Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠCH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Ngành KỸ THUẬT ĐIỀN TỬ TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành MẠNG VIỄN THÔNG i LỜ[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠCH CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ Ngành: KỸ THUẬT ĐIỀN TỬ- TRUYỀN THÔNG Chuyên ngành: MẠNG VIỄN THÔNG i LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển, người bước vào thời đại khoa học mới-thời đại mà giờ,mỗi phút chí giây trôi qua lại xuất phát minh, tiến khoa học Công nghệ xuất liên tục, từ thành tựu khoa hoc - kỹ thuật áp vào thực tiễn Chính vậy, người ngày tận hưởng sống tiện nghi thoải mái Chúng ta dễ dàng nhận thấy thiết bị công nghệ diện khắp nơi nhiều lĩnh vực Trên giới, hàng ngàn viện nghiên cứu, trung tâm với hàng triệu Kỹ Sư miệt mài nghiên cứu để đóng góp cho nhân loại cải tiến, kỹ thuật nhằm phục vụ sống Có thể nhận định rằng: khoa học - kỹ thuật có sức mạnh lớn Nó chi phối quân sự, kinh tế… thể vị quốc gia trường quốc tế Việt Nam khơng nằm ngối xu thời đại, nhà nghiên cứu, kỹ sư, đặc biệt hệ trẻ, bạn sinh viên tích cực, say mê nghiên cứu khoa học để tìm kỹ thuật mới, trao đổi học hỏi tiếp thu công nghệ giới để phục vụ cho cơng cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước Dẫu biết trình độ khoa học kỹ thuật Việt Nam nhiều lĩnh vực cịn có khoảng cách xa với nước tiên tiến giới, với lòng say mê học hỏi, tiếp thu nhanh kiến thức, đức tính cần cù, thơng minh chịu khó, tơi tin rằng: ngày khơng xa, bắt kịp hòa nhập vào “dòng chảy công nghệ” giới Để phát triển công nghệ trước hết phải nắm hiểu rõ vấn đề lĩnh vực Đó lý tơi tiến hành nghiên cứu đề tài này, mục tiêu làm rõ số yếu tố chủ yếu, để phát triển kỹ thuật, sản phẩm hơn, đại tương lai ii LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Hoàng Văn Vinh giúp đỡ em suốt trình làm đồ án, để em hồn thành đạt yêu cầu đề tài Và qua môn em học hỏi nhiều điều, bổ sung thiếu sót kiến thức, tiếp cận vấn đề thực tế khác với lý thuyết mà em học Những ứng dụng thực tế môn học giúp em có kinh nghiệm quý báu học tập cơng việc sau Do kiến thức cịn hạn chế, nên trình thực đồ án mơn học nhiều em khơng tránh khỏi sai sót Mong thầy giúp đỡ để em bổ sung hồn thiện kiến thức thêm Em xin cảm ơn thầy! iii BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn : Hoàng Văn Vinh Họ tên sinh viên : Trần Thanh Tú Lớp : 16HDT01 MSSV : 1615010013 Tên đề tài : Thiết kế thi công mạch cảm biến nhiệt độ Điểm đánh giá : .Xếp loại : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (Ký tên ghi rõ họ tên) iv BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên phản biện : Họ tên sinh viên : Trần Thanh Tú Lớp : 16HDT01 MSSV : 1615010013 Tên đề tài : Thiết kế thi công mạch cảm biến nhiệt độ Điểm đánh giá : .Xếp loại : TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện (Ký tên ghi rõ họ tên) v vi MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI i PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ii LỜI MỞ ĐẦU iii LỜI CẢM ƠN iv BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN v BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN vi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Yêu cầu đề tài Nội dung đề tài Phương pháp nghiên cứu Kết cấu