Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH CẢNH BÁO CHÁY GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN LỚP Năm 2023 Trang 1 NHẬN XÉT[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA : ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH CẢNH BÁO CHÁY GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: LỚP: Năm 2023 Trang NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023 Giảng viên hướng dẫn Trang MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1.1.Điện trở 1.2 Tụ điện 1.3 IC 7805 1.4 Biến áp 1.5 Diode 1.6 Transistor 10 1.7 Relay 12 1.8 IC UA741 .13 1.9 Cảm biến MQ-02 14 CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 17 2.2 Khối nguồn 17 2.3 Khối tạo tín hiệu 18 2.4 Khối điều khiển 19 2.5 Khối thực thi .20 2.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 20 2.7 Sơ đồ mạch boar 21 2.9 Hình ảnh mạch thực 22 CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 22 3.1 Kết .22 3.2 Hạn chế .22 3.3 Hướng phát triển đề tài .22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Trang LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế khoa học kỹ thuật, đường cơng nghiệp hóa đại đất nước ngành điện –điện tử nói chung, hay điện tửnói riêng có bước tiến vượt bậc mang lại thành đáng kể cho xã hội đất nước Làm theo lời Bác học phải đôi với làm, bên cạnh lý thuyết lớp cần chau dồi thêm kiến thức thực tế cách thực tập tự học tự tìm tịi thêm.Vì vậy, đồ án mơn học chế tạo sản phẩm điều kiện tốt giúp chúng em kiểm chứng lý thuyết học lớp chau dồi thêm kiến thức thực tế Trong đồ án lần này, chúng em nhận đề tài “ THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH CẢNH BÁO CHÁY ” Sau thời gian nghiên cứu, chúng em chế tạo thành công đáp ứng yêu cầu đề tài Trong suốt thời gian thực đề tài, chúng em gặp số vướng mắc lý thuyết khó khăn việc thi cơng sản phẩm Tuy nhiên, chúng em nhận giải đáp hướng dẫn kịp thời cô………………………, với góp ý thầy khoa bạn lớp Đựơc chúng em xin chân thành cảm ơn mong muốn nhận nhiều giúp đỡ, bảo cô giáo bạn đồ án sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện: Trang CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1.1.Điện trở a) khái niệm ,cấu tạo ,kí hiệu Khái niệm: Điện trở linh kiện điện tử thụ động, dùng để cản trở dịng điện Ký hiệu hình dạng: Ký hiệu hình dạng Hình 1.1: ký hiệu hình dạng điện trở Cấu tạo : Điện trở cấu tạo từ vật liệu có điển trở suất cao làm than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn b)Phân loại Điện trở thường: điện trở thường loại điện trở có cơng suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W Điện trở công suất: điện trở có cơng suất lớn từ 1W, 2W, 5W, 10W Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác điện trở công suất, điện trở có vỏ bọc sứ, hoạt động chúng tỏa nhiệt Điện trở dây cuốn: Loại điện trở dùng dây điện trở quấn lõi than có lớp cách điện thường sứ nhựa tổng hợp để tạo điện trở có giá trị nhỏ chịu công suất tiêu tán lớn Thường sử dụng mạch cung cấp điện thiết bị điện Điện trở điều chỉnh: hay gọi biến trở, giá trị điện trở thay đổi tùy ý Trang 1.2 Tụ điện a) Khái niệm Tụ điện linh kiện điện tử thụ động có khả tích giải phóng lương lượng dạng điện trường Khái niệm hình dạng: Ký hiệu Hình dạng Hình 1.2: ký hiệu hình dạng tụ điện Tụ điện linh kiện điện tử thụ động sửdụng rộng rãi mạch điện tử, chúng sử dụng mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động b) Cấu tạo Cẩu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song, có lớp cách điện gọi điện mơi Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi tụ điện phân loại theo tên gọi chất điện môi tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá 1.3 IC 7805 Với mạch điện khơng địi hỏi độ ổn định điện áp cao, sử dụng IC ổn áp thường người thiết kế sử dụng mạch điện đơn giản.Các loại ổn áp thường sử dụng IC 78xx,79xx, với xx điện áp cần ổn áp Trang VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V Việc dùng loại IC ổn áp họ 78xx tương tự Hình 1.3: sơ đồ chân ic7805 Sơ đồ chân IC 7805: Chân số chân IN (hình vẽ trên) Chân số chân GND (hình vẽ trên) Chân số chân OUT (hình vẽ trên) Một số thơng số kĩ thuật: Dịng cực đại trì 1A Dịng đỉnh 2.2A Cơng suất tiêu tán cực đại không dùng tản nhiệt: 2W Công suất tiêu tán dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W Nếu vượt ngưỡng ý 7805 bị cháy Thực tế ta nên dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị Các giá trị không nên dùng gần giá trị max thông số Tốt nên dùng ≤ 2/3 max Hơn thống số áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C 1.4 Biến áp Cấu tao: Bộ phận máy biến áp khung sắt non (có pha silic) gồm nhiều sắt mỏng ghép cách điện lại với để hạn chế dịng điện Fu-cơ (Foucalt) Hai Trang đầu có hai cuộn dây Cuộn thứ có N1 vịng dây nối với nguồn phát điện gọi cuộn sơ cấp, cuộn thứ có N2 vịng dây nối với thiết bị tiêu thụ điện gọi cuộn thứ cấp Hình 1.4: Mơ hình máy biến áp với khung sắt,cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp Hình 1.5: Ký hiệu máy biến áp mạch điện Nguyên lý biến áp: Một điện áp hàm sin tạo dòng điện hàm sin cuộn dây sơ cấp, dòng điện tạo từ trường biến đổi luân phiên theo quy luật hàm sin Trong biến áp, từ trường biến thiên cảm ứng tới cuộn dây thứ hai qua lõi sắt từ Điện áp hàm sin tạo cuộn dây thứ hai thay đổi từ thơng ΔΦ Tùy theo số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp mà định biến áp tăng áp hay hạ áp Trang 1.5 Diode Diodelà loại linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều mà khơng theo chiều ngược lại Cấu tạo: Hình 1.6: Cấu tạo diode Diode cấu tạo từ khối bán dẫn loại P ghép với khối bán dẫn loại N Diode có hai cực Anot (A) Katot (K), cho dịng chiều từ A sang K coi van chiều mạch điện ứng dụng rộng rãi máy thu thu hình, mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp Phân loại: Có nhiều loại diode,như diode chỉnh lưu thông thường,điode Zener, diode phát quang (LED)… 1.6 Transistor Cấu tạo Transitor: Transitor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N , ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận , ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Cấu trúc gọi Bipolar Junction Transitor (BJT) dịng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại điện tích âm dương (Bipolar nghĩa hai cực tính) Trang Hình 1.7: Cấu tạo transistor Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực , lớp gọi cực gốc ký hiệu B ( Base ), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát ( Emitter ) viết tắt E, cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn (loại N hay P ) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên khơng hốn vị cho Ngun tắc hoạt động Transitor: Trong chế độ tuyến tính hay gọi chế độ khuyếch đại, Transitor phần tử khuyếch đại dòng điện với dòng Ic β lần dịng bazo (dịng điều khiển ) Trong β hệ số khuyếch đại dòng điện Ic = βIB Xét hoạt động Transistor NPN: Trang 10 Hình 1.8: Sơ đồ phân cực cho Transistor Ta cấp nguồn chiều U CEvào hai cực C E (+) nguồn vào cực C (-) nguồn vào cực E Cấp nguồn chiều UBEđi qua cơng tắc trở hạn dịng vào hai cực B E , cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E Khi công tắc mở , ta thấy rằng, hai cực C E cấp điện khơng có dịng điện chạy qua C - E ( lúc dòng IC= ) Khi cơng tắc đóng, tiếp giáp P-N phân cực thuận có dịng điện chạy từ (+) nguồn UBEqua công tắc => qua R hạn dòng => qua tiếp giáp BE cực (-) tạo thành dòng IB Ngay dòng IBxuất => có dịng IC chạy qua tiếp giáp CE làm bóng đèn phát sáng, dịng IC mạnh gấp nhiều lần dịng IB Như rõ ràng dịng IChồn tồn phụ thuộc vào dịng IB phụ thuộc theo cơng thức IC= β.IB Trong đó: IC dòng chạy qua tiếp giáp C-E IB dòng chạy qua tiếp giáp B-E Trang 11 β hệ số khuyếch đại Transistor Khi có điện áp UCE điện tử lỗ trống vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện, xuất dòng I BE lớp bán dẫn P cực B mỏng nồng độ pha tạp thấp, số điện tử tự từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn số lượng lỗ trống nhiều, phần nhỏ số điện tử vào lỗ trống tạo thành dòng I B phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp U CE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor Trasistor cịn làm việc chế độ đóng cắt khóa điện tử Ta cần cấp điện áp dương (+) vào chân B (đối với loại NPN) Transistor dẫn thơng tùy vào điện áp cực B