báo cáo thực tập cơ bản thiết kế mạch in bằng phần mềm altium mạch điều khiển tự động quạt làm mát

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘITRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG---o0o---BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN Đề tài: Thiết kế mạch in bằng phần mềm Altium“Mạch điều khiển tự động quạt làm mát”

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

-o0o -BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN

Đề tài:

Thiết kế mạch in bằng phần mềm Altium

“Mạch điều khiển tự động quạt làm mát”

Giảng viên hướng dẫn: ThS Vũ Hồng Vinh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Vũ Thắng MSSV: 20224145

Lớp: ET1 – 10 – K67

Hà Nội, tháng 12 năm 2023

CHƯƠNG 1 Giới thiệu về mạch điều khiển tự động quạt làm mát 5

1.1 Giới thiệu chung 5

1.2 Nguyên lý hoạt động 5

CHƯƠNG 2 Tạo project 7

2.1 Mở phần mềm Altium Designer 7

2.2 Tạo Project mới 7

CHƯƠNG 3 Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý 9

3.1 Tạo file nguyên lý 9

3.2 Thêm linh kiện vào mạch nguyên lý 10

3.3 Sắp xếp linh kiện 15

3.4 Đi dây linh kiện 16

CHƯƠNG 4 Thiết kế mạch in PCB 18

4.1 Tạo file PCB 18

4.2 Cập nhật Netlist từ mạch nguyên lý sang mạch in 19

4.3 Thiết kế mạch in 20

4.3.1 Sắp xếp mạch 21

4.3.2 Đi dây cho mạch 22

4.3.3 Cắt bo mạch theo hình dạng yêu cầu 25

4.3.4 Phủ đồng cho mạch 26

Kết luận 28

Tài liệu tham khảo 29

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Giao diện mạch nguyên lý của project 5

Hình 2: Giao diện của ứng dụng Altium Designer 7

Hình 3: Giao diện chính của ứng dụng và tạo Project mới từ Menu 7

Hình 4: Giao diện lưu file project 8

Hình 5: Giao diện tạo mới file nguyên lý 9

Hình 6: Giao diện lưu file nguyên lý 9

Hình 7: Giao diện làm việc file mạch nguyên lý 10

Hình 8: Giao diện Components 10

Hình 9: Giao diện thêm linh kiện mới vào mạch nguyên lý 11

Hình 10: Giao diện thêm tụ điện 12

Hình 11: Giao diện thêm giắc nguồn hai chân (quạt) 12

Hình 12: Giao diện thêm transistor NPN 13

Hình 13: Giao diện thêm transistor PNP 13

Hình 14: Giao diện thêm GND 14

Hình 15: Giao diện thêm VCC 14

Hình 16: Giao diện khi đã thêm đầy đủ linh kiện 15

Hình 17: Giao diện khi đã sắp xếp linh kiện 15

Hình 18: Giao diện kết nối các chân linh kiện 16

Hình 19: Giao diện khi kết nối các chân linh kiện xong 16

Hình 20: Giao diện tính năng thay đổi giá trị của linh kiện 17

Hình 21: Giao diện sau khi thay đổi giá trị kinh kiện 17

Hình 22: Giao diện lưu file mạch nguyên lý 17

Hình 23: Giao diện tạo mới file PCB từ Menu 18

Hình 24: Giao diện lưu file PCB 18

Hình 25: Giao diện làm việc PCB 19

Hình 26: Giao diện cập nhật từ mạch nguyên lý sang mạch in 19

Hình 27: Giao diện kiểm tra xác nhận lỗi nếu có 20

Hình 28: Giao diện mạch in 20

Hình 29: Giao diện tính năng di chuyển linh kiện 21

Hình 30: Giao diện mạch in sau khi sắp xếp linh kiện 21

Hình 31: Giao diện mạch in 3D khi chưa đi dây 22

Hình 32: Giao diện tính năng thiết lập luật cơ bản trong mạch in 22

Hình 33: Giao diện thiết lập độ rộng dây dẫn trong mạch in 23

Hình 34: Giao diện thiết lập kích thước Via trong mạch in 23

Hình 35: Giao diện sử dụng công cụ đi dây trong mạch in 24

Hình 36: Giao diện mạch in sau khi đi dây 24

Hình 37: Giao diện tính năng thiết lập hình dạng bo mạch 25

Hình 38: Giao diện bo mạch sau khi thiết lập hình dáng 25

Hình 39: Giao diện bo mạch sau khi được cắt 26

Hình 40: Giao diện bo mạch sau khi được cắt ở dạng 3D 26

Hình 41: Giao diện bo mạch sau khi phủ đồng ở dạng 3D 27

CHƯƠNG 1 Giới thiệu về mạch điều khiển tự động quạt làm mát

1.1 Giới thiệu chung

Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các thiết bị điện tử

đã, đang và sẽ tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệuquả trong hầu hết các lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong đời sống

