GVHD Hoàng Văn Vinh LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật rất phát triển, con người bước vào một thời đại khoa học mới thời đại mà mỗi giờ, mỗi phút thậm chí mỗi giây trôi qua lại xuất hiện những phá[.]
LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển, người bước vào thời đại khoa học mới-thời đại mà giờ, 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 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 “dịng chảy cơng nghệ” giới Để phát triển cơng 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 LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu Đồ Án Cơ Sở với chủ đề: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG Thơng qua việc trình bày kết đồ án, tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy HOÀNG VĂN VINH tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi hồn thành đồ án môn học Bản thân mong tiếp tục nhận quan tâm, hướng dẫn tận tình q thầy Trân trọng Mục lục Mục lục I Hướng dẫn V CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI .7 1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI .7 1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUANG ĐIỆN TRỞ 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Nguyên lý hoạt động 2.2 BIẾN TRỞ 2.2.1 Giới thiệu 2.1.1 Kí hiệu hình dáng 10 2.3 IC 555 10 2.3.1 Giới thiệu .10 2.3.2 Các thông số .11 2.3.3 Chức 11 2.3.4 Sơ đồ chân .11 2.3.5 Cấu tạo 13 4.1 TRANSISTOR .14 4.1.1 Cấu tạo 14 4.1.2 Kí hiệu hình dáng 14 5.1 RELAY 15 6.1 DIOT 15 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 16 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI .16 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể 16 3.1.2 Khối cảm biến 16 3.1.3 Khối so sánh 16 3.1.4 Khối đóng ngắt .16 3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ .17 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý .17 3.2.2 Nguyên lý hoạt động 17 3.3 TÍNH TỐN THIẾT KẾ 18 3.3.1 Khối cảm biến 18 3.3.2 Khối so sánh 19 3.3.3 Khối đóng ngắt .20 CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH .22 4.1 SƠ ĐỒ MẠCH IN 22 4.1.1 Sơ đồ mạch 22 4.1.2 Phương pháp làm mạch in 22 4.1.3 Mạch lý thuyết .23 4.1.4 Mạch thi cơng hồn thiện chưa cấp nguồn .23 4.1.5 Mạch thi cơng hồn thiện cấp nguồn 24 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN .25 5.1 TÓM TẮT 25 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .25 5.3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .25 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, với phát triển trình cơng nghiệp hóa, đại hóa, phát triển khơng ngừng cơng nghệ thiết bị điều khiển tự động dường khơng cịn xa lạ mà hầu hết đến đâu dể dàng tìm thấy, cụ thể em muốn nói đến thiết bị điều khiển bật tắt đèn tự động 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Thiết bị điều khiển bật tắt đèn tự động thiết bị điều khiển đơn giản có tính thực dụng cao Nó ứng dụng rộng rãi sân vườn, đèn cổng, công viên, đèn đường… 1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI Trên thị trường có nhiều loại mạch điều khiển đèn tự động Tuy nhiên loại mạch có số nhược điểm như: chi phí cao, khó kết hợp với module lập trình để phát tiển thành hệ thống khác nên đề tài tơi trình bày mạch cảnh báo sử dụng IC555 có chi phí thấp độ ổn định cao, bị nhiễu, dễ dàng kết hợp với module lập trình để phát tiển hệ thống khác 1.4 U CẦU ĐỀ TÀI Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến thay đổi trạng thái Relay (đóng, ngắt) làm thay đổi trạng thái đầu bóng đèn (sáng, khơng sáng) Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, linh kiện dễ tìm kiếm, thông dụng Nguồn đưa vào điều khiển nguồn DC 5V 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong đề tài tơi có sử dụng phần mềm proteus để vẽ mơ mạch, bên cạnh có giúp đỡ thầy HOÀNG VĂN VINH thầy cô khoa Cơ Điện –Điện Tử trường HUTECH q trình thiết kế thi cơng mạch Ngồi tơi cịn tham khảo mạng số mơ hình có sẵn trước 1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN Đồ án chia thành chương với nội dung cụ thể sau: Chương 1: giới thiệu đề tài Chương 2: sở lý thuyết Chương 3: tính tốn thiết kế Chương 4: thi cơng mạch Chương 5: kết luận CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 QUANG ĐIỆN TRỞ 2.1.1 Giới thiệu Quang điện trở điện trở có trị số giảm chiếu sáng mạnh Điện trở tối (khi không chiếu sáng - bóng tối) thường 1M, trị số giảm nhỏ 100 chiếu sáng mạnh 2.1.2 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý làm việc quang điện trở ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh điện tử tự do, tức dẫn điện tăng lên làm giảm điện trở chất bán dẫn Các đặc tính điện độ nhạy quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng chế tạo 2.2 BIẾN TRỞ 2.2.1 Giới thiệu Biến trở (triết áp) thiết bị có điện trở biến đổi theo ý muốn Chúng sử dụng mạch điện để điều chỉnh hoạt động mạch điện Điện trở thiết bị thay đổi cách thay đổi chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ thay đổi, ánh sáng xạ điện từ… 2.1.1 Kí hiệu hình dáng 2.3 IC 555 2.3.1 Giới thiệu IC 555 loại linh kiện phổ biến với việc dễ dàng tạo xung vng thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế độ rộng xung Nó ứng dụng hầu hết vào mạch tạo xung đóng cắt mạch dao động khác Đây linh kiện hãng CMOS sản xuất 2.2 2.3.2 Các thông số + Điện áp đầu vào: - 18V (Tùy loại 555: LM555, NE555, NE7555 ) + Dòng điện cung cấp: 6mA - 15mA + Điện áp logic mức cao: 0.5 - 15V + Điện áp logic mức thấp: 0.03 - 0.06V + Công suất lớn là: 600mW 2.3.3 Chức + Là thiết bị tạo xung xác + Máy phát xung + Điều chế độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) 2.3.4 Sơ đồ chân + Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức ko 0V mà khoảng từ (0.35 ->0.75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Cịn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở ngồi cho nối GND Chân không nối mà 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 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số 7(DISCHAGER) : 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): Khơng cần nói bít chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V ->18V (Tùy loại 555 thấp NE7555) 2.3.5 Cấu tạo 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 4.1 TRANSISTOR 4.1.1 Cấu tạo Transitor hay cịn 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) 4 4.1.2 Kí hiệu hình dáng 5.1 RELAY 6.1 DIOT CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể CẢM BIẾN SO SÁNH ÁP NGUỒN ĐÓNG NGẮT 3.1.2 Khối cảm biến - Khối cảm biến: khối có nhiệm vụ nhận biết ánh sáng bên ngồi mơi trường để đưa mức điện áp khác đến khối so sánh thông qua cảm biến ánh sang quang trở 3.1.3 Khối so sánh -Khối so sánh: Nhận mức điện áp từ khối cảm biến để thực so sánh đưa mức logic tương ứng 3.1.4 Khối đóng ngắt -Khối đóng ngắt: Thực nhiệm vụ đóng – ngắt đèn 3.1 3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 3.2.2 Nguyên lý hoạt động - Khi trời sáng: điện trở quang trở giảm mạnh, điện áp vào chân 2,6 ic lớn điện áp so sánh (> 2/3 Vcc) op-amp => R = [1], Q = [0], transistor không dẫn => đèn tắt - Khi trời tối: điện trở quang trở tăng, điện áp vào chân 2,6 tren ic nhỏ điện áp so sánh (< 1/3 Vcc) op-amp => S = [1], Q = [1], transistor dẫn kích relay đóng => đèn sáng 3.3 TÍNH TỐN THIẾT KẾ 3.3.1 Khối cảm biến Sử dụng nguồn adapter 12 vol Để khối so sánh hoạt động theo yêu cầu mạch cầu phân áp phải thỏa mức điện áp: - Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở Vout > vol - Khi quang trở khơng có ánh sáng Vout < vol Ta có: Vcc =12 vol, chọn biến trở 100k Công thức cầu phân áp: Vout = Vcc × Rbt Rldr + Rbt Khi có ánh sáng Vout = Vcc × Rbt 12 ×50000 8= => Rldr = 25 k Rldr + Rbt Rldr +50000 Khi khơng có ánh sáng Vout = Vcc × Rbt 12 ×50000 3= => Rldr = 150 k Rldr + Rbt Rldr +50000 3.3.2 Khối so sánh Khi đóng điện, tác động cầu phân áp, ta có: V+comp1 = 1/3Vcc = vol V-comp2 = 2/3Vcc = vol Các giá trị qui ước: [1] gần Vcc (mức cao) [0] mức thấp Khi trời tối Điện trở quang trở tăng, điện áp ngõ cầu phân áp vào chân 2,6 ic vol Tại so sánh V-comp1 = 3vol < V+comp1 = vol S = [1] Tại so sánh V+comp2 = vol < V-comp2 = vol R = [0] Tại RS-FF R = [0] S = [1] OUTPUT (3) = [1] Khi trời sáng Điện trở quang trở giảm mạnh, điện áp ngõ cầu phân áp vào chân 2,6 ic vol Tại so sánh V-comp1 = vol > V+comp1 = vol S = [0] Tại so sánh V+comp2 = vol > V-comp2 = vol R = [1] Tại RS-FF R = [1] S = [0] OUTPUT (3) = [0] 3.3.3 Khối đóng ngắt Theo chức mạch transistor làm nhiệm vụ đóng – ngắt (dẫn bão hịa) Các thơng số ban đầu: - Vcc = 12 vol - RL = 50 om - VBB = 10 vol - Β = 100 - VCE 0,2 (Transistor dẫn bão hòa) - V = 0,7 vol Theo định luật Kirchhoff ta có: Vcc = Ic.Rc + VCE => Ic = ( Vcc - V ) / Rc Ic = (12 – 0,2) / 50 = 0,236 (A) IB = IC /β = 0,236 /100 = 0,00236 (A) VBB = IB.RB + V => RB = (VBB - V ) / IB RB = (10 – 0,7) / 0,00236 = 3,94 K Trở hạn dòng cho led: Vled =2,5 vol; Iled = 15 mA Rled = (12 – 2,5) / 0,015 = 633 CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH 4.1 SƠ ĐỒ MẠCH IN 4.1.1 Sơ đồ mạch 4.1.2 Phương pháp làm mạch in - Thiết kế mạch phần mềm protues - Mua linh kiện - Ủi mạch in mạch đồng=>ngâm hóa chất tẩy mạch - Khoan lổ =>quét nhựa thơng - Lắp linh kiện vào =>hàn chì - Lắp nguồn chạy thử=>mạch chạy