Mạch Auto Fan Dùng Cảm Biến Nhiệt.docx

LỜI CẢM ƠN ời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tất cả quí thầy/cô giáo đã hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình trong thời gian em làm Đồ án môn học vừa qua, đặc biệt là Viện Kỹ Thuật Hutech đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành đồ án này. Em cũng vô cùng biết ơn Cô Võ Thị Bích Ngọc là người trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho em hoàn thành Đồ án Mạch Auto Fan theo nhiệt độ. Vì đây là lần đầu làm đồ án và thiết kế thi công mạch, với kiến thức và thời gian hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Với mong muốn học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô giáo chỉ bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo được tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện ……………………. Đề số:……. Viện: KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN: …………………………….. 1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……): (1)..................................................... MSSV: ………………… Lớp: ........... (2)..................................................... MSSV: ………………… Lớp: ........... (3)..................................................... MSSV: ………………… Lớp: ........... 2. Tên đề tài : ............................................................................................................ ................................................................................................................................. 3. Các dữ liệu ban đầu : ........................................................................................... ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 4. Nội dung nhiệm vụ : ............................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. ................................................................................................................................. 5. Kết quả tối thiểu phải có: 1) ............................................................................................................................ 2) ............................................................................................................................ 3) ............................................................................................................................ 4) ............................................................................................................................ Ngày giao đề tài: ……./……../……… Ngày nộp báo cáo: ……./……../……… Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) TP. HCM, ngày … tháng … năm ………. Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ………………………………… Họ và tên SV: ……………………………………… MSSV:……………………Lớp:…………………… Tuần Nội dung hướng dẫn Tình hình sinh viên thực hiện Ghi chú 1 Từ:…..... Đến:…... 2 Từ:…..... Đến:…... 3 Từ:…..... Đến:…... 4 Từ:…..... Đến:…... 5 Từ:…..... Đến:…... 6 Từ:…..... Đến:…... 7 Từ:…..... Đến:…... 8 Từ:…..... Đến:…... 9 Từ:…..... Đến:…... 10 Từ:…..... Đến:…... 11 Từ:…..... Đến:…... 12 Từ:…..... Đến:…... NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Lớp: Mã số sinh viên: 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO

ĐỒ ÁN MÔN 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 hiện : MSSV:

Lớp:

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Sinh viên: Vũ Phước Hưng

GVHD: Võ Thị Bích Ngọc

LỜI CẢM ƠN

ời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tất cả quí thầy/cô giáo đã hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình trong thời gian em làm Đồ án môn học vừa qua, đặc biệt là Viện Kỹ Thuật Hutech đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành đồ án này Em cũng vô cùng biết ơn Cô Võ Thị Bích Ngọc là người trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho em hoàn thành Đồ án Mạch Auto Fan theo nhiệt độ.

Vì đây là lần đầu làm đồ án và thiết kế thi công mạch, với kiến thức và thời gian hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót.

Với mong muốn học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô giáo chỉ bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo được tốt hơn.

Xin chân thành cảm ơn.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện

L

Đề số:…….

Viện: KỸ THUẬT HUTECHPHIẾU GIAO ĐỀ TÀI

Ngày giao đề tài: ……./…… /……… Ngày nộp báo cáo: ……./…… /………

Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên)TP HCM, ngày … tháng … năm……….

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN

NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ tên sinh viên: Lớp: Mã số

Nhận xét của giáo viên

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 12

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 12

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 12

CHƯƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13

2.1 NHIỆT TRỞ NTC MF58 10K 13

2.2 ĐIỆN TRỞ 15

2.3 RELAY 12V 7A 5 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 3 : 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 năng của từng khối 28

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH, NGUYÊN 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 và hiển thị 31

3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 31

3.4 SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG 31

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34

4.1 KẾT LUẬN 34

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

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.

