Đang tải... (xem toàn văn)
Với 1oC con người đã tạo ra sự thay đổi cho lịch sử công nghệ của nhân loại và nhiệt độ chính là sự khác biệt. Ngày nay với sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học nhân loại, nhiệt độ là thứ quyết định đến tốc độ nhanh hay chậm của máy móc và con người, chính vì thế nhiều loại cảm biến nhiệt độ ra đời để phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác nhau của xã hội và đời sống. Vì vậy việc trang bị kiến thức về cảm biến nhiệt độ là một trong những lý do quan trọng trong quá trình tìm hiểu về công nghệ tự động hóa.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠCH AUTO FAN DÙNG CẢM BIẾN NHIỆT Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Giảng viên hướng dẫn : Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên thực : Vũ Phước Hưng MSSV: 1811050183 Lớp: 18DTDA3 TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng LỜI CẢM ƠN ời em xin chân thành cảm ơn tất q thầy/cơ giáo hướng L dẫn bảo tận tình thời gian em làm Đồ án môn học vừa qua, đặc biệt Viện Kỹ Thuật Hutech tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án Em vơ biết ơn Cơ Võ Thị Bích Ngọc người trực tiếp hướng dẫn bảo tận tình cho em hồn thành Đồ án Mạch Auto Fan theo nhiệt độ Vì lần đầu làm đồ án thiết kế thi công mạch, với kiến thức thời gian hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Với mong muốn học hỏi, em mong nhận góp ý quý thầy, cô giáo bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm cho đồ án tốt Xin chân thành cảm ơn Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực …………………… GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Đề số:…… Viện: KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN: …………………………… Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (sĩ số nhóm……): (1) MSSV: ………………… Lớp: (2) MSSV: ………………… Lớp: (3) MSSV: ………………… Lớp: Tên đề tài : Các liệu ban đầu : Nội dung nhiệm vụ : GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Kết tối thiểu phải có: 1) 2) 3) 4) Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /……… Sinh viên thực TP HCM, ngày … tháng … năm (Ký ghi rõ họ tên) ……… Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ………………………………… Họ tên SV: ……………………………………… MSSV:……………………Lớp:…………………… Tuần Nội dung hướng dẫn Tình hình sinh viên thực Ghi Từ:… Đến:… Từ:… Đến:… Từ:… Đến:… Từ:… Đến:… GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Từ:… Đến:… Từ:… Đến:… Từ:… Đến:… Từ:… Đến:… Từ:… Đến:… 10 Từ:… Đến:… 11 Từ:… Đến:… 12 Từ:… Đến:… GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Vũ Phước Hưng Mã số sinh viên: Lớp: 18DTDA3 1811050183 Tên đề tài: Mạch Auto Fan dùng cảm biến nhiệt Ưu điểm: Nhược điểm: Điểm đánh giá: Ngày….tháng….năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Th.S Võ Thị Bích Ngọc GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Nhận xét giáo viên ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng MỤC LỤC CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 12 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .12 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 12 CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 2.1 NHIỆT TRỞ NTC MF58 10K 13 2.2 ĐIỆN TRỞ 15 2.3 RELAY 12V 7A CHÂN ( YL303H-S-12VDC-1Z) 17 2.4 ZENER DIODE: “Diode xung - 1N4148” .20 2.5 IC UA741CN 21 2.6 TRANSISTOR 2N3904 ( BJT 2N3904 ) 25 CHƯƠNG : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 28 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI 28 3.1.1 Sơ đồ khối 28 3.1.2 Chức khối 28 