mà điện áp UCE nhỏ hay đạt giá trị max 1.7 Relay Rơ-le cơng tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc chỗ bản, rơ-le kích hoạt điện thay dùng tay người Chính lẽ đó, rơ-le dùng làm cơng tắc điện tử! Vì rơ-le cơng tắc nên có trạng thái: đóng mở Hình 1.9: Cấu tạo cách nối chân cho Relay Cấu tạo Relay gồm phần: Cuộn hút: Tạo lượng từ trường để hút tiếp điểm phía Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay DC: 5V, 12V, 24V - AC: 110V, 220V Cặp tiếp điểm: Khi khơng có từ trường ( ko cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm tiếp xúc Trang 12 với nhờ lực lị xo (Tiếp điểm thường đóng) Khi có lượng từ trường tiếp điểm bị hút chuyển sang - Trong Relay có cặp tiếp điểm, cặp tiếp điểm nhiều 1.8 IC UA741 Sơ đồ chân IC UA741 Hình 1.10: sơ đồ chân UA741 Dải nhiệt độ hoạt động: ~ 70 độ Hiệu điện cung cấp: 5V - 40V Phạm vi điện áp đầu vào chế độ chung: ±12V Ưu điểm: Dải điện áp đầu vào lớn Bảo vệ ngắn mạch Không cần bù tần số Trang 13 1.9 Cảm biến MQ-02 Hình 1.2 cảm biếnmq-02 Cảm biến khí gas MQ-2 sử dụng phần tử SnO2 có độ dẫn điện thấp khơng khí sạch, khí dễ cháy tồn tại, cảm biến có độ dẫn điện cao hơn, nồng độ chất dễ cháy cao độ dẫn điện SnO2 cao tương ứng chuyển đổi thành mức tín hiệu điện Cảm biến khí gas MQ-2 cảm biến khí có độ nhạy cao với LPG, Propane Hydrogen, mê-tan (CH4) dễ bắt lửa khác, với chi phí thấp phù hợp cho ứng dụng khác Cảm biến xuất hai dạng tín hiệu Analog Digital, tín hiệu Digital điều chỉnh mức báo biến trở THÔNG SỐ KỸ THUẬT Nguồn hoạt động: 5V Loại liệu: Analog Phạm vi phát rộng Tốc độ phản hồi nhanh độ nhạy cao Mạch đơn giản Ổn định sử dụng thời gian dài CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO Trang 14 2.1 Sơ đồ khối tồn Khối tín hiệu Khối điều khiển Khối thực thi Khối nguồn Hình 2.1: Sờ đồ khối tồn mạch 2.2Khối nguồn Hình 2.2: Sơ đồ ngun lý mạch nguồn Nguồn cấp cho toàn mạch nguồn 5V chiều Nguồn ta dùng có tính ổn định cao để mạch đếm xác ta dùng nguồn không ổn định pin, hết pin mạch đếm bị gián đoạn Điện áp đầu vào sau qua biến áp áp xuống từ 220V AC-50Hz xuống 12V AC.Tiếp theo qua cầu diode để chuyển từ điện áp xoay chiều thành chiều, ổn áp qua ic 7805 đưa nguồn 5v ni cho tồn mạch Trang 15 Hình 2.3: Dạng sóng điện áp trước sau chỉnh lưu Điện áp 12V DC mà yêu cầu điện áp mạch 5V DC lên ta cho qua IC ổn áp 7805 để ổn định điện áp 5V DC cấp cho mạch hoạt động Sau chỉnh lưu ổn áp điện áp cịn nhấp nhơ ta cho qua tụ để san phẳng điện áp Tụ điện có điện dùng lơn điện áp đầu phẳng với tụ phân cực ta dùng thêm tụ gốm để lọc nhiễu cao tần Hình 2.4: Dạng sóng điện áp sau lọc tụ điện Trang 16 2.4 Khối điều khiển Hình 2.6: Sơ đồ khối điều khiển Khi có thay đổi từ cảm biến MQ02, điện áp thay đổi đưa vào chân IC UA 741 chân cấp tín hiệu, ic bão hịa mức từ đưa tín hiệu chân số để đưa tín hiệu lên mức chuyển tiếp cho khối thưc thi 2.5 Khối thực thi Hình 2.7: Sơ đồ khối thực thi Khi có tín hiệu từ IC UA741 kích cho transistor transistor kích mở điện áp từ VCC qua led, còi,cuộn coil relay, qua chân C qua E xuống mass đèn led báo hiệu sáng, còi kêu , relay tác động tiếp điểm thường đóng chuyển sang thường mở cấp nguồn cho bơm, bơm lúc hoạt động hút nước từ bể lên để dập tắt đám cháy Trang 17 2.6 Sơ đồ ngun lý tồn mạch Hình 2.7: Sơ đồ ngun lý toàn mạch Nguyên lý làm việc: Điện áp đầu vào sau qua biến áp áp xuống từ 220V AC-50Hz xuống 12V AC.Tiếp theo qua cầu diode để chuyển từ điện áp xoay chiều thành chiều, ổn áp qua ic 7805 đưa nguồn 5v ni cho tồn mạch Khi có thay đổi từ cảm biến MQ02, điện áp thay đổi đưa vào chân IC UA 741 chân cấp tín hiệu, ic bão hịa mức từ đưa tín hiệu chân số để đưa tín hiệu lên mức chuyển tiếp cho khối thưc thi Khi có tín hiệu từ IC UA741 kích cho transistor transistor kích mở điện áp từ VCC qua led, còi,cuộn coil relay, qua chân C qua E xuống mass đèn led báo hiệu sáng, còi kêu , relay tác động tiếp điểm thường đóng chuyển sang thường mở cấp nguồn cho bơm, bơm lúc hoạt động hút nước từ bể lên để dập tắt đám cháy Trang 18 2.7 Sơ đồ mạch boar Hình 2.8: Sơ đồ boar mạch 2.9 Hình ảnh mạch thực Trang 19 Hình 2.10: Hình ảnh mạch thực CHƯƠNG III: KẾT LUẬN Trang 20