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Vì được ứng dụng rộng rãi và phổ biến nên mục tiêu là tìm hiểu nguyên lý hoạt động của các linh kiện có trong mạch, sự liên kết của chúng trong việc diều khiển các động cơ hay tải để có thên kiến thức trong việc thiết kế mạch và sử dụng các linh kiện điện tử.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 NHIỆT TRỞ NTC MF58 10K

Cấu tạo

MF58 là một nhiệt điện trở NTC được sản xuất bằng cách sử dụng kết hợp các kỹ thuật gốm và chất bán dẫn Nó được trang bị dây dẫn hướng trục đóng hộp và sau đó được bọc bằng thủy tinh tinh khiết.

Thông số kỹ thuật

 Phạm vi kháng điện bằng không (R25): 0,1 ~ 1000KΩ

 Dung sai có sẵn của R25:

F = ± 1% G = ± 2% H = ± 3% J = ± 5% K = ± 10%

 Phạm vi giá trị B (B25 / 50 ° C): 3100 ~ 4500K

 Dung sai có sẵn của giá trị B: ± 0,5%, ± 1%, ± 2%

 Hệ số phân tán: ≥2mW / ° C (Trong không khí tĩnh)

 Hằng số thời gian nhiệt: ≤20S (Trong không khí tĩnh)

 Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -55 ° C ~ + 200 ° C

 Công suất định mức: ≤50Mw

Nguyên lý hoạt động

Là điện trở có hệ số nhiệt âm, có bản chất là các điện trở bán dẫn có điện trở giảm khi nhiệt độ tăng Điện trở của NTC giảm mạnh khi nhiệt độ gia tăng Từ 0OC đến 1500OC điện trở của NTC giảm đi 100 lần.

Tính năng đặc điểm

 Độ ổn định và độ lặp lại tốt

 Độ tin cậy cao

 Dung sai chặt chẽ đối với giá trị kháng và Beta

 Sử dụng được trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao

 Gói nhỏ, nhẹ, chắc

 Hồi đáp nhanh

 Độ nhạy cao

Ứng dụng

 Thiết bị gia dụng (điều hòa, lò vi sóng, quạt điện, lò sưởi điện, v.v.).

 Thiết bị văn phòng (máy photocopy, máy in, v.v.).

 Thiết bị chế biến công nghiệp, y tế, môi trường, thời tiết và thực phẩm.

 Phát hiện mức chất lỏng và đo tốc độ dòng chảy.

 Pin điện thoại di động.

 Thiết bị cuộn dây, mạch tích hợp, dao động tinh thể thạch anh và cặp nhiệt điện.

2.2 ĐIỆN TRỞ

Điện trở là một đại lượng vật lý, được viết tắt là R với tên tiếng anh là Resistor Điện trở được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu.

Bảng màu điện trởTính giá trị điện trở

Đối với điện trở 4 vạch màu:

 Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

 Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở

Ví dụ: Điện trở màu vàng, cam, đỏ, ứng với chữ số là: 4,3,2 Hai chữ số đầu tiên tạo số 43 Chữ số thứ 3 (2) là lũy thừa của 10 Cách tính như sau: 43×10^2=4300Ω

Đối với điện trở 5 vạch màu:

 Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

 Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở

Ví dụ: Một điện trở có các vạch màu xanh dương, vàng, đỏ, nâu, nâu, ứng với các chữ số là 6,4,2,1,1 Giá trị được tính như sau:

2.3 RELAY 12V 7A 5 CHÂN ( YL303H-S-12VDC-1Z)

Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, nó được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống và trong các thiết bị điện tử.

Cấu tạo

Gồm 2 phần :

 Cuộn hút ( Nam châm điện ) : tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm lại đảo trạng thái chân NO ( thường mở ) và NC ( thường đóng ) với điện áp làm việc 12V.

 Cặp tiếp điểm ( NO và NC ) : đóng ngắt tín hiệu các thiết bị điện và được ngăn cách với cuộn dây.

Sơ đồ chân

Thông số kỹ thuật

 Dòng hút của cuộn dây : 30mA ÷ 120mA

 Cuộn dây điện áp : 12VDC

Khi cấp điện cho relay thì cuộn hút sẽ trở thành nam châm điện và hút lấy tiếp điểm, lúc này tiếp điểm NO sẽ đóng cho dòng điện chay qua tải ( FAN, MOTOR ) sẽ hoạt động.