xã hội Và từ đó, thì các mạch tự động cũng ngày càng nhiều và dần phổbiến hơn, chẳng hạn như mạch “điều khiển tự động quạt làm mát” Mạch

sử dụng phần tử cảm ứng nhiệt (điện trở nhiệt), tức là khi nhiệt độ thay đổithì nội trở cũng thay đổi theo Và vì thế, mạch tự động bật quạt khi nhiệt độđạt đến ngưỡng đặt, với những linh kiện đơn giản dễ lắp mạch hoạt độnghiệu quả Ứng dụng có thể được mở rộng để điều khiển các quạt làm mátvới công suất lớn hơn, hoặc các quạt điện chạy 220V xoay chiều

1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 1: mạch nguyên lý của project

Mạch điện này thích hợp với quạt có điện áp 12V và dòng điện khôngvượt quá 200mA

Để đảm bảo quạt có thể làm việc trong mọi trường hợp, điện áp đặt lênquạt không thấp hơn điện áp khởi động bé nhất của quạt (khoảng 7V) Nếu

ở nhiệt độ 25°C, quạt không thể khởi động được thì thay thế cảm biến nhiệt

độ bằng điện trở 1.8k và giảm thấp trị số của điện trở R7 Nếu quạt chạynhanh thì tăng giá trị của R7

Đặt cảm biến nhiệt độ R1 trong buồng khí nóng của quạt Dùng nhiệt kế

đo nhiệt độ của luồng khí thổi qua cảm biến nhiệt Khi nhiệt độ đạt tới giá

trị 35°C, mạch điều khiển phải tác động, nghĩa là tốc độ quạt phải tăng lên.Nếu điều đó không xảy ra phải thay đổi trị số của R2.

Khi nhiệt độ tăng, tốc độ của quạt tăng, thường thì tốc độ tối đa hơi thấphơn một chút so với khi quạt được nối trực tiếp vào nguồn thông qua mạchđiều khiển

Một số linh kiện được sử dụng trong mạch:

CHƯƠNG 2 Tạo project

Hình 3: Giao diện chính của ứng dụng và tạo Project mới từ Menu

Hộp thoại Create Project xuất hiện, mục Project Name điền tên project

và phần Folder ta nhập đường dẫn đến vị trí lưu project Cuối cùng nhấnCreate để tạo

Vậy là ta đã tạo được một project tên là Mach_quat_lam_mat_tu_dongđược lưu ở C:\Users\Public\Documents\Altium\

CHƯƠNG 3 Thiết kế sơ đồ mạch nguyên lý

3.1 Tạo file nguyên lý

Để tạo mạch nguyên lý (Schematic), ta vào project – Add New toProject – Schematic

Hình 5: Giao diện tạo mới file nguyên lý

Bấm Ctrl + S để lưu lại Đặt tên cho file là mach_nguyen_ly Sau cùng,chọn Save để lưu

Và đây là cửa sổ làm việc của chúng ta.

Hình 7: Giao diện làm việc file mạch nguyên lý3.2 Thêm linh kiện vào mạch nguyên lý

Chọn Components ở góc phải màn hình Lựa chọn thư viện AltiumLibrary.IntLib để chọn linh kiện theo thiết kế

Hình 8: Giao diện Components

Và cụ thể, với “mạch điều khiển quạt tự động làm mát” thì ta sẽ thêmnhững linh kiện sau:

kiện

Số lượng

Tụ điện CN Altium Library.IntLib 1

Giắc nguồn 2 chân

(quạt)

Để lấy linh kiện, ta nhập keyword của tên linh kiện vào ô tìm kiếm, sau

đó nhấn enter để tìm kiếm linh kiện Nhấp chuột phải vào linh kiện, chọnPlace rồi nhấp chuột trái vào vùng làm việc để thêm linh kiện vào mạchnguyên lý (nhấp chuột trái bao nhiêu lần sẽ ra bấy nhiêu linh kiện đó) Đểhủy thêm linh kiện ta nhấp chuột phải

Chẳng hạn, thêm linh kiện điện trở vào mạch nguyên lý, ta làm như sau:

Hình 9: Giao diện thêm linh kiện mới vào mạch nguyên lý

Đối với linh kiện điện trở, ta cần thêm 7 cái vào mạch nguyên lý Vìvậy, ta sẽ nhấp chuột vào vùng làm việc 7 lần

Tương tự, ta sẽ thêm tụ điện, transistor, giắc nguồn 2 chân vào mạchnguyên lý:

Thêm tụ điện

Hình 10: Giao diện thêm tụ điện

Thêm giắc nguồn hai chân (quạt)

Thêm transistor NPN

Hình 12: Giao diện thêm transistor NPN

Thêm transistor PNP

Để lấy Mass, ta chọn Place GND Power Port trên thanh công cụ Sau đónhấp chuột trái vào vùng làm việc để thêm Mass.

