biến có từ trường Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý Hình 2.3: Sơ đồ 3D .9 Hình 2.4: Tính tốn thông số để lựa chọn linh kiện 10 Hình 3.1: Mạch cảm 5VDC .11 biến từ trường chưa cấp nguồn Hình 3.2: Mạch cảm biến cấp nguồn 5VDC chưa có từ trường 12 Hình 3.3: Mạch cảm biến cấp nguồn 5VDC có từ trường 13 LỜI NĨI ĐẦU Với xu hướng phát triển thiết bị điện – điện tử gắn liền với sống nhu cầu sử dụng thiết bị điện – điện tử đời sống sinh hoạt ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ tăng không ngừng Từ trường ứng dụng quan trọng ứng dụng nhiều thiết bị điện – điện tử Chính nhóm chúng em định thiết kế chế tạo mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC Chúng em xin cảm ơn đại học Phenikaa đưa mơn Project mơn học vào chương trình dạy Mơn giúp chúng em tự mày mị ngun cứu linh kiện điện, phần mềm vẽ mạch ngun lí hoạt động linh kiện mạch Đây kiến thức hữu ích cho chúng em Đồng thời chúng em xin cảm ơn hai thầy giáo Lương Văn Sử thầy Đào Tô Hiệu hướng dẫn giúp đỡ chúng em trình thực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 1.1 Mở đầu Tổng quan mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC sử dụng cảm biến từ trường để phát từ trường báo qua đèn LED 1.2 Mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC 1.2.1 Module cảm biến từ A3144 a Giới thiệu Cảm biến Hall A3144 loại cảm biến tích hợp non-latching, sử dụng rộng rãi để xác định cực từ Cảm biến từ độ nhạy cao, hoạt động môi trường nhiệt độ lên tới 140°C A3144 hall sensor cảm biến từ tích hợp nguyên khối, điện áp hoạt động từ 4.5V đến 24V, xuất tín hiệu logic Giữ nam châm gần cảm biến làm cho chân đầu bật tắt Điều tạo cảm biến diện mạnh mẽ Cảm biến có mặt, ví dụ mặt xác định cực từ dương mặt lại xác định cực từ âm.Có hai loại cảm biến Hall có sẵn thị trường, loại có đầu analog loại thứ hai có đầu digital Nhưng nói cảm biến Hall A3144 cho đầu digital Cảm biến Hall có kích thước nhỏ, tiêu thụ điện dễ dàng giao tiếp với loại điều khiển Có hai loại cảm biến hiệu ứng Hall chính, loại cho đầu analog loại lại cho đầu digital A3144 cảm biến Hall đầu digital, có nghĩa phát nam châm, đầu giảm xuống mức thấp không đầu mức cao Bắt buộc phải sử dụng điện trở kéo lên hình để giữ cho đầu mức cao không phát thấy nam châm Hình 1.1(nguồn ảnh trang 16) Trong sơ đồ mạch trên, điện trở R1 (10K) sử dụng điện trở kéo lên tụ điện C1 (0,1uF) sử dụng để lọc tiếng ồn kết hợp với đầu digital Ứng dụng nhiều hệ thống tự động hóa để đo tốc độ, bên cảm biến vị trí để phát đối tượng có từ tính, động có chổi than (brushless DC motor) để phát cực từ hệ thống cảnh báo cửa từ, vv Các cảm biến có sẵn thị trường cửa hàng trực tuyến Cảm biến Hall A3144 hiển thị hình 1: Hình 1.2: Cảm biến Hall A3144 (nguồn ảnh trang 16) b Đặc điểm Cảm biến có ba chân thể hình Chân chân nguồn, sử dụng để cấp nguồn DC 5V cho cảm biến Chân thứ hai chân nối đất, sử dụng để cấp mass cho cảm biến Tương tự, chân thứ ba chân đầu digital kết nối giao tiếp với điều khiển vi điều khiển Arduino, v.v Cần mắc thêm điện trở pull-up có giá trị 10k ohm vào chân để giữ cho đầu ln mức logic cao khơng có từ trường Và cần thêm tụ điện 0,1μF mắc vào chân để lọc nhiễu