đồ án môn học CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 Các linh kiện sử dụng mạch .3 1.1 Điện trở: 1.2 Tụ điện 1.3 LED (diode phát quang) .5 1.4 Transistor 1.5 IC555 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH 11 Thiết kế sơ đồ khối 11 1.1 Chức khối 11 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 12 2.1 Khối nguồn: 12 2.2 Khối đầu vào: .12 2.3 Khối cảm biến: 12 2.4 Khối xử lý: 13 2.5 Khối cảnh báo: 14 Sơ đồ mạch mơ hồn chỉnh 15 CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 17 Các bước thi công mạch 17 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 19 Kết luận 19 Hướng phát triển đề tài 19 TÀI LIỆU THAM KHẢO 20 vii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Do ứng dụng thực tế, thiết bị hay máy móc ln cần đảm bảo an tồn Vì việc chọn đề tài Mạch cảm biến nhiệt độ để thực cần thiết Để đảm bảo cho thiết bị hay máy móc làm việc tốt, tránh rủi ro hư hỏng tác động yếu tố bên ngồi, đặc biệt nhiệt độ thiết bị cần phải quy định mức độ an toàn sử dụng nhằm tránh thiệt hại tài sản người Sau thực đề tài này, sinh viên ứng dụng sống, đặc biệt sở ban đầu để nghiên cứu học tập, từ giúp sinh viên mở rộng kiến thức để ứng dụng tronng công việc học tập sau Mục tiêu đề tài Đề tài nhằm nghiên cứu mạch cảm biến nhiệt độ, giúp cho người sử dụng biết cảnh báo an toàn thiết bị người tác động nhiệt độ Điều giúp cho người sử dụng kiểm sốt độ an toàn nhiệt độ mong muốn, tránh tổn thất khơng đáng có u cầu đề tài Mạch hoạt động xác Giảm thiểu chi phí Người sử dụng dễ dàng điều chỉnh sử dụng phù hợp với nhu cầu cá nhân Nội dung đề tài Mạch thực việc cảnh báo nhiệt độ cao mà người sử dụng quy định để đảm bảo an toàn tránh thiệt hại Khi nhiệt độ tăng cao đến mức độ giới hạn, chuông báo người sử dụng biết được, từ thực biện pháp an toàn Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu thực dựa phần mền mô Proteus dựa nguyên lý hoạt đông IC555 Kết cấu đồ án môn học Gồm : o CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI o CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT o CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH o CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH o CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Các linh kiện sử dụng mạch 1.1 Điện trở: Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vô lớn Điện trở dây dẫn : Điện trở dây dẫn phụ vào chất liệu, độ dài tiết diện dây Được tính theo cơng thức sau: R = ρ.L / S Trong :ρ điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu :L chiều dài dây dẫn :S tiết diện dây dẫn :R điện trở, đơn vị Ohm Hình 2.1.1: Điện trở Biến trở: Chân 1(GND): Chân cho nối mass để lấy dòng Chân 2: Chân so áp với mức áp chuẩn 1/3 mức nguồn ni Chân (OUTPUT): Chân ngõ ra, tín hiệu chân có dạn xung, khơng mức thấp mức cao Chân 4(RESET): Chân xác lập trạng thái nghỉ, với mức áp chân mức áp thấp Chân 5(CONTROL VOLTAGE): Chân thay đổi mức áp chuẩn ic555 Chân 6(THRESHOLD): Chân so với mức áp chuẩn 2/3 nguồn ni Chân 7(DISCHARGE): Chân có khóa điện đóng mass Chân 8(VCC): Chân nối vào nguồn V+, thường làm việc với nguồn từ 3V đến 15V 1.5.2 Cấu tạo IC555: Hình 2.1.11: Sơ đồ cấu tạo IC555 Cấu tạo IC555 gồm Op-amp so sánh điện áp, mạch lật transistor để xả điện Cấu tạo IC555 đơn giản hoạt động tốt 