Hình 14: Giao diện thêm GND

Để chọn nguồn VCC, ta nhấp chuột phải vào Place GND Power Porttrên thanh công cụ Sau đó, chọn place circle style power port và nhấpchuột trái vào vùng làm việc để thêm nguồn

Sau khi tiến hành lấy linh kiện xong, ta được màn hình làm việc nhưhình dưới:

Hình 16: Giao diện khi đã thêm đầy đủ linh kiện3.3 Sắp xếp linh kiện

Ta nhấp chọn linh kiện để linh kiện đổi màu, sau đó giữ và di chuyểnlinh kiện đến vị trí thích hợp trên màn hình thiết kế rồi nhấp chuột để đặtlinh kiện Trong quá trình sắp xếp linh kiện, ta có thể xoay linh kiện mộtgóc 90° bằng phím Space hoặc lật linh kiện bằng phím X hoặc phím Y Sau khi sắp xếp xong, vị trí các linh kiện bố trí trông như sau:

3.4 Đi dây linh kiện

Ta tiến hành đi dây cho linh kiện như sau: chọn Place/Wire hoặc nhấpvào biểu tượng Place wire trên thanh công cụ

Hình 18: Giao diện kết nối các chân linh kiện

Khi đi dây xong, ta được sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 19: Giao diện khi kết nối các chân linh kiện xong

Muốn thay giá trị cho linh kiện thì nháy đúp chuột vào linh kiện đó, hộpthoại Properties xuất hiện Tại mục Value nhập giá trị cần thay đổi cho linhkiện sau đó nhấn Enter

Sau đó, ta được sơ đồ mạch nguyên lý hoàn chỉnh của “mạch điều khiển

tự động quạt làm mát” dưới đây:

Hình 21: Giao diện sau khi thay đổi giá trị kinh kiện

Nhấp vào biểu tượng Save

document trên thanh công cụ để

lưu lại sơ đồ nguyên lý

CHƯƠNG 4 Thiết kế mạch in PCB

4.1 Tạo file PCB

Để tạo mạch in PCB, ta vào project – Add New to Project – PCB

Hình 23: Giao diện tạo mới file PCB từ Menu

Bấm Ctrl + S để lưu lại Đặt tên cho file là mach_nguyen_ly Sau cùng,chọn Save để lưu

Và đây là cửa sổ làm việc của chúng ta.

Hình 25: Giao diện làm việc PCB

4.2 Cập nhật Netlist từ mạch nguyên lý sang mạch in

Từ cửa sổ mạch nguyên lý, ta chọn Design – Update SchameticDocument

Kiểm tra, xác nhận lỗi nếu có: Validate Changes – Excute Changes –Close

Hình 27: Giao diện kiểm tra xác nhận lỗi nếu có

4.3 Thiết kế mạch in

Sau khi thêm hoàn chỉnh, ta thấy trên màn hình xuất hiện các linh kiện

và các dây nối giữa chúng như sau:

4.3.1 Sắp xếp mạch

Nhấp vào biểu tượng

Move Object trên thanh

kiện Trong quá trình di

chuyển linh kiện, ta có

thể nhấn phím Space để

xoay linh kiện một góc

90°

Hình 29: Giao diện tính năng di chuyển linh kiện

Sau khi sắp xếp xong, vị trí các linh kiện trên màn hình như sau:

Hiện thị kết quả dưới dạng 3D Tại cửa sổ vẽ mạch in chọn, View – 3DLayout Model.

Hình 31: Giao diện mạch in 3D khi chưa đi dây

4.3.2 Đi dây cho mạch

Trước khi đi dây ta cần thiết lập các thông số tuân theo luật cơ bảntrong mạch in:

- Clearance: thiết lập khoảng cách giữa các đường dây trong mạch

in Ta thiết lập khoảng các nhỏ nhất là 6mil

- Width: thiết lập độ rộng các đường mạch Kích thước các đườngdây mạch có độ rộng 12mil Kích thước đường dây nguồn có độrộng 30mil

Trên cửa sổ mạch in ta chọn Design - Rules – Routing – Width –Width – Min Width: 6mil – Preferred Width: 12mil – Max Width:30mil Cuối cùng, nhấn Apply để lưu.

- Via: thiết lập kích thước lỗ Via Đường kính trong là 0,4mm.Đường kính ngoài là 0,8mm

Trên cửa sổ mạch in ta chọn Design Rules – Routing Via Style –Routing Vias – Via Diametter: 0,8mm – Via Hole Size: 0,4mm Cuốicùng, nhấn Apply để lưu

Hình 34: Giao diện thiết lập kích thước Via trong mạch in

Để đi dây, ta cần xác định lớp linh kiện cần đi dây Chúng ta có thể chọnTop Layer hoặc Bottom Layer Sau đó, nấp chuột phải chọn Place – Track

để tiến hành đi dây Khi đi dây chú ý tránh tạo thành góc nhọn hoặc gócvuông.

Hình 35: Giao diện sử dụng công cụ đi dây trong mạch in

Ta có kết quả sau khi đi dây:

4.3.3 Cắt bo mạch theo hình dạng yêu cầu

Đầu tiên ta vẽ đường bao bo mạch theo hình dạng mong muốn: Place –Keepout – Track

Hình 37: Giao diện tính năng thiết lập hình dạng bo mạch

Tiếp theo cắt bo mạch theo đường Keepout Từ thanh công cụ trên cửa

sổ màn hình thiết kế mạch in chọn Design – Board Shape – Define fromselected objects

Khi đó ta sẽ được kết quả như sau:

Hình 39: Giao diện bo mạch sau khi được cắt

Hình 40: Giao diện bo mạch sau khi được cắt ở dạng 3D

4.3.4 Phủ đồng cho mạch

Để phủ đồng tự động ta nhấn tổ hợp phím P G Kết quả thu được nhưsau:

Kết luận

Ngày nay với sự phát triển của ngành điện tử, đặc biệt là kỹ thuật điện

tử - tự động hóa, các thiết bị điều khiển tự động ra đời và ngày càng hiệnđại “Mạch điều khiển tự động quạt làm mát” sử dụng các linh kiện đơngiản, có thể giúp cho các thiết bị điện tử tản nhiệt làm mát để có thể hoạtđộng một cách tốt nhất, cũng như một phần nào đó giúp cho đời sống conngười thuận tiện hơn, với ưu điểm dễ lắp đặt, tiết kiệm năng lượng Bêncạnh đó, mạch cũng còn hạn chế như là chỉ thích hợp với quạt có điện áp12V và dòng điện không vượt quá 200mA Tuy nhiên, chúng ta có thể mởrộng và phát triển để ứng dụng điều khiển các quạt làm mát có công suấtlớn hơn, hoặc các quạt điện chạy nguồn 220V xoay chiều

Qua quá trình được học và tìm hiểu về thiết kế mạch in cùng thầy VũHồng Vinh, em đã học được nhiều kiến thức bổ ích, những bài học quý giá.Ban đầu, em còn lúng túng và bỡ ngỡ với phần mềm Altium Designer màthầy giới thiệu Nhưng qua một thời gian được thầy hướng dẫn được tiếpcận nhiều hơn với các loại mạch trong thời gian học về cách sử dụng phầnmềm, em đã có thể thiết kế các mạch nguyên lý cũng như mạch in Đồngthời, đã giúp em hiểu hơn về cách hoạt động của mạch điện tử Qua đó, em

có thể tự thiết kế các mạch điện tử cho riêng mình

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Vũ Hồng Vinh đã hướng dẫn em và cácbạn sinh viên trong lớp trong học phần “Thực tập cơ bản” nói chung vàphần thiết kế mạch nói riêng để em có thể hoàn thiện phần báo cáo và củng

cố những kỹ năng cẩn thiết

Bài báo cáo của em không thể tránh khỏi những thiếu sót, vậy nên

em rất mong sẽ nhận được những lời nhận xét, góp ý từ thầy sau khi xembáo cáo để em có thể hoàn thiện và rút kinh nghiệm Đây như là bài họcquý báu để em có thể phát triển ngày một tốt hơn Một lần nữa em xin chânthành cảm ơn

Tài liệu tham khảo

[1] Giáo trình thực tập cơ bản_Tổng hợp_HUST Viện ĐIện tử - Viễnthông Trường Điện – Điện tử Đại học Bách Khoa Hà Nội

[2] Thiết kế mạch ổn áp tuyến tính do thầy gửi