tín hiệu đầu digital Hình 1.3: Cấu hình chân cảm biến Hall A3144 (nguồn ảnh trang 16) Thông số kỹ thuật cảm biến Hall A3144: Cảm biến hiệu ứng Hall đầu digital Điện áp hoạt động: 4,5V đến 28V (thường 5V) Dịng đầu ra: 25mA Có thể sử dụng để phát hai cực nam châm Điện áp đầu điện áp hoạt động Nhiệt độ hoạt động: -40 ° C đến 85 ° C Thời gian Bật Tắt lần 2uS Có bảo vệ phân cực nghịch Thích hợp cho ứng dụng ô tô công nghiệp 1.2.2 Nguyên lý hoạt động Cảm biến Hall A3144 có vật liệu có từ trường, điện tích từ trường khơng vị trí tích cực Các điện tích di chuyển đến vị trí tích cực có điện áp cấp vào chân đầu vào Khi chùm hạt điện tích qua từ trường có lực tác dụng lên hạt điện tích chùm tia bị phản xạ trở lại theo đường thẳng Chùm tia dẫn điện Sau đó, tạo mặt phẳng có từ trường mặt phẳng thứ hai có chùm tia mang dịng điện bị lệch Kết là, mặt thứ có điện tích dương mặt thứ hai mang điện tích âm Các điện áp hai mặt gọi điện áp Hall Nếu lực chùm tia sáng từ trường nhau, hai mặt k bị tách Có nghĩa khơng có thay đổi dịng điện, sau dùng điện áp Hall để đo mật độ từ thơng Có dạng tín hiệu Anolog Digital : Dạng tín hiệu Digital với mức dịng đạt 100mA điều khiển trực tiếp rơ le 5V, còi chip 5V,hoặc đưa trực tiếp vào IO Vđk,… Dạng tín hiệu Anolog với dải áp từ 0-5V với mức dịng tối đa đạt 20mA đọc trực tiếp từ ADC AVR,PIC Module sử dụng opamp LM393 với độ nhạy cao Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến Hall phát từ trường(nguồn ảnh trang 16) Khi có từ trường biến thiên qua đầu cảm biến (ở trường hợp có di chuyển nam châm) đầu cảm biến hall có thay đổi điện áp Hình 1.5 (nguồn ảnh trang 16) 1.3 Ứng dụng Được sử dụng để phát nam châm (vật thể) hệ thống tự động hóa Được sử dụng hệ thống báo động cửa từ Đo tốc độ ô tô Phát cực nam châm động BLDC Trong ứng dụng thực tế, cảm biến dùng làm cơng tắc từ, cảm biến hành trình, cảm biến đo mực chất lỏng cảm biến đo tốc độ vòng quay 1.4 Ưu điểm & nhược điểm  Ưu điểm: cảm biến từ có độ nhạy cao, thân mạch tích hợp ngun khối với thơng số kỹ thuật từ tính chặt chẽ Cảm biến thiết kế để hoạt động liên tục điều kiện nhiệt độ lên đến 1500C hoạt động ổn định điện áp dòng điện thay đổi Nó dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển hoạt động logic transistor.Vì vậy, bạn tìm kiếm cảm biến phát nam châm để đo tốc độ vật thể chuyển động để phát vật thể cảm biến lựa chọn hồn hảo  Nhược điểm: độ nhạy chúng nhiễu điện từ, thường xảy mạch vận hành Ngồi ra, việc sử dụng mơ-đun điện tử phức tạp thiết kế thiết bị mức độ ảnh hưởng đến độ tin cậy nó, làm giảm nhẹ Những nhược điểm cảm biến không coi khuyết điểm nó, mà tính đến làm việc với thiết bị CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Sơ đồ nguyên lý Xuất phát từ yêu cầu đề tài, có sơ đồ khối thiết bị hình 2.1 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống 2.