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH, NGUN LÝ CHI TIẾT .28 3.2.1 Khối nguồn 29 3.2.2 Khối cảm biến nhiệt 30 3.2.3 Khối so sánh 30 3.2.4 Khối điều khiển đóng ngắt 31 3.2.5 Khối tải hiển thị 31 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 31 10 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Thơng số kỹ thuật • Điện áp ngược : 75V • Thời gian phục hồi : 4ns • Dịng điện thuận : 300mA • Cơng suất tiêu tán : 500mW • Nhiệt độ hoạt động : -65 ~ 175 độ C Sơ đồ chân 2.5 IC UA741CN Cấu tạo IC UA741CN Vi mạch (IC) mạch điện gồm nhiều linh kiện Transistor, diode, điện trở… Được tích hợp miếng tinh thể có kích thước nhỏ, linh kiện liên kết với thực số chức định bọc bên vỏ plastic kim loại, nên gọi mạch điện tích hợp hay IC ( Integrated – Circuit) 21 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Với ưu điểm IC UA741CN có độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, chứa nhiều phần tử, giá thành hạ, tiêu thụ công suất UA741CN dạng khuếch đại lý tưởng goi mạch khuếch đại thuật toán hay gọi OP-AMP UA741 khuếch đại hoạt động nguyên khối hiệu suất cao chế tạo silicon nhất, dùng để giải phương trình tốn học lĩnh vực khác tạo tín hiệu, khuếch đại,… 22 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Sơ đồ chân cấu tạo UA741CN • Chân 1: Chân chỉnh khơng • Chân 2: Ngõ vào đảo ( V-) • Chân 3: Ngõ vào khơng đảo(V+) • Chân 4: VEE chân nối đến đầu âm nguồn kép • Chân 5: Khơng dùng 23 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng • Chân 6: Tín hiệu ra( Vout ) • Chân 7: Nguồn dương • Chân 8: Khơng dùng Thơng số kỹ thuật • Điện áp cấp nguồn - Tối đa : 40 V • Pd - Tiêu tán nguồn : 500 mW (1/2 W) • Dịng cấp nguồn vận hành : 2.8 mA • Điện áp cấp vận hành : V to 40 V, +/- 2.5 V to +/- 20 V • Nhiệt độ hoạt động : 0oC ÷ 70oC Nguyên lý hoạt động Khi cấp nguồn, tín hiệu đưa vào ngõ vào đảo(V-) không đảo(V+), OP-AMP bắt đầu thực so sánh, tính tốn cho đặc tính đầu chân Vout vùng : • Vùng khuếch đại tuyến tính: vùng điện áp ngõ Vo tỉ lệ với tín hiệu ngõ vào theo quan hệ tuyến tính Nếu sử dụng mạch khuếch đại điện áp vịng hở (Open Loop) vùng nằm khoảng bé • Vùng bão hồ dương: bất chấp tín hiệu ngõ vào ngõ ln +V cc ( V+ > V- => Vout max ≈ +Vcc ) 24 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng • Vùng bão hồ âm: bất chấp tín hiệu ngõ vào ngõ ln -Vcc ( V+ < V- => Vout max ≈ -Vcc ) 2.6 TRANSISTOR 2N3904 ( BJT 2N3904 ) Ký hiệu Hình ảnh thực tế Cấu tạo Transistor 2N3904 Transistor linh kiện điều khiển dòng, tạo thành lớp tiếp xúc P-N ghép liên tiếp, miền có bề rộng nhỏ tạo tiếp xúc P-N gần Là transistor NPN phổ biến sử dụng cơng tắc điện tử đơn giản, có đặc tính dịng DC ổn định, hệ số khuếch đại tuyến tính khuếch đại xử lý 200 mA (tối đa tuyệt đối) tần số cao 100 MHz sử dụng khuếch đại Sơ đồ chân Transistor 2N3904 25 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Transistor có chân nối ngồi : • Cực E (Emitter) : gọi cực phát, pha đậm nên nồng độ hạt dẫn đa số lớn, khả sinh dịng lớn • Cực C (Collector) : gọi cực thu, vùng pha đậm để có độ dẫn điện tốt • Cực B (Base) : gọi cực nền, vùng pha nhạt, mỏng, cực B dùng để điều khiển hạt tải phát từ cực E Thông số kỹ thuật • Transistor NPN • Điện áp cực đại : VCBO =60V, VCEO = 40V, VEBO = 6V • Dòng điện cực đại: IC = 200mA 26 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng • Nhiệt độ làm việc: -55oC ~ 125oC • Hệ số hFE tối đa : 300 Chế độ hoạt động (Tham khảo sách Kỹ thuật điện tử) 27 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI 3.1.1 Sơ đồ khối KHỐI NGUỒN CẢM KHỐI SO ĐIỀU KHIỂN TẢI VÀ BIẾN SÁNH ĐÓNG HIỂN THỊ NHIỆT 3.1.2 NGẮT Chức khối Khối nguồn Khối cảm biến nhiệt Khối so sánh Khối điều khiển đóng ngắt Khối tải hiển thị 3.2 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH, NGUN LÝ CHI TIẾT 28 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Sơ đồ nguyên lý mạch Linh kiện: • LED đỏ • LM741 • Transistor 2N3904 • Diode 1N4148 • Relay 12V • Điện trở • Cảm biến nhiệt ( nhiệt trở âm ) 3.2.1 Khối nguồn 29 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Ta cấp nguồn cho mạch từ 5V ÷ 12V, ta cấp nguồn không đủ điện áp với linh kiện mạch khơng chạy cháy 3.2.2 Khối cảm biến nhiệt Chọn RT2 cảm biến nhiệt với tính chất nhiệt độ mơi trường tăng điện trở giảm nên : • Khi nhiệt độ mơi trường bình thường T1 = 0oC RT2 = 10kΩ • Khi nhiệt độ mơi trường thay đổi T2 = 50oC RT2 = 900Ω 3.2.3 Khối so sánh Ta sử dụng vi mạch Op-amp LM741 mạch khuếch đại vi sai ( nghĩa khuếch sai biệt hai ngõ vào ) : • V+ > V- => Vout = +Vcc = 12V • V+ < V- => Vout = -Vcc = V Ta chọn chân V+ điện áp chuẩn cố định , R2 = R3 = 10kΩ có : 𝑅 10𝑘 V+ = × 𝑉𝑐𝑐 = × 12 = × 𝑉𝑐𝑐 = 𝑉 𝑅2 +𝑅3 10𝑘+10𝑘 Còn chân V điện áp nhiệt độ môi trường tăng, ta chọn R1 = 1kΩ có: • Trường hợp 1: nhiệt độ mơi trường bình thường T1 = 0oC RT2 = - 10kΩ có : V- = 𝑅𝑇2 𝑅𝑇2+𝑅1 × 𝑉𝑐𝑐 = 10𝑘 10𝑘+1𝑘 × 12 ≈ 10,9 𝑉 ,nên điện áp ngõ V+ < V- 6V < 10,9 V => Vout = -Vcc= V 30 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng • Trường hợp : nhiệt độ mơi trường tăng T2 = 50oC RT2 = 500Ω có : V- = 𝑅𝑇2 𝑅𝑇2+𝑅1 × 𝑉𝑐𝑐 = 500 500 +1𝑘 × 12 = 𝑉 , ta có V+ > V- 6V > 4V => Vout = +Vcc = 12V 3.2.4 Khối điều khiển đóng ngắt 3.2.5 Khối tải hiển thị 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG Sơ đồ mạch thi công Sơ đồ mạch PCB 31 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Sơ đồ mạch 3D Sơ đồ mạch thực tế 32 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng 33 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 KẾT LUẬN Mạch AUTO FAN dùng cảm biến nhiệt chạy được, thực chưa ổn định Mạch hạn chế cần khắc phục, cảm biến nhiệt đòi hỏi nhiệt độ môi trường cao nên phù hợp cho việc thông báo chống cháy, để sử dụng cho phù hợp với thiết bị động làm mát nhà, xí nghiệp cần chọn loại cảm biến nhiệt thấp hơn; mạch cồng kềnh, nhiều chỗ trống, thẩm mĩ chưa bắt mắt 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Nếu sử dụng rộng rãi mạch sử dụng để điều khiển thiết bị làm mát nhà, xí nghiệp, thiết bị điện tử, mạch kết hợp với mạch vi điều khiển để hiển thị thơng báo xác nhiệt độ thay đổi môi trường, để điều khiển thiết bị tạo độ ẩm cho trồng nhà kính, tự phun nước tưới nhiệt độ tăng cung cấp nước oxy áo cá vào mùa nóng 34 GVHD: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên: Vũ Phước Hưng Tài liệu tham khảo Ths Võ Thị Bích Ngọc / Ths Nguyễn Thị Ngọc Anh – Giáo trình kỹ thuật điện tử – Đại học cơng nghệ HUTECH- 2016 Ths Bùi Hữu Hiên – Giáo trình thực tập công nhân điện tử - Đại học công nghệ HUTECH – 2016 Website https://machdienlythu.vn/tim-hieu-nguyen-tac-hoat-dong-ic-khuechdai-thuat-toan-741/ https://automation.net.vn/The-gioi-cam-bien/Cam-bien-nhiet-do-la-giChi-tiet-ve-khai-niem-nguyen-ly-hoat-dong-va-huong-dan-cach-ungdung-cua-tung-loai-cam-bien-nhiet.html https://www.christianlouboutinoutlets.org/cau-tao-cua-relay-5-chan-vaung-dung/ https://html.alldatasheet.com/html-pdf/76165/MICROSEMI/1N41481/819/2/1N4148-1.html https://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/354281/MCC/2N3904.html 35