Ứng dụng

 Cách ly các mạch điều khiển khỏi tải

 Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử dụng một tín hiệu điều khiển

 Giám sát các hệ thống an toàn công nghiệp

2.4 ZENER DIODE: “Diode xung - 1N4148”

1N4148 la loại diode đóng cắt tốc độ cao, dòng điện, điện áp thấp, được cấu tạo từ hai lớp tiếp xúc P-N.

Đây là loại diode có thời gian phục hồi nhanh Đóng cắt được các xung có tần số rất cao và các đường truyền tín hiệu xung trong các mạch tín hiệu 1N4148 không giống như các diode chỉnh lưu thông thường Ngoài nó có chức năng đóng cắt được tần số cao nó còn có chức năng của của một diode thông thường Nhưng thường được sử dụng cho các mạch đóng cắt với tần số cao, hay để ngăn tín hiệu ngược với công suất rất thấp.

Thông số kỹ thuật

 Điện áp ngược : 75V

 Thời gian phục hồi : 4ns

 Dòng điện thuận : 300mA

 Công suất tiêu tán : 500mW

 Nhiệt độ hoạt động : -65 ~ 175 độ C

Sơ đồ chân

2.5 IC UA741CNCấu tạo IC UA741CN

Vi mạch (IC) là mạch điện gồm nhiều linh kiện Transistor, diode, điện trở… Được tích hợp trên một miếng tinh thể có kích thước rất nhỏ, các linh kiện này liên kết với nhau thực hiện một số chức năng đã định được bọc bên ngoài bằng vỏ plastic hoặc kim loại, nên nó được gọi là mạch điện tích hợp hay IC ( Integrated – Circuit).

Với ưu điểm của IC UA741CN là có độ tin cậy cao, kích thước nhỏ, chứa nhiều phần tử, giá thành hạ, tiêu thụ công suất ít và UA741CN là một dạng khuếch đại lý tưởng được goi là mạch khuếch đại thuật toán hay còn gọi là OP-AMP UA741 là bộ khuếch đại hoạt động nguyên khối hiệu suất cao được chế tạo trên một silicon duy nhất, được dùng để giải quyết những phương trình toán học hoặc các lĩnh vực khác như tạo tín hiệu, khuếch đại,….

Sơ đồ chân và cấu tạo của UA741CN

 Chân 1: Chân chỉnh không

 Chân 2: Ngõ vào đảo ( V-).

 Chân 3: Ngõ vào không đảo(V+).

 Chân 4: VEE chân nối đến đầu âm nguồn kép.

 Chân 5: Không dùng.

 Chân 6: Tín hiệu ra( Vout ).

 Chân 7: Nguồn dương.

Khi được cấp nguồn, tín hiệu sẽ được đưa vào ngõ vào đảo(V-) và không đảo(V+), OP-AMP bắt đầu thực hiện so sánh, tính toán và cho ra đặc tính đầu ra tại chân Vout tại 3 vùng :

 Vùng khuếch đại tuyến tính: trong vùng này điện áp ngõ ra Vo tỉ lệ với tín hiệu ngõ vào theo quan hệ tuyến tính Nếu sử dụng mạch khuếch đại điện áp vòng hở (Open Loop) thì vùng này chỉ nằm trong một khoảng rất bé.

 Vùng bão hoà dương: bất chấp tín hiệu ngõ vào ngõ ra luôn ở +Vcc

( V+ > V- => Voutmax ≈ +Vcc ).

 Vùng bão hoà âm: bất chấp tín hiệu ngõ vào ngõ ra luôn ở -Vcc

( V+ < V- => Voutmax ≈ -Vcc ).

2.6 TRANSISTOR 2N3904 ( BJT 2N3904 )

Cấu tạo của Transistor 2N3904

Transistor là linh kiện điều khiển bằng dòng, được tạo thành bởi 2 lớp tiếp xúc P-N ghép liên tiếp, miền giữa có bề rộng nhỏ tạo 2 tiếp xúc P-N gần nhau Là một transistor NPN cực kỳ phổ biến được sử dụng như một công tắc điện tử đơn giản, có đặc tính dòng DC ổn định, hệ số khuếch đại tuyến tính hoặc bộ khuếch đại có thể xử lý 200 mA (tối đa tuyệt đối) và tần số cao như 100 MHz khi được sử dụng như một bộ khuếch đại.

Sơ đồ chân của Transistor 2N3904

Transistor có 3 chân nối ra ngoài :

 Cực E (Emitter) : còn được gọi là cực phát, được pha đậm nên nồng độ hạt dẫn đa số nó lớn, khả năng sinh dòng lớn.

 Cực C (Collector) : được gọi là cực thu, vùng này cũng được pha đậm để có độ dẫn điện tốt.

 Cực B (Base) : được gọi là cực nền, vùng này được pha rất nhạt, rất mỏng, cực B dùng để điều khiển hạt tải phát ra 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

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI

Khối điều khiển đóng ngắtKhối tải và hiển thị

3.2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH, NGUYÊN LÝ CHI TIẾT

Sơ đồ nguyên lý của mạch

Ta cấp nguồn cho mạch từ 5V ÷ 12V, nếu ta cấp nguồn không đủ hoặc quá điện áp với các linh kiện thì mạch có thể không chạy hoặc cháy.

Chọn RT2 là cảm biến nhiệt với tính chất khi nhiệt độ môi trường tăng thì điện trở của nó sẽ giảm nên :

 Khi nhiệt độ môi trường bình thường T1 = 0oC thì RT2 = 10kΩ  Khi nhiệt độ môi trường thay đổi T2 = 50oC thì RT2 = 900Ω

Ta sử dụng vi mạch Op-amp LM741 là một mạch khuếch đại vi sai ( nghĩa là khuếch sự sai biệt của hai ngõ vào ) :

Còn chân V- là điện áp khi nhiệt độ của môi trường tăng, ta chọn R1 = 1kΩ có:  Trường hợp 1: nhiệt độ môi trường bình thường T1 = 0oC thì RT2 =

 Trường hợp 2 : nhiệt độ môi trường tăng T2 = 50oC thì RT2 = 500Ω có : V- = 𝑅3𝑇2 +𝑅3𝑅3𝑇222 1×

Vout = +Vcc = 12V

3.2.5.Khối tải và hiển thị

3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH3.4 SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG

Sơ đồ mạch thi công

Sơ đồ mạch PCB

Sơ đồ mạch 3D

Sơ đồ mạch thực tế

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁTTRIỂN

4.1 KẾT LUẬN

Mạch AUTO FAN dùng cảm biến nhiệt chạy được, nhưng vẫn thực sự chưa ổn định.

Mạch vẫn còn những hạn chế cần khắc phục, cảm biến nhiệt đòi hỏi nhiệt độ môi trường quá cao nên phù hợp cho việc thông báo chống cháy, để sử dụng cho phù hợp với các thiết bị động cơ làm mát trong nhà, xí nghiệp cần chọn loại cảm biến nhiệt thấp hơn; mạch vẫn còn quá cồng kềnh, nhiều chỗ trống, về thẩm mĩ vẫn còn chưa bắt mắt.

4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Nếu như được sử dụng rộng rãi mạch có thể sử dụng để điều khiển các thiết bị làm mát trong nhà, xí nghiệp, các thiết bị điện tử, hoặc mạch có thể kết hợp với các mạch vi điều khiển để hiển thị thông báo chính xác nhiệt độ thay đổi của môi trường, để điều khiển thiết bị tạo độ ẩm cho cây trồng trong nhà kính, tự phun nước tưới cây khi nhiệt độ tăng hoặc cung cấp nước và oxy trong áo cá vào mùa nóng.

Tài liệu tham khảo

1 Ths Võ Thị Bích Ngọc / Ths Nguyễn Thị Ngọc Anh – Giáo trình kỹthuật điện tử – Đại học công nghệ HUTECH- 2016.

2 Ths Bùi Hữu Hiên – Giáo trình thực tập công nhân điện tử - Đại học