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động mạch sau: -) Mạch cảm biến từ trường sử dụng nguồn 5VDC, điện trở , bóng đèn led cảm biến từ trường hall a3144 +) Nguyên lý hoạt động hall a3144: Cảm biến Hall A3144 có vật liệu có từ trường, điện tích từ trường khơng vị trí tích cực Các điện tích di chuyển đến vị trí tích cực có điện áp cấp vào chân đầu vào Khi chùm hạt điện tích qua từ trường có lực tác dụng lên hạt điện tích chùm tia bị phản xạ trở lại theo đường thẳng Chùm tia dẫn điện -) Đầu tiên cấp cho mạch nguồn 5VDC, mắc nối tiếp bóng đèn led 5mm ( LED vàng ) với điện trở 470Ω, cực dương nguồn nối với cực dương bóng đèn , cực âm nối với điện trở Khi đèn vàng sáng cảnh báo mạch cấp nguồn thành công Cực dương nguôn tiếp tục mắc nối tiếp với chân dương bóng đèn LED ( LED đỏ ) chân hall 3144 Chân âm LED mắc nối tiếp với điện trở 470Ω điện trở mắc nối tiếp với chân a3144 Chân A3144 mắc với nguồn âm Lúc a3144 có vai trị cơng tắc Khi có từ trường cơng tắc đóng làm dòng điện qua từ chân đến chân từ chân qua điện trở đến với bóng đèn led Giúp bóng đèn phát sáng Khí đèn LED sáng cxung đèn cảnh báo có từ trường Sơ đồ mạch in: Hình 2.2: Sơ đồ mạch in 2.3 Sơ đồ 3D Hình 2.3: Sơ đồ 3D 2.4 Tính tốn, lựa chọn tham số mạch linh kiện Hình 2.4 -) Dựa vào kết tính tốn ta thấy cường độ dòng điện qua LED 1/94(A)=10,64(mA) Mà đèn LED 5mm hoạt động mức 30mA -) Vậy ta lựa chọn linh kiện gồm có +) đèn LED 5mm (1 vàng, đỏ) +) điện trở 470 Ω +) cảm biến hall A3144 +) cồng cấp nguồn cho mạch 10 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 3.1 Kết thực nghiệm Hình 3.1 ( hình ảnh mạch cảm biến từ trường chưa cấp nguồn 5VDC) 11 Hình 3.2 ( hình ảnh mạch cảm biến cấp nguồn 5VDC chưa có từ trường) 12 Hình 3.3 ( hình ảnh mạch cảm biến cấp nguồn 5VDC phát có từ trường) -) Thiết bị hoạt động ổn định +) LED1 ( đèn vàng ) sáng thiết bị cấp nguồn 5VDC báo hiệu thiết bị đươc cấp nguồn thành công +) LED2 ( đèn đỏ ) không sáng cảm biến không phát từ trường , đèn sáng cảm biến phát từ trường 3.2 Kết luận hướng phát triển đề tài - Về kiến thức: + Đã nghiên cứu mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC + Cảm biến Hall A3144 + Biết cách sử dụng phần mềm vẽ mạch proteus 13 - Về thực nghiệm: + Chế tạo thành công thiết bị mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED +Nâng cao kỹ vận hành thiết bị đo, dụng cụ điện tử 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO https://icdayroi.com/module-cam-bien-tu-a3144-module-cam-bien-halla3144 https://blog.mecsu.vn/gioi-thieu-cam-bien-hall-a3144/ Nguồn hình: Hình 1.1: https://blog.mecsu.vn/gioi-thieu-cam-bien-hall-a3144/ Hình 1.2: https://blog.mecsu.vn/gioi-thieu-cam-bien-hall-a3144/ Hình 1.3: https://blog.mecsu.vn/gioi-thieu-cam-bien-hall-a3144/ Hình 1.4: https://icdayroi.com/module-cam-bien-tu-a3144-module-cambien-hall-a3144 Hình 1.5: https://icdayroi.com/module-cam-bien-tu-a3144-module-cambien-hall-a3144 15 16 ... 5VDC sử dụng cảm biến từ trường để phát từ trường báo qua đèn LED 1.2 Mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC 1.2.1 Module cảm biến từ A3144 a Giới thiệu Cảm biến. .. cứu mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC + Cảm biến Hall A3144 + Biết cách sử dụng phần mềm vẽ mạch proteus 13 - Về thực nghiệm: + Chế tạo thành công thiết bị mạch. .. dụng quan trọng ứng dụng nhiều thiết bị điện – điện tử Chính nhóm chúng em định thiết kế chế tạo mạch cảm biến từ trường hiển thị cảnh báo qua LED sử dụng nguồn 5VDC Chúng em xin cảm ơn đại học Phenikaa