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 1, điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC chân S=1 Flip Flop kích từ Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R Flip Flop Flip Flop reset 1.5.3 Giải thích dao động: Hình 2.1.12: Sự dao động Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC Mạch FF loại RS Flip-flop Khi S = [1] Q = [1] QB = [ 0] 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], transistor 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 ngõ mức Khi bấm công tắc khởi động, chân mức Khi S= Q=1 QB=0 Vì điện áp chân V(-) nhỏ chân V1 V (+), ngõ Op-amp mức nên 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 B không đổi Trong điện p tụ C nhỏ V2, Flip Flop giữ nguyên trạng thái Giai đoạn ngõ mức 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-amp có V(+)=0 bé V(-), ngõ opamp mức Vì Q QB khơng đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor Kết cuối cùng: Ngõ OUT có tín hiệu dạng sóng vng, chu kỳ ổn định 1.5.4 Cơng thức tính tần số điều chế độ rộng xung: Hình 2.1.13: Sơ đồ: Mối quan hệ điện trở, tụ điện với tần số, độ rộng xung Nhìn vào sơ đồ mạch ta có cơng thức tính tần số , độ rộng xung + Tần số tín hiệu đầu :f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2)) + Chu kì tín hiệu đầu ra: t = 1/f + Thời gian xung mức H (1) chu kì: t1 = ln2 (R1 + R2).C + Thời gian xung mức L (0) chu kì: t2 = ln2.R2.C Như công thức tổng quát 555 Tơi lấy ví dụ nhỏ : để tạo xung dao động f = 1.5Hz Đầu tiên chọn hai giá trị đặc trưng R1 C2 sau ta tính R1 Theo cách tính tốn ta chọn : C = 10nF, R1 =33k -> R2 = 33k CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH Thiết kế sơ đồ khối Dựa vào yêu cầu bài, nên ta có mạch gồm khối sau đây: Hình 3.1.1: Sơ đồ khối mạch cảm biến 1.1 Chức khối 1.1.1 Khối nguồn: 10 Là khối cung cấp nguồn cho mạch hoạt động Ở ta sử dụng pin nguồn 1.1.2 Khối đầu vào Là tín hiệu nhiệt độ để khối cảm biến cảm nhận 1.1.3 Khối cảm biến Khi có tín hiệu nhiệt vào chuyển thành tín hiệu điện Từ đưa khuếch khuếch đại tín hiệu Linh kiện dùng NTC, PTC, LM35, v.v… Ở đầy ta chọn NTC linh kiện dễ sử dụng, giá thành hợp lý 1.1.4 Khối xử lý Sau tín hiệu khuếch đại đưa vào khối xử lý để đưa tín hiệu ngồi Ta dùng IC555, khuếch đại thuật toán, v.v… 1.1.5 Khối cảnh báo Sau xử lý tín hiệu,tín hiệu xuất đưa khối cảnh báo Ở ta dùng phương thức cảnh báo dùng chuông led cảnh báo Thiết kế sơ đồ nguyên lý 2.1 Khối nguồn: Ta sử dụng pin 9V để cấp nguồn cho mạch Khối nguồn cung cấp nguồn cho khối cảm biến, khối xử lý khối cảnh báo để mạch hoạt động Ở khối nguồn ta mắc vào LED để báo nguồn cấp hay chưa 11 Hình 3.2.1: Khối nguồn 2.2 Khối đầu vào: Khối đầu vào tín hiệu đưa vào, tín hiệu vào nhiệt độ Sau tín hiệu tiếp thu khối cảm biến 2.3 Khối cảm biến: 12 Hình 3.2.2: Khối cảm biến Khối cảm biến có chức cảm nhận nhiệt độ mà linh kiện điện trở nhiệt NTC Khi nhiệt độ tăng cao, điện trở cảm biến nhiệt giảm xuống Lúc cho phép dòng điện vào Ta thay đổi nhiệt độ mong muốn để cảnh báo cách điều chỉnh giá trị biến trở C1815 muốn hoạt động Vc1>Vb1>Ve1, A1015 muốn hoạt động Ve2>Vb2>Vc2 Do mắc với nên Vc1=Vb2=Vchung Nên để hoạt động Ve2>Vchung>Vb1 (Ve1 Vc2 nối mass nên khơng cần tính Vchung=Ve2-0.7 nên chắn nhỏ Ve2 Lúc cần phân cực cho Vb1> 0.7 nhỏ (Ve2-0.7) 2.4 Khối xử lý: 13