Tài liệu thực tập thiết kế điện từ ứng dụng

TRUONG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ TÀI LIỆU THUC TAP THIET KE DIEN TU UNG DUNG Biên soạn: TS Nguyễn Văn Hào Bộ môn: Điện tử - Viễn thông Tài liệu lưu hành nội Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi PHAN TICH CHU DE THIET KE: MACH DA HAI DOI VA UNG DUNG Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên vận dụng kiến thức học, nâng cao kỹ trình xây dựng hệ mạch điện tử ứng dụng, phân tích thiết kế thơng qua so đồ khối chức năng, - Sinh viên nắm vững kiến thức nguyên lý linh kiện mạch điện tử cho ứng dụng thực tiễn, Nội dung thực tập 2.1 Phân tích hệ thống điều khiến bật/tắt tải có/khơng có vật cản Khối cảm biến Khối nguồn DC (VDC = V) Khối so sánh (tạo xung điều khiển) Khối tải (động DC, đèn báo) Khối điều khiển Khối cơng suất Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ/đèn báo có vật cản Chức khối: - Khối cảm biến (thu — phát hồng ngoại): phát vật cản tạo mức điện áp tương ứng với trường hợp có khơng có vật cản - Khối so sánh điện áp: so sánh tín hiệu điện áp từ khối cảm biến với mức điện áp chuẩn để tạo xung điều khiển có vật cản - Khối điều khiển: nhận tín hiệu kích từ khối so sánh tạo tín hiệu điều khiển khoảng thời gian thiết lập trước (kiểu mạch đa hài đợi) - Khối công suất: nhận tín hiệu điều khiển cung cấp cơng suất cho khối tải thông qua chuyền mạch công suất Rơle điện từ Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng - Khối nguồn DC: cung cấp nguồn DC cho khối chức (ngoại trừ khối tải) 2.2 Các mơ hình ứng dụng điển hình - Hệ thống rửa tay (labo) tự động - Hệ thống bật/tắt đèn/chuông cảnh báo/báo động - Hệ thống bật/tắt đèn chiếu sáng cầu thang tòa nhà Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi PHÂN TÍCH CHỦ ĐÈ THIẾT KÉ: MẠCH DEM SAN PHAM Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên vận dụng kiến thức học, nâng cao kỹ trình xây dựng hệ mạch điện tử ứng dụng, phân tích thiết kế thông qua so đồ khối chức năng, - Sinh viên nắm vững kiến thức nguyên lý linh kiện mạch điện tử cho ứng dụng thực tiễn, Nội dung thực tập 2.1 Phân tích hệ thống đếm sản phẩm tự động relent) Khối nguồn DC (VDC = V) Khối so sánh (tạo xung đếm) Khối đếm thập phân (00-99) Khối hiển thị số đếm Khối giải mã Hình I Sơ đồ hệ thống đếm sản phẩm tự động từ 00 đến 99 Chức khối: - Khối cảm biến (thu — phát hồng ngoại): phát sản phẩm tạo mức điện áp tương ứng với trường hợp có khơng có sản phẩm vượt qua - Khối tạo xung đếm: so sánh tín hiệu điện áp từ khối cảm biến với mức điện áp chuẩn để tạo dãy tín hiệu xung đếm - Khối đếm thập phân: đếm tín hiệu xung đếm (từ khối tạo xung đếm) theo hệ đếm thập phân BCD (2 số thập phân), đếm thuận kiểu đồng không đồng - Khối giải mã: nhận giải mã tín hiệu số đếm nhị phân kiểu BCD từ khối đếm, đồng thời đưa tín hiệu điều khiến hiển thị tương ứng cho LED đoạn (7 - Segs LED) Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng - Khối nguồn DC: cung cấp nguồn DC V cho khối chức hệ thống 2.2 Các mơ hình ứng dụng điển hình - Hệ thống đếm sản phẩm tự động theo dây chuyền sản xuất công nghiệp - Hệ thông đếm số lượng người ra/vào tòa nhà Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi TÍNH TỐN, LỰA CHỌN LINH KIỆN: MẠCH ĐA HÀI VÀ ỨNG DỤNG Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên vận dụng kiến thức, kỹ học cho q trình tính toán lựa chọn linh kiện phù hợp cho thiết kế hệ thống mạch điện tử ứng dụng - Sinh viên nắm vững kiến thức, kỹ nguyên lý linh kiện mạch điện tử cho ứng dụng thực tiễn Nội dung thực tập 2.1 Các lưu ý tính tốn lựa chọn linh kiện - Lựa chọn linh kiện xác định đặc tính dịng điện điện áp khối cảm biến đầu vào, - Xác định mức điện áp đầu khối cảm biến để tính tốn, thiết kế chọn giá trị điện áp chuẩn khối so sánh khối chức tiếp theo, - Lựa chọn giá trị linh kiện thụ động tính tốn linh kiện tích cực IC chức phải đảm bảo yêu cầu phù hợp với thực tiễn 2.2 Tính tốn, lựa chọn linh kiện thiết kế mạch nguyên lý T A671 D3 ba Ty + +tÌn (1.5-2) Ohm U 7805 our a 1000uF/25V +5V0- , 270 Dt 4.7UFI25V ais “ RI D2 aoe Ni uta u2"|_“|_NESS5 sce LÍ THR +8V aoe GNI (9-12)V AC2 —— —† ke a vrs Ro 10K R7 270 Rear als D3 D4, t—JRELAY5 V_DC — ap Ti FLs AcIDG TxC2 10uF/1ðV Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển động cơ/đèn báo có vật cản LAMP Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng - Q trình tính tốn dựa giả thuyết dòng điện mức điện áp chuẩn từ khối cảm biên đầu vào đên khôi so sánh, khôi điêu khiên, khôi công suat tải - Kết tính tốn lựa chọn linh kiện cho chủ đề thiết kế đưa hình I Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi TÍNH TỐN, LỰA CHỌN LINH KIỆN: MẠCH ĐÉM SẢN PHẢM Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên vận dụng kiến thức, kỹ học cho q trình tính tốn lựa chọn linh kiện phù hợp cho thiết kế hệ thống mạch điện tử ứng dụng - Sinh viên nắm vững kiến thức, kỹ nguyên lý linh kiện mạch điện tử cho ứng dụng thực tiễn Nội dung thực tập 2.1 Các lưu ý tính tốn lựa chọn linh kiện - Lựa chọn linh kiện xác định đặc tính dịng điện điện áp khối cảm biến đầu vào, - Xác định mức điện áp đầu khối cảm biến để tính tốn, thiết kế chọn giá trị điện áp chuẩn khối so sánh khối chức tiếp theo, - Lựa chọn giá trị linh kiện thụ động tính tốn linh kiện tích cực IC chức phải đảm bảo yêu cầu phù hợp với thực tiễn 2.2 Tính tốn, lựa chọn linh kiện thiết kế mạch nguyên lý act F T A871 tu (@-12)V AC2 LJ] D3 T—+TÌN (15-2) Ohm b2 + aR 1000uF/25V _our †—©+sv A œ 4.7uF/25V — +5VOR1 lu D1 van sl Ñ Ae 4 ¥ h* R2 Ti U 7805 vee 50K U1A LM358 CKE Ø Q0 S ait Q2 cực RST 46T8 U28 CKE Q3 rst & Em Lễ Q0 Q2 L1} att c _ Q3 Asi ws ] ojo Aa Ha Si@s}4 a | lec pels D3 el 3lq@ s rLE-EO P a it slhhã šF +2 Ohm Tago 14% (270 D0 to: 2|02 U4s"] go ãA D0 1ịp: Si @]02 D3 lac L1 oth a a Ts tsa |g eI bi]: —ri|: Em Fe ES Co ‡lữ ee ates Hình Sơ đồ nguyên lý hệ đếm sản phẩm từ 00 đến 99 Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng - Quá trình tính tốn dựa giả thuyết dịng điện mức điện áp chuẩn từ khối cảm biến đầu vào đến khối tạo xung đếm, khối đếm, khối giải mã hiển thị - Kết tính tốn lựa chọn linh kiện cho chủ đề thiết kế liệt kê theo bảng giá trị ký hiệu tương ứng Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi THIET KE VA MO PHONG: MACH DA HAI VA UNG DUNG Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên vận dụng kiến thức, kỹ học cho trình thiết kế mạch nguyên lý kiểm chứng mô thông qua công cụ hỗ try EDA (Proteus) - Sinh viên năm vững kiến thức, kỹ thiết kế mạch nguyên lý kiểm chứng mô dựa công cụ hỗ trợ EDA - Proteus (Học phần: Thực tập thiết kế điện tử bản) Nội dung thực tập 2.1 Thiết kế mạch nguyên lý Dựa sơ đồ mạch nguyên lý thực “Buổi 3°, thực sơ đồ mạch nguyên lý cho hệ thống điều khiển động cơ/đèn báo có vật cản cơng cụ Proteus (sinh viên thực trước nhà): - Khối cảm biến thay mơ hình tín hiệu xung vng (f= Hz) nút bấm logic dé tạo mức logic “1° “0° - Lựa chọn thiết lập giá trị cho linh kiện IC chức - Kết nối mạch theo sơ đồ mạch nguyên lý 2.2 Mô đánh giá kết hệ thống - Kiểm tra cho chạy mô đề đánh giá kết hoạt động hệ thống điều khiển động cơ/đèn báo có vật cản sau: + Tại mức điện áp cao (mức logic 1) tín hiệu vào (giá lập cho đầu khối cảm biến) tương ứng trường hợp khơng có vật cản: Đèn báo Rơle trạng thái ngắt + Ngược lại, mức điện áp thấp (mức logic 0) tín hiệu vào tương ứng trường hợp có vật cản: Đèn báo Rơle trạng thái mở khoảng thời gian định, sau hệ thống tự động trở trạng thái ngắt ban đầu - Trường hợp hệ thống không hoạt theo yêu cầu chủ đề thiết kế: Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng + Kiểm tra cho giá trị mã linh kiện IC chức + Kiểm tra cho kết nối (dây dẫn) theo mạch nguyên lý + Kiêm tra mức tín hiệu từ đầu vào đên đâu đề sửa lỗi mạch + Tiếp tục thực lại trình mơ đánh giá kết hệ thống 10 Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi THIET KE VA MO PHONG: MACH DEM SAN PHAM Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên vận dụng kiến thức, kỹ học cho trình thiết kế mạch nguyên lý kiểm chứng mô thông qua công cụ hỗ trợ EDA (Proteus) - Sinh viên năm vững kiến thức, kỹ thiết kế mạch nguyên lý kiểm chứng mô dựa công cụ hỗ trợ EDA - Proteus (Học phần: Thực tập thiết kế điện tử bản) Nội dung thực tập 2.1 Thiết kế mạch nguyên lý Dựa sơ đồ mạch nguyên lý thực “Budi 4’, thuc hién so đồ mạch nguyên lý cho hệ thống đếm sản phẩm tự động công cụ Proteus (sinh viên thực trước nhà): - Khối cảm biến thay mơ hình tín hiệu xung vng (f= Hz) nút bấm logic dé tạo mức logic ‘1’ hodc ‘0’ - Lựa chon thiết lập giá trị cho linh kiện IC chức - Kết nối mạch theo sơ đồ mạch nguyên lý 2.2 Mô đánh giá kết hệ thống - Kiểm tra cho chạy mô đề đánh giá kết hoạt động hệ thống đếm sản phẩm tự động (từ 00 đến 99) sau: + Tại mức điện áp cao (mức logic 1) tín hiệu vào (giả lập cho đầu khối cảm biến) tương ứng trường hợp khơng có sản phẩm qua cảm biến: hệ thống điều khiển hiển thị số đếm giữ nguyên trạng thái (số đếm) + Ngược lại, mức điện áp thấp (mức logic 0) tín hiệu vào tương ứng trường hợp có sản phẩm qua cảm biến: hệ thống đếm tăng giá trị số đếm thập phân lên | don vi + Quá trình lặp lại theo tín hiệu đếm (xung đếm) đầu khối ll Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng cảm biến sản phẩm khối tạo xung đếm Khi số đếm hệ thống đạt giá trị tối đa 99, hệ thống khởi động lại chu trình đếm số 00 - Trường hợp hệ thông không hoạt theo yêu cầu chủ đề thiết kế: + Kiểm tra cho giá trị mã linh kiện IC chức + Kiểm tra cho kết nối (dây dẫn) theo mạch nguyên lý + Kiểm tra mức tín hiệu từ đầu vào đến đầu đề sửa lỗi mạch + Tiếp tục thực lại q trình mơ đánh giá kết hệ thống 12 Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi 7-8 THIET KE MACH PCB: MACH DA HAI DOI VA UNG DUNG/MACH DEM SAN PHAM Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên vận dụng kiến thức, kỹ học cho trình thiết kế mạch nguyên lý mạch layout PCB thông qua công cụ hỗ trợ EDA (Proteus) - Sinh viên nắm vững kiến thức, kỹ thiết kế mạch nguyên lý mạch layout dựa công cụ hỗ trợ EDA - Proteus (Học phần: Thực tập thiết kế điện tử bản) Nội dung thực tập 2.1 Thiết kế mạch Layout - Dựa sơ đồ mạch nguyên lý thực “Buổi 5, 6°, thực sơ đồ mạch Layout cho hệ thống điều khiển động cơ/đèn báo có vật cản hệ thống đếm sản phẩm tự động cơng cụ Proteus (sinh viên thực trước nhà): + Tạo mạch Layout (mạch in PCB) từ sơ đồ mạch nguyên lý + Tra cứu chọn Footprint phù hợp sơ đồ chân kích thước thực tế cho linh kiện mạch + Thiết lập độ rộng từ 1,5 đến mm cho đường dây dẫn tín hiệu, từ đến mm cho đường dây dẫn nguồn VCC GND (có thể phủ mass cho đường nguồn) + Sắp xếp linh kiện phù hợp để tối ưu kích thước tăng tính thâm mỹ cho mạch PCB, chạy mạch Layout tự động (Auto routing) + Thực “lump" cho đường mạch bị cắt, tạo nhãn cho jump đặt tên mạch nhóm theo dinh dang ‘text’ trén board mach in PCB + Tao ban in theo định dạng “pdf mạch Layout in giấy chuyên dụng - Thực bo mạch PCB: + Làm bo đồng (1 lớp), định vị in mạch Layout (mạch PCB) lên bề mặt bo đồng, áp nhiệt lên in khoảng thời gian 5-10 phút để đường mạch (mực) in 13 Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng bám hoàn toàn bo đồng + Loại bỏ in giây, đưa bo đồng vào dung dịch ăn mịn hóa học (FeCI3) khoảng thời gian 15 - 30 phút Quan sát lây bo đồng khỏi dung dịch ăn mòn bo loại bỏ hồn tồn phần đồng khơng bảo vệ mực in 2.2 Kiểm tra đánh giá bo mạch PCB - Kiểm tra sơ chất lượng đường mạch đồng: phải đảm bảo tính dẫn điện tốt (phần mạch đồng cịn ngun vẹn độ dày rộng) - Sử dụng đồng hồ VOM thang đo Ohm đề kiểm tra xử lý vấn đề hở mạch đường mạch ngắn mạch đường mạch - Sử dụng dây dẫn đồng đẻ kết nối cầu nói “Jump' bo mạch PCB - Sử dụng dung dịch chuyên dùng đề phủ lớp mỏng bảo vệ cho bo mạch PCB Nếu bo mạch PCB không đảm bảo điều kiện chất lượng dẫn điện an toàn điện (Sau bước kiểm tra xử lý đầu tiên), yêu cầu sinh viên thực lại từ bước “Thực bo mach PCB’ muc 2.1 14 Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Buổi 9-10 LAP RAP LINH KIEN VA HOAN THIEN SAN PHAM KHOA HỌC: MACH DA HAI DOT VA UNG DUNG/MACH DEM SAN PHAM Mục đích - Yêu cầu - Giúp sinh viên củng kiến thức nâng cao kỹ phân tích, thiết kế hồn thiện sản phẩm khoa học thơng qua đánh giá kết từ mô đến trực quan thực tiễn - Sinh viên nắm vững kiến thức chuyên môn chủ đề thiết kế, kỹ lắp ráp đánh giá sản phẩm khoa học (Học phần: Thực tập thiết kế điện tử bản) Nội dung thực tập 2.1 Lắp ráp hoàn thiện thiết kế - Tiến hành khoan xuyên tâm chân (pin) linh kiện IC chức bo mach PCB da hoàn thiện buổi 7-8 - Đối chiếu mạch Layout thực Proteus để lắp linh kiện IC chức bo mạch PCB (yêu cau lap ráp chủng loại sơ đồ chân linh kiện) - Đồng thời tiễn hành trình hản linh kiện có định bo mạch PCB - Kiểm tra kỹ vị trí linh kiện xử lý điểm hàn đảm bảo kết nói tốt 2.2 Kiểm tra đánh giá hoạt động hệ thống - Trước cấp nguồn cho hệ thống, kiểm tra khắc phục vấn đề như: ngăn mạch đầu vào AC đầu (VCC, GND) khối nguồn cung cấp, hở mạch đường nguồn cung cấp cho IC chức - Cấp nguồn AC (biên độ từ — 12 V) cho khối nguồn hệ thống, dùng đồng hồ 'VOM thang đo điện áp DC để hiệu chỉnh ngưỡng điện áp tham chiếu đầu vào khối so sánh khối tạo xung đếm (Ung = -2,5 V) - Tiến hành dùng vật cản di chuyên qua lại vị trí thu phát hồng ngoại, đồng thời quan sát trạng thái hoạt động đầu hệ thống với kết mô thực buồi - độ Thực tập thiết kế điện tử ứng dụng Nếu hệ thống không hoạt động theo thiết kế: tiền hành kiểm tra đối chiếu mức tín hiệu đầu vào khối tương ứng bo mạch PCB mạch mơ phỏng, từ đưa nhận định khoanh vùng xảy lỗi để xử lý hoàn thiện thiết kế Một số lỗi thường gặp thiết kế mạch PCB: - Lắp ráp không sai chân linh kiện khối nguồn: hệ thống khơng có nguồn cung cấp - Hở mạch từ nguồn cung cấp đến IC chức năng: hệ thống không hoạt động hoạt động không - Lắp linh kiện không sai cực khối cảm biến: hệ thống không thay đổi trạng thái hoạt động thiếu tín hiệu kích thích (tín hiệu điều khiển) - Lắp sai chủng loại sai sơ đồ chân transitor diode: phần thị, điều khiển công suất không hoạt động đề cung cấp công xuất cho khối mạch